Азотная кислота в заданиях ЕГЭ

Азотная кислота обладает особенными свойствами. Она является сильным окислителем за счет N(+5). При взаимодействии с различными веществами в условиях реального эксперимента она дает сложную смесь продуктов, на состав которой влияет ряд факторов:

· Концентрация кислоты
· Активность восстановителя
· Температура
· Степень измельчения реагента

Поэтому обычно мы говорим не про единственный, а про преимущественный продукт восстановления азотной кислоты – тот, которого в смеси больше всего. Для успешной сдачи ЕГЭ нужно понимать, как правильно выбрать этот продукт, глядя на концентрацию кислоты и формулу восстановителя.

Давайте рассмотрим, как азотная кислота будет реагировать с металлами. Возможные варианты можно описать схемой:

• При взаимодействии металлов с концентрированной азотной кислотой образуется NO2, то есть азот из +5 переходит в ближайшую степень окисления +4. Вот объяснение, помогающее лучше запомнить: в стакане с концентрированной азотной кислотой очень много HNO3, а металл может отдать ограниченное число электронов. Поэтому каждой HNO3 достанется минимум электронов (1 e).

• Если взять разбавленную кислоту, то преобладающим продуктом восстановления будет NO.

• При растворении некоторых активных металлов (в ЕГЭ это Ca и Mg) в очень разбавленной азотной кислоте образуется нитрат аммония NH4NO3.

• ВАЖНО! В рамках ЕГЭ считается, что водород H2 никогда не выделяется как преобладающий продукт.

В спорных ситуациях нужно выбирать продукт исходя из контекста задания, общей логики или числовых данных (если это расчетная задача). Например, при взаимодействии магния и разбавленной азотной кислоты в зависимости от условий могут образоваться N2O, N2 или NH4NO3, но не выделится NO2. При этом знать тонкости, что, допустим, 25%-ная кислота дает с кальцием азот, а 8%-ная – нитрат аммония, не нужно.

Например (ниже даны схемы реакций без коэффициентов):

Cu + HNO3 (конц.) → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O

Zn + HNO3 (конц.) → Zn(NO3)2 + NO2 + H2O

Когда кислота концентрированная, активность металла практически не влияет на продукт.

Cu + HNO3 (разб.) → Cu(NO3)2 + NO + H2O

Zn + HNO3 (разб.) → Zn(NO3)2 + NO или N2O или N2 или NH4NO3 + H2O

Если кислота разбавленная, то обычно образуется NO (его пишем, если не указан контекст реакции).Однако для металлов, стоящих в электрохимическом ряду активности левее водорода, возможны и другие продукты.

Важно!

• Не кидайте щелочные металлы в концентрированную кислоту – будет взрыв! Такие реакции в ЕГЭ не дают из-за их неоднозначности (даже если экспериментатор выживет, точно написать уравнение он не сможет).

• Не пытайтесь растворить алюминий, железо, хром и свинец в холодной концентрированной кислоте – они пассивируются!

• Золото, платину и палладий в азотной кислоте нельзя растворить ни при каких обстоятельствах. Это благородные металлы.

• Если стоит выбор между +2 и +3 (Fe, Cr), выбирайте +3 :) Потому, что Fe(+2) и Cr(+2) сами являются хорошими восстановителями и дальше реагируют с азотной кислотой.

Давайте рассмотрим несколько заданий и определим, какие продукты нужно выбирать в каждом случае.

1. «Кальций растворили в азотной кислоте, при этом выделился газ, входящий в состав воздуха».
   5Ca + 12HNO3 = 5Ca(NO3)2 + N2 + 6H2O
2. «…газ, полученный при действии на серебро концентрированной азотной кислоты».
   Ag + 2HNO3 (конц.) = AgNO3 + NO2 + H2O
3. «К разбавленному раствору полученной кислоты (HNO3) добавили магний, в результате чего в растворе образовалось две соли, а выделения газообразных продуктов не происходило».
   4Mg + 10HNO3(разб.) = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
4. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами их взаимодействия:

Медь стоит в ряду активности правее железа, поэтому в пункте А выбираем ответ 3, а в пункте Г – 2 (см. таблицу в начале). Кальций относится к группе активных металлов, поэтому выбрать в пункте Б вариант 5 будет грубой ошибкой. Из азотной кислоты независимо от ее концентрации не выделяется водород, поэтому вариант 4 тоже не подходит. В пункте В протекает обычная реакция обмена, выбираем ответ 6.

При взаимодействии концентрированной азотной кислоты с неметаллами или сложными веществами в продуктах обычно указывают NO2. А разбавленная азотная кислота в этих условиях восстанавливается до NO (иногда могут быть другие продукты, но на них будут указания в задании).

Еще важно помнить, что азотная кислота «не дружит» с сульфидами, сульфитами и соединениями Fe(+2). Если эти вещества встречаются в растворе, то протекает ОВР по схемам:

Это обстоятельство нужно учитывать при решении тестов и 31 заданий ЕГЭ.

5. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами их взаимодействия:

В пунктах А и В вещества содержат двухзарядное железо, поэтому будет протекать окислительно-восстановительная реакция.

6. Из предложенного перечня веществ: сульфид натрия, углекислый газ, азотная кислота, хлорид железа (III), оксид кальция, выберите вещества, между которыми возможна реакция ионного обмена. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения только одной из возможных реакций.

При выполнении этого задания может появиться желание записать реакцию вида:

Na2S + 2HNO3 = 2NaNO3 + H2S

Эта реакция имеет право на существование только при использовании очень разбавленной азотной кислоты. В противном случае между этой парой веществ будет протекать ОВР:

Na2S + 8HNO3 = Na2SO4 + 8NO2 + 4H2O

Не используйте спорные реакции, если есть альтернатива.

7. Из предложенного перечня веществ: азотная кислота, гидроксид железа (II), нитрат меди (II), карбонат кальция, хлорид лития, выберите вещества, между которыми возможна реакция ионного обмена. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения только одной из возможных реакций.

При решении этого задания нельзя писать реакцию обмена между азотной кислотой и гидроксидом железа (II). Mежду ними будет протекать ОВР, например, такая:

3Fe(OH)2 + 10HNO3 = 3Fe(NO3)3 + NO + 8H2O

Учите химию и будьте бдительны!