Номер 1, страница 183 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 39. Окислительные свойства серной и азотной кислот. Глава VII. Неметаллы - номер 1, страница 183.

Условие.

1. Сравните химические свойства серной и азотной кислот.

Решение.

Решение 2.

Серная кислота ($H_2SO_4$) и азотная кислота ($HNO_3$) являются сильными кислородсодержащими минеральными кислотами. У них есть как общие химические свойства, характерные для всех сильных кислот, так и существенные различия, обусловленные в первую очередь их окислительной способностью.

Общие свойства (как сильных кислот)

И серная, и азотная кислоты проявляют все типичные свойства сильных кислот:

• Диссоциация в воде: Обе кислоты являются сильными электролитами и в водных растворах практически полностью диссоциируют. Азотная кислота диссоциирует в одну ступень, а серная — ступенчато, причём по первой ступени диссоциация полная, а по второй — частичная.

  $HNO_3 \leftrightarrow H^+ + NO_3^-$

  $H_2SO_4 \leftrightarrow H^+ + HSO_4^-$ (I ступень)

  $HSO_4^- \leftrightarrow H^+ + SO_4^{2-}$ (II ступень)

• Взаимодействие с основаниями, основными и амфотерными оксидами: Обе кислоты вступают в реакции нейтрализации, образуя соль и воду.

  $H_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$

  $2HNO_3 + MgO \rightarrow Mg(NO_3)_2 + H_2O$

• Взаимодействие с солями слабых кислот: Обе кислоты вытесняют более слабые кислоты из их солей.

  $H_2SO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2\uparrow$

  $2HNO_3 + K_2S \rightarrow 2KNO_3 + H_2S\uparrow$

Различия в химических свойствах (окислительная способность и специфические реакции)

Главные различия между серной и азотной кислотами заключаются в их окислительных свойствах. Окислителем в них выступает центральный атом в высшей степени окисления: сера $S^{+6}$ в серной кислоте и азот $N^{+5}$ в азотной кислоте.

1. Взаимодействие с металлами:

• Серная кислота ($H_2SO_4$):

  • Разбавленная $H_2SO_4$ ведёт себя как типичная кислота-неокислитель. Окислителем является ион водорода $H^+$. Она реагирует только с металлами, стоящими в ряду активности до водорода, с выделением газообразного водорода $H_2$.

    $Fe + H_2SO_4(\text{разб.}) \rightarrow FeSO_4 + H_2\uparrow$

  • Концентрированная $H_2SO_4$ — сильный окислитель за счёт $S^{+6}$. Реагирует с большинством металлов (кроме Au, Pt), в том числе и с теми, что стоят после водорода. Водород при этом не выделяется. Сера восстанавливается чаще всего до оксида серы(IV) $SO_2$, а с активными металлами — до серы $S$ или сероводорода $H_2S$.

    $Cu + 2H_2SO_4(\text{конц.}) \xrightarrow{t} CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$

• Азотная кислота ($HNO_3$):

  • Любой концентрации является сильным окислителем за счёт $N^{+5}$. Она реагирует почти со всеми металлами (кроме Au, Pt). Водород в ходе реакции, как правило, не выделяется.

  • Продукты восстановления азота зависят от концентрации кислоты и активности металла. Чем активнее металл и чем более разбавлена кислота, тем глубже восстанавливается азот (от $NO_2$ до $NH_4NO_3$).

    С концентрированной кислотой: $Ag + 2HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow AgNO_3 + NO_2\uparrow + H_2O$

    С разбавленной кислотой: $3Ag + 4HNO_3(\text{разб.}) \rightarrow 3AgNO_3 + NO\uparrow + 2H_2O$

    С очень разбавленной кислотой и активным металлом: $4Zn + 10HNO_3(\text{оч. разб.}) \rightarrow 4Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$

2. Пассивация металлов:

И концентрированная серная, и концентрированная азотная кислоты при комнатной температуре пассивируют (делают неактивными) такие металлы, как железо (Fe), алюминий (Al), хром (Cr), покрывая их поверхность прочной оксидной плёнкой.

3. Специфические свойства:

• Серная кислота:

  • Водоотнимающее действие: Концентрированная $H_2SO_4$ является мощным осушителем, способным отнимать воду у органических веществ (например, обугливание сахара) и кристаллогидратов.

    $C_{12}H_{22}O_{11} \xrightarrow{H_2SO_4(\text{конц.})} 12C + 11H_2O$

  • Сульфирование: Вступает в реакции с органическими соединениями, вводя сульфогруппу $-SO_3H$.

• Азотная кислота:

  • Нитрование: Вступает в реакции с органическими соединениями, вводя нитрогруппу $-NO_2$ (получение взрывчатых веществ, красителей).

  • Ксантопротеиновая реакция: Даёт жёлтое окрашивание при реакции с белками, содержащими ароматические кольца. Это качественная реакция на белок.

  • Неустойчивость: Азотная кислота, в отличие от серной, неустойчива и разлагается на свету, особенно концентрированная, с выделением бурого газа $NO_2$.

    $4HNO_3 \xrightarrow{h\nu} 4NO_2 + O_2 + 2H_2O$

Ответ: Серная и азотная кислоты имеют общие свойства сильных кислот (взаимодействие с основаниями, основными оксидами, солями летучих кислот). Основные различия заключаются в их окислительных свойствах. Разбавленная серная кислота окисляет металлы до водорода за счет ионов $H^+$, выделяя $H_2$. Концентрированная серная кислота — сильный окислитель за счет $S^{+6}$, восстанавливается до $SO_2$ (или $S, H_2S$), водород не выделяется. Азотная кислота любой концентрации — сильный окислитель за счет $N^{+5}$, при реакции с металлами водород не выделяется, а азот восстанавливается до различных соединений ($NO_2, NO, N_2O, N_2, NH_4NO_3$) в зависимости от условий. Также кислоты имеют специфические свойства: концентрированная $H_2SO_4$ — сильное водоотнимающее средство, а $HNO_3$ используется в реакциях нитрования и даёт качественную реакцию на белки. Обе концентрированные кислоты пассивируют Fe, Al, Cr.