Условие задачи

Чем существенно отличается действие разбавленной азотной кислоты на металлы от действия хлороводородной (соляной) и разбавленной серной кислот? Что является окислителем в первом случае, что – в двух других? Приведите примеры.

Решение

Дисциплина этой задачи – общая химия (в основном, неорганическая химия, редокс-реакции). Ниже приводится подробное решение.

1. Основное отличие действия разбавленной азотной кислоты от действия хлороводородной (соляной) и разбавленной серной кислот заключается в том, что азотная кислота, даже если она разбавленная, является выраженным окислителем. Это означает, что при её реакции с металлами азотные составные группы (обычно нитрат-ионы, а именно атом азота в соединенной форме) непосредственно принимают электроны, а окисление металла происходит значительно сильнее, чем просто реакция с ионом водорода.

2. В реакциях с хлороводородной и разбавленной серной кислотами основное преобразование происходит за счет ионов водорода (Н⁺). Металл окисляется, отдавая электроны, а протоны (Н⁺) восстанавливаются до водорода, который выделяется в виде H₂. Здесь непосредственно окислителем выступают сами ионы Н⁺, хотя они довольно слабые окислители по сравнению с азотной кислотой.

3. В случае азотной кислоты окислителем является сама кислота, а именно её составные части – так называемые «ионные формы» азота (например, NO₃⁻), которые могут восстанавливаться до различных оксидов азота (NO, NO₂, N₂O при разных условиях). Поэтому вместо выделения водорода как в случае с соляной или серной кислотой, при реакции с азотной кислотой образуются продукты, содержащие оксиды азота.

4. Примеры реакций:

а) Действие разбавленной азотной кислоты на медь (Cu):

Медь не вступает в реакцию с соляной кислотой, поскольку она находится ниже водорода в ряду активности металлов. Однако при реакции с азотной кислотой происходит окисление меди до ионов меди, а азотная кислота, благодаря своим окислительным свойствам, восстанавливается с образованием диоксида азота NO₂ (или NO при разных условиях). Уравнение реакции можно записать следующим образом:

Cu + 4 HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2 NO₂ + 2 H₂O

Здесь NO₂ является продуктом восстановления азотной кислоты, выступающим в роли окислителя.

б) Действие хлороводородной кислоты на цинк (Zn):

Цинк является активным металлом, и при реакции с HCl происходит стандартное кислотно-металлическое взаимодействие, где металлу отдаются электроны, а протоны из кислоты восстанавливаются до газа H₂. Уравнение реакции:

Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂

Здесь окислителем выступают ионы водорода (Н⁺), которые редуцируются до водорода.

в) Действие разбавленной серной кислоты на цинк (Zn):

Подобно HCl, при реакции Zn с разбавленной H₂SO₄ происходит образование сульфата цинка и выделение водорода:

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂

Опять же, окислителем являются ионы водорода.

5. Краткое резюме:

• При воздействии разбавленной азотной кислоты на металлы основное отличие в том, что кислота действует как сильный окислитель – окисляя металл и восстанавливаясь до оксидов азота (NO₂, NO и т.п.). Таким образом, в этой реакции окислителем является сама азотная кислота (её составные части, содержащие атомы азота).

• При воздействии хлороводородной или разбавленной серной кислот на металлы основное преобразование происходит посредством протонно-металлической реакции, в результате которой ионы водорода (Н⁺) восстанавливаются до водорода (H₂). Здесь окислителем являются частицы Н⁺, хотя их сила окисления значительно ниже чем у азотной кислоты.

Таким образом, отличие связано с характером окислителя: в первом случае – азотная кислота превращается в оксиды азота, а во втором – образуется водород.