Номер 1, страница 43, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Какими специфическими свойствами обладает азотная кислота?

Азотная кислота ($HNO_3$) является сильной одноосновной кислотой, но помимо общих для всех сильных кислот свойств (диссоциация, реакции с основаниями, основными оксидами, солями), она обладает рядом специфических, отличающих ее от других кислот, свойств. Эти свойства в основном обусловлены тем, что атом азота в ней находится в своей высшей степени окисления +5, что делает азотную кислоту сильным окислителем.

Сильные окислительные свойства

В отличие от большинства кислот, где окислителем выступает ион водорода $H^+$, в реакциях азотной кислоты с металлами окислителем является атом азота $N^{+5}$. Поэтому при взаимодействии азотной кислоты с металлами (даже стоящими в ряду активности после водорода) почти никогда не выделяется водород. Продукты восстановления азота зависят от концентрации кислоты и активности металла.

Концентрированная азотная кислота ($>60\%$) при взаимодействии с большинством металлов (кроме благородных) восстанавливается до диоксида азота ($NO_2$) — газа бурого цвета.

Пример с медью (малоактивный металл):

$Cu + 4HNO_{3(\text{конц.})} \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

Пример с цинком (активный металл):

$Zn + 4HNO_{3(\text{конц.})} \rightarrow Zn(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

Разбавленная азотная кислота ($ \approx 30\%$) при реакции с металлами восстанавливается, как правило, до оксида азота(II) ($NO$) — бесцветного газа, буреющего на воздухе.

Пример с медью:

$3Cu + 8HNO_{3(\text{разб.})} \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$

Очень разбавленная азотная кислота ($<10\%$) в реакциях с активными металлами (например, Mg, Zn, Al) может восстанавливаться до оксида азота(I) ($N_2O$), азота ($N_2$) или даже до нитрата аммония ($NH_4NO_3$), где степень окисления азота -3.

Пример с магнием:

$4Mg + 10HNO_{3(\text{оч. разб.})} \rightarrow 4Mg(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$

Азотная кислота окисляет не только металлы, но и неметаллы (углерод, серу, фосфор) до их высших оксидов или соответствующих кислот.

Пример с фосфором:

$P + 5HNO_{3(\text{конц.})} \rightarrow H_3PO_4 + 5NO_2\uparrow + H_2O$

Пассивация металлов

Концентрированная холодная азотная кислота пассивирует некоторые металлы, такие как железо ($Fe$), хром ($Cr$) и алюминий ($Al$). На поверхности металла образуется плотная оксидная пленка, которая защищает его от дальнейшего взаимодействия с кислотой. Благодаря этому свойству концентрированную азотную кислоту можно перевозить в стальных или алюминиевых цистернах. При нагревании пассивация нарушается, и реакция начинается.

Термическая нестойкость

Безводная азотная кислота и ее концентрированные растворы неустойчивы и разлагаются под действием света или при нагревании. Продуктом разложения является бурый газ $NO_2$, который, растворяясь в кислоте, придает ей желтоватый или бурый оттенок.

$4HNO_3 \xrightarrow{h\nu, t^\circ} 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow + 2H_2O$

Из-за этого свойства концентрированную азотную кислоту хранят в темных склянках в прохладном месте.

Реакции с органическими веществами (нитрование)

Азотная кислота способна вступать в реакцию нитрования с органическими соединениями, замещая атом водорода на нитрогруппу ($-NO_2$). Реакция обычно проводится в присутствии концентрированной серной кислоты, которая действует как катализатор и водоотнимающее средство. Эти реакции имеют огромное промышленное значение.

Пример — нитрование бензола:

$C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t^\circ} C_6H_5NO_2 + H_2O$

Реакции нитрования используются для получения взрывчатых веществ (например, тринитротолуола — ТНТ), красителей, лекарственных препаратов.

Ксантопротеиновая реакция

Это качественная реакция на белки, содержащие аминокислоты с ароматическими кольцами (тирозин, триптофан). При действии концентрированной азотной кислоты на такие белки происходит их нитрование, что приводит к появлению характерного желтого окрашивания. Именно по этой причине при попадании азотной кислоты на кожу появляются желтые пятна, которые не смываются.

Ответ: Специфические свойства азотной кислоты обусловлены сильной окислительной способностью атома азота в степени окисления +5. Ключевые свойства включают: 1) взаимодействие с металлами с образованием продуктов восстановления азота (например, $NO_2$, $NO$, $N_2O$), а не водорода, причем состав продуктов зависит от концентрации кислоты и активности металла; 2) способность окислять неметаллы; 3) пассивация железа, хрома и алюминия концентрированной кислотой; 4) термическая нестабильность с выделением бурого газа $NO_2$; 5) способность нитровать органические соединения; 6) ксантопротеиновая реакция с белками.