Номер 3, страница 99 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

3. Какие особенности азотной кислоты следует учитывать при рассмотрении её реакций с металлами? Ответ подтвердите уравнениями соответствующих реакций.

При рассмотрении реакций азотной кислоты с металлами следует учитывать ряд её специфических особенностей, которые отличают её от большинства других кислот.

1. Азотная кислота — сильный окислитель за счёт атома азота.

В отличие от неокисляющих кислот (например, соляной или разбавленной серной), где окислителем выступает ион водорода $H^+$, в реакциях с азотной кислотой окислителем является атом азота в степени окисления +5 ($N^{+5}$), входящий в состав нитрат-иона $NO_3^-$. Поэтому при взаимодействии азотной кислоты с металлами, как правило, не выделяется водород. Вместо него образуются различные продукты восстановления азота, в которых степень окисления азота ниже +5.
Сравнение реакции цинка с соляной и азотной кислотами:
$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$
$Zn + 4HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Zn(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

Ответ: Главная особенность азотной кислоты в реакциях с металлами — она является кислотой-окислителем за счёт атома азота $N^{+5}$, поэтому продуктом реакции является не водород, а продукты восстановления азота.

2. Состав продуктов реакции зависит от концентрации кислоты.

Чем более разбавленной является кислота, тем глубже восстанавливается азот. Общее правило:
• Концентрированная $HNO_3$ (обычно > 60%) при реакции с большинством металлов (как активных, так и малоактивных) восстанавливается до диоксида азота $NO_2$ (газ бурого цвета, степень окисления N = +4).
Пример с медью:
$Cu + 4HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$
• Разбавленная $HNO_3$ (обычно 10-30%) при реакции с малоактивными и средней активности металлами восстанавливается преимущественно до оксида азота(II) $NO$ (бесцветный газ, буреющий на воздухе, степень окисления N = +2).
Пример с медью:
$3Cu + 8HNO_3(\text{разб.}) \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$

Ответ: Состав продуктов восстановления азота зависит от концентрации кислоты: концентрированная $HNO_3$ обычно восстанавливается до $NO_2$, разбавленная — до $NO$.

3. Состав продуктов реакции зависит от активности металла.

Активные металлы (стоящие в ряду напряжений до водорода, например, Mg, Zn, Al, Fe) способны восстанавливать азот из азотной кислоты до более низких степеней окисления, особенно при использовании очень разбавленных растворов. Малоактивные металлы (после водорода, например, Cu, Ag, Hg) восстанавливают азотную кислоту, как правило, только до $NO_2$ или $NO$.
• Пример с активным металлом (цинк) и очень разбавленной кислотой:
Продукт восстановления — оксид азота(I) $N_2O$ (степень окисления N = +1).
$4Zn + 10HNO_3(\text{оч. разб.}) \rightarrow 4Zn(NO_3)_2 + N_2O\uparrow + 5H_2O$
• Пример с очень активным металлом (магний) и очень разбавленной кислотой:
Продукт восстановления — нитрат аммония $NH_4NO_3$ (степень окисления N = -3).
$4Mg + 10HNO_3(\text{оч. разб.}) \rightarrow 4Mg(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$

Ответ: Характер продуктов реакции также зависит от активности металла: чем активнее металл и чем более разбавлена кислота, тем глубже он может восстановить азот (до $N_2O$, $N_2$, $NH_4NO_3$).

4. Пассивация некоторых металлов.

Некоторые металлы, такие как железо (Fe), алюминий (Al), хром (Cr), пассивируются холодной концентрированной азотной кислотой. На их поверхности образуется прочная, тонкая оксидная плёнка, которая инертна по отношению к кислоте и защищает металл от дальнейшего взаимодействия. Благодаря этому свойству концентрированную азотную кислоту можно перевозить в стальных или алюминиевых цистернах.
$Fe + HNO_3(\text{конц., хол.}) \rightarrow \text{реакция не идёт (пассивация)}$
Однако при нагревании или с разбавленной азотной кислотой пассивирующая плёнка разрушается, и реакция протекает.
Пример с железом и разбавленной кислотой:
$Fe + 4HNO_3(\text{разб.}) \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO\uparrow + 2H_2O$

Ответ: Некоторые металлы (Fe, Al, Cr) пассивируются холодной концентрированной азотной кислотой из-за образования на их поверхности защитной оксидной плёнки, но реагируют с ней при нагревании или в разбавленном виде.