氧化性酸:通用特征
氧化性酸包括任意浓度的硝酸 HNO₃和浓硫酸 H₂SO₄。其特点在于其氧化性不由氢离子决定,而是由处于最高氧化态(N⁺⁵、S⁺⁶)的成酸元素决定。
与普通酸的根本区别:
- 与金属反应时不考虑其在金属活动性顺序表中的位置,包括位于氢右侧的金属(Cu、Ag、Hg);
- 与金属反应时不放出氢气;取而代之的是生成酸中中心元素的还原产物;
- 能够氧化非金属(S、P、C、I₂)、无氧酸(HBr、HI)以及一系列盐类(硫化物、溴化物、碘化物)。
浓 H₂SO₄ 与金属的反应
硫的还原产物取决于金属的活动性。金属越活泼,硫原子(S⁺⁶)得到的电子越多:
- 活泼金属(碱金属、碱土金属、Mg、过量 Zn)→ H₂S(S⁻²),转移 8 个电子;
- 中等活泼金属(Zn、Fe、Cr 等)→ S(S⁰),转移 6 个电子;
- 不活泼金属(Cu、Ag、Hg)→ SO₂(S⁺⁴),转移 2 个电子。
注意:稀 H₂SO₄ 表现为普通酸的性质——仅与氢左侧的金属反应并放出 H₂。在冷浓 H₂SO₄ 作用下,Fe、Al、Cr 会发生钝化。
HNO₃ 与金属的反应
氮的还原产物由两个因素决定:金属的活动性和酸的浓度。金属越活泼且酸越稀,氮的还原程度就越深(逻辑:稀释时“竞争”的 HNO₃ 分子较少,因此每个分子能得到更多电子)。
- 稀 HNO₃ + 活泼金属 → NH₄NO₃(N⁻³),转移 8 个电子;
- 稀 HNO₃ + 中等活泼金属 → NO(N⁺²);
- 稀 $HNO_3$ + 弱活性金属 $\rightarrow$ NO ($N^{+2}$), 转移 3 个电子;
- 浓 HNO₃ + 活泼金属 → N₂O(N⁺¹);
- 浓 HNO₃ + 不活泼金属 → NO₂(N⁺⁴),转移 1 个电子。
浓 HNO₃ 在冷时使 Fe、Al、Cr、Ni 钝化;与 Au 和 Pt 不反应(可用王水溶解)。
与非金属的相互作用
S, P, C, I₂能够被氧化性酸氧化。非金属通常会转化为其最高氧化态:
- S → H₂SO₄ (S⁺⁶);
- P → H₃PO₄ (P⁺⁵);
- C → CO₂ (C⁺⁴);
- I₂ → HIO₃(I⁺⁵,未达最高价 +7)。
标准还原产物:对于浓 HNO₃ 为 NO₂,对于稀 HNO₃ 为 NO,对于浓 H₂SO₄ 为 SO₂。
例外:浓 H₂SO₄ 与硫的反应属于归中反应,生成的还原产物只有 SO₂(不生成 H₂SO₄,否则反应会逆向进行):S + 2H₂SO₄(浓) → 3SO₂ + 2H₂O。
与无氧酸及盐类的反应
氧化性酸可氧化 HI 和 HBr(但不能氧化 HCl 和 HF)。这充分体现了氧化强度的差异:
- 浓 H₂SO₄ 与 HI 反应生成 I₂、H₂S 和 H₂O —— 硫原子获得 8 个电子;
- 浓 HNO₃ 与 HI 反应生成 I₂ 和 NO₂ —— 氮原子获得 1 个电子;
- 与 HBr 的反应遵循相似的规律,但硫仅被还原至 SO₂(溴的还原性弱于碘)。
与卤化氢盐(KBr、KI)反应生成单质(Br₂、I₂)、酸式盐(KHSO₄ 或 KNO₃)以及酸的还原产物和水。
与“黑色硫化物”的反应
存在四种不溶性的黑色硫化物:CuS、PbS、HgS、Ag₂S。它们仅与浓 HNO₃ 发生特殊反应:金属转化为硝酸盐,硫直接被氧化至 S⁺⁶(以 H₂SO₄ 形式存在),而氮仅被还原为 NO₂(获得 1 个电子):
MeS + HNO₃(浓) → Me(NO₃)ₙ + H₂SO₄ + NO₂ + H₂O。
反应特点:硫化物不溶,酸为浓酸,因此氮未被深度还原,但硫被最大程度地氧化——转移了 8 个电子。
关键要点
- 氧化性酸:任意浓度的 HNO₃ 以及仅限浓硫酸的 H₂SO₄。
- 在与金属的反应中不放出氢气 —— 生成 N 或 S 的还原产物。
- 对于浓 H₂SO₄:活泼金属 → H₂S,中等活泼 → S,不活泼 → SO₂。
- 对于 HNO₃:金属越活泼、酸越稀,氮的还原越深(从 NO₂ 到 NH₄NO₃)。
- 浓 HNO₃ 和 H₂SO₄ 在冷时使 Fe、Al、Cr 钝化。
- 非金属(S、P、C、I₂)被氧化至最高氧化态;例外 —— 浓 H₂SO₄ 与硫反应仅生成 SO₂。
- 黑色硫化物 CuS、PbS、HgS、Ag₂S 被浓 HNO₃ 氧化,硫转化为 H₂SO₄ 并放出 NO₂。
- HCl 和 HF 不能被氧化性酸氧化;HBr 和 HI 能被氧化,其中碘是更强的还原剂。