Химия школьнику
Для чего используется серная кислота: где применяется и зачем нужна
Серная кислота нужна заводам, аккумуляторам и школьной лаборатории. Рассказываем, где она применяется, чем полезна и какие правила безопасности важны.
Химия школьнику
Азотная кислота реагирует с основаниями, оксидами, карбонатами и почти со всеми металлами, но водород при этом не выделяет. Объясняем почему.
Азотная кислота — одно из самых активных веществ школьного курса неорганики. Она реагирует почти со всеми металлами, но делает это не так, как соляная или разбавленная серная. Выясним, с чем реагирует азотная кислота и что при этом происходит.
Формула азотной кислоты — HNO₃. Это сильная кислота и одновременно сильный окислитель. Вторая особенность определяет почти все её необычные реакции: окислителем выступает не ион водорода, как у соляной кислоты, а азот в составе нитрат-иона.
Азот в азотной кислоте находится в высшей степени окисления +5. В ней он «жаден» до электронов и охотно забирает их у металлов и некоторых неметаллов. Например, концентрированная кислота при нагревании окисляет углерод: C + 4HNO₃ = CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O.
Отсюда главное правило школьного курса: когда азотная кислота реагирует с металлами, водород, как правило, не выделяется. Вместо него образуются оксиды азота.
Простой способ закрепить тему — сравнить три кислоты по отношению к меди. Соляная кислота с медью не реагирует. Разбавленная серная тоже не реагирует. А вот азотная растворяет медь любой концентрации — потому что действует как окислитель.
С некоторыми веществами азотная кислота реагирует так же, как другие кислоты. Эти реакции похожи на реакции других кислот, с них удобно начинать:
Все соли азотной кислоты называются нитратами. Все нитраты хорошо растворимы в воде, поэтому сам нитрат-ион осадков не образует: если при реакции обмена выпал осадок, его дал другой ион. Цвет раствора определяется металлом.
Здесь азотная кислота ведёт себя по-особенному. Продукт зависит от концентрации кислоты и от активности металла:
Для запоминания пригодится простая памятка. Малоактивные металлы, например медь, при реакции с концентрированной кислотой дают NO₂, а с разбавленной — NO. Активные металлы, такие как цинк и магний, с сильно разбавленной кислотой могут дать N₂O, азот или нитрат аммония. Известное исключение, где выделяется немного водорода, — магний (и марганец) в очень разбавленной кислоте.
Медь растворяется в азотной кислоте — в отличие от разбавленной серной, с которой она не реагирует. Золото и платина в азотной кислоте не растворяются. Железо и алюминий на холоде в концентрированной кислоте покрываются плотной оксидной плёнкой и перестают реагировать: это явление называют пассивацией.
Реакции азотной кислоты с металлами сопровождаются выделением токсичных газов, поэтому в школе их показывает учитель под вытяжкой. Дома их не повторяют.
Если нужно запомнить, как записываются эти реакции, начните с нескольких основных:
Оксид азота (II) бесцветен, но при контакте с воздухом сразу соединяется с кислородом: 2NO + O₂ = 2NO₂. Именно поэтому над разбавленной кислотой с медью газ буреет на воздухе.
Азотная кислота окрашивает белки в жёлтый цвет. Это ксантопротеиновая реакция, на которой основан один из школьных опытов на обнаружение белка. На практике её последствия видны сразу: капля кислоты на коже оставляет жёлтое пятно и вызывает ожог, пятна на ткани со временем разрушают волокна.
Свет и нагревание заставляют кислоту разлагаться. Поэтому её хранят в тёмной посуде в прохладном месте, а при длительном хранении она желтеет: в растворе накапливаются оксиды азота.
Для знакомства с азотной кислотой хватает простых реакций с разбавленным раствором: нейтрализация щёлочи, взаимодействие с содой, проверка индикаторами. В каталоге «Химички» есть готовый раствор азотной кислоты 10%, 65 мл, который, согласно описанию, предназначен для опытов и лабораторных работ.
Реакции азотной кислоты с металлами и белками оставьте учителю: они требуют вытяжки, опыта и защитной одежды.
Азотная кислота — один из самых агрессивных школьных реактивов, поэтому правила здесь строже обычного:
Окислительную роль в ней играет нитрат-ион, а не ион водорода. Поэтому вместо водорода образуются оксиды азота, а у очень разбавленной кислоты — и другие соединения азота.
Да, в отличие от соляной и разбавленной серной. Продукты — нитрат меди и оксиды азота, а раствор становится голубым или зеленоватым. Опыт сопровождается ядовитым газом, поэтому его проводят только под вытяжкой.
Под действием света и тепла она частично разлагается, и в растворе накапливаются оксиды азота. Они придают ему жёлтую или бурую окраску.
В школьном курсе — золото и платина. Железо и алюминий пассивируются в холодной концентрированной кислоте, но в разбавленной реагируют.
Азотная кислота реагирует с основаниями, оксидами, карбонатами и почти со всеми металлами, но с ними даёт не водород, а оксиды азота. Именно поэтому её опыты требуют особой осторожности. В домашней практике достаточно простых реакций с разбавленным раствором, а остальное — разбирать по учебнику и смотреть на уроке у учителя.
Об авторе
Химия школьнику
Серная кислота нужна заводам, аккумуляторам и школьной лаборатории. Рассказываем, где она применяется, чем полезна и какие правила безопасности важны.
Химия школьнику
Разбавленная серная кислота реагирует с активными металлами, оксидами, щёлочами и солями. Показываем, что при этом видно и чем отличается концентрированная.
Химия школьнику
Гидроксид натрия — одна из самых известных щелочей. Что это за вещество, как оно пишется, где применяется и какие правила безопасности нужны.