Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2014 » Март » 8 » Примеры ОВР по окислителям. Азотная кислота
21:32
Примеры ОВР по окислителям. Азотная кислота

Мы неоднократно рассматривали основные методики решения ОВР, а так же, тонкости составления уравнений и определения продуктов реакций. При этом посетители сайта уделяют данному материалу достаточно много внимания, что не может не отразиться на работе информационного ресурса. Для более детального рассмотрения этого вопроса, в том числе, с учетом опыта работы посетителей с предыдущим материалом, я решил расширить тему рядом статей, посвященных решению интересных примеров реакций, сгруппировав их по типу окислителя.

Мы начнем этот цикл с одного из основных соединений химической промышленности (часто встречающимся в ОВР) – азотной кислоты.

Азотная кислота содержит атом азота в степени окисления 5+, это высшая степень окисления азота, так как, он неметалл, и может иметь заряд до -3, то он является сильным окислителем. Кислород и водород, содержащиеся в молекуле азотной кислоты очень редко меняют степень окисления. Обычно это реакции разбавленной кислоты с металлами (водород меняет с +1 до 0) или реакция деструкции кислоты с выделением молекулярного кислорода (кислород меняет с -2 до 0). Из экзотики можно назвать реакцию азотной кислоты со фтором (в этом случае все компоненты кислоты переходят в фториды, приобретая положительный заряд).

В зависимости от силы восстановителя, температуры и концентрации кислоты, а так же, соотношения реагирующих веществ. Азот может принимать любую степень окисления: +4 (диоксид), +3 (нитриты и смешанный оксид азота (III)), +2 (оксид азота), +1 (закись азота), 0, -1 (гидроксиламмин), -2 (гидразин), -3 (нитриды, аммиак). Обычно азотная кислота в ОВР переходит в соединения азота с положительными степенями окисления, в случае очень сильного восстановителя возможен переход до молекулярного азота. Так как, молекула азота крайне инертна, то перескочить молекулярное состояние и перейти от азотной кислоты (нитратов) к соединениям азота с отрицательными зарядами практически не возможно. Требуется очень сильный восстановитель, высокая температура и интенсивное перемешивание, выход при этом будет далек от 100%.

Первый пример, который мы рассмотрим – взаимодействие азотной кислоты с гидридом металла. Гидрид натрия – сильный восстановитель, очень активный. Так как, металлы ни когда не принимают отрицательные степени окисления, заряд на водороде -1. Азот меняет степень окисления с 5+ до 2+. Наименьшее общее кратное 6, множители 2 и 3. Так как, среда кислая, то добавляем в полуреакции протоны водорода и молекулы воды. Для данной реакции лучше подходит холодная концентрированная кислота в строгом стехиометрическом соотношении с восстановителем.

 

Второй пример, окисление азотной кислотой сульфида цинка. Сульфиды достаточно активные восстановители, но, для окисления серы из низшей степени окисления до высшей требуется избыток кислоты высокой концентрации и высокая температура. Наименьшее общее кратное 8, множители 8 и 1. Полуреакции простые, поэтому, баланс по кислороду можно подробно не расписывать.

 

Следующий пример аналогичен, но сера окисляется до свободного состояния, заряд на сере с 2- до 0. Для этого процесса лучше брать разбавленную кислоту в строго стехиометрическом соотношении и для ускорения реакции слегка подогреть, дабы восстановление азота кислоты не остановилось не доходя до степени окисления 0.

 

Высокая окислительная активность азотной кислоты хорошо демонстрируется на примере окисления другого достаточно сильного окислителя – диоксида марганца. Заряд на атоме марганца меняется с 4+ до 7+, это высший заряд для марганца. Азот переходит только с 5+ до 4+, так как, восстановительная активность диоксида марганца ничтожна. Для ведения процесса необходим избыток концентрированной азотной кислоты и максимально высокая температура, при которой, кстати, марганцевая кислота склонна разлагаться с выделением кислорода. После умножения на множители 3 и 1, с обоих сторон сокращаются протоны водорода и молекулы воды.

 

Пример окисления органического соединения наиболее нагляден с глюкозой. Будучи многоатомным альдегидоспиртом, глюкоза весьма сильный восстановитель, но, для точного окисления глюкозы до глюконовой кислоты (карбоксильная группа –СООН вместо альдегидной –СОН) требуется стехиометрическое соотношение компонентов. Высокая концентрация не желательна, так как, возможно нитрование глюкозы по гидроксильным группам и даже термохимическая дегидратация при повышении температуры смеси. Для упрощения запишем только атом углерода карбонильной группы глюкозы, так как, он связан с одним атомом водорода и одним атомом кислорода (остальная часть молекулы не меняется, значит, ее не учитываем), то заряд на углероде 1+. После добавления в карбонильную группу атома кислорода с классическим зарядом 2-, углерод должен компенсировать его, значит, после реакции он заряжен 3+.

Последний пример на сегодня возьмем боле экзотический – окисление аммиака азотной кислотой до гидразина. В промышленности для этого процесса берут строго стехиометрическое количество диоксида азота и аммиака, но, мы проведем с азотной кислотой. Для обеспечения наиболее полного перехода азота кислоты в молекулярный азот, стоит поднять температуру. Соотношение компонентов почти стехиометрическое (небольшой избыток кислоты), кислота средней концентрации. Гидразин получится в виде водного раствора нитрата гидразония. После умножения на дополнительные множители, в полуреакциях сокращаются лишние протоны водорода, остаются только слева в верхней строке (12-10=2).

 

Сегодня мы на этом закончим, если остались вопросы, можете задать их на форуме или в комментариях к статье. В следующий раз мы коснемся других интересных окислителей.

   
Категория: Фундамент | Просмотров: 9224 | Добавил: Chemadm | Теги: азотная кислота в ОВР, уравнивание ОВР, окислительно-восстановительные | Рейтинг: 4.8/20
Всего комментариев: 2
1
1  
Прикольно, хорошо бы расширить тему

0
2  
Наконец-то дошли руки до этого материала. Он начинает серию из 7 статей, посвященных наиболее распространенным и интересным окислителям. Материал статей предназначен не только для практики в решении ОВР, но и для расширения знаний в неорганической химии.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]