Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

Конспект урока: Кислородные соединения азота

Неметаллы

02.12.2024
4228
0

Кислородные соединения азота

План урока

  • Оксиды азота
  • Азотистая кислота и её соли
  • Азотная кислота и её соли

Цели урока

  • рассмотреть оксиды азота
  • дать характеристику азотистой кислоты и её солей
  • охарактеризовать свойства азотной кислоты, рассмотреть особенности взаимодействия азотной кислоты с металлами, отметить области её применения

Разминка

  • Напишите уравнения реакций горения азота. Какие соединения образуются при этом?
  • Какие свойства проявляет аммиак и его водный раствор?
  • Какие степени окисления способен проявлять азот?

Степени окисления азота весьма разнообразны. Но кислород является более электроотрицательным элементом, поэтому в соединениях с кислородом азот будет проявлять только положительные степени окисления: +1, +2, +3, +4 и +5.

 

Мы начнём с рассмотрения оксидов азота. Всего их пять.

Оксиды азота

Азот взаимодействует с кислородом только при температуре выше 2 000 °С. При этом образуется оксид азота (II):

N20 + O20 t 2N+2O-2.

 

Оксид азота (II) это бесцветный газ, он относится к несолеобразующим оксидам, то есть не взаимодействует с кислотами и основаниями с образованием солей.

 

Кроме данного оксида, азот образует ещё четыре:

  • оксид азота (I) N2O  также несолеобразующий оксид;
  • оксид азота (III) N2O3 кислотный оксид. Ему соответствует азотистая кислота HNO2 (азот в степени окисления +3, также как в оксиде), она образуется при взаимодействии оксида с водой:

N2O3 + H2O = 2HNO2;

 

  • оксид азота (V) N2O5 кислотный оксид. Ему соответствует азотная кислота HNO3 (степень окисления азота +5, как в оксиде):

N2O5 + H2O = 2HNO3.

 

  • оксид азота (IV) NO2 кислотный оксид, но не совсем обычный. Азот не образует кислоту, в которой он находился бы в степени окисления +4, как в оксиде. При взаимодействии с водой данный оксид образует две кислоты азотистую и азотную:

2N+4O2 + H2O = HN+3O2 + HN+5O3.

Азотистая кислота

Азотистая кислота относится к слабым кислотам. Она легко разлагается, поэтому получить её в свободном состоянии нельзя. В водном растворе она диссоциирует обратимо:

HNO2  H+ + NO2.

 

В азотистой кислоте атом азота находится в промежуточной степени окисления, поэтому она может проявлять как окислительные свойства (слабые), так и восстановительные.

  • Кислород хороший окислитель. Он может окислять азотистую кислоту, которая в этом случае будет проявлять восстановительные свойства:

2HN+3O2 + O20 = 2HN+5O3-2.

 

  • Слабые окислительные свойства азотистая кислота проявляет с восстановителями, например:

2HN+3O2 + 2HI-1 = I20 + 2N+2O + 2H2O.

 

  • Проявляя обычные кислотные свойства, азотистая кислота взаимодействует с щелочами и основными оксидами с образованием нитритов:

HNO2 + KOH = KNO2 + H2O.


Упражнение 1

 

Запишите уравнения реакций азотистой кислоты с гидроксидом натрия и гидроксидом лития.


Соли азотистой кислоты нитриты. Представляют собой белые кристаллические вещества. Они уже более устойчивы, чем азотистая кислота, но многие из них токсичны.

 

Нитрит аммония проявляет интересное свойство. Он разлагается при нагревании с образованием азота:

NH4NO2 = N2 + 2H2O.

 

Теперь обсудим одну из самых сильных и необычных по свойствам кислот азотную.

Азотная кислота

Исходным веществом для получения азотной кислоты служит аммиак. Почему не азот? Как мы уже говорили, азот достаточно инертное вещество, его сложно заставить взаимодействовать с чем-либо из-за тройной связи между атомами в молекуле N2. Связи в аммиаке не такие прочные, их легко разрушить при окислении, поэтому на производство азотной кислоты из аммиака будет затрачено меньше ресурсов, чем из азота.

 

Получение азотной кислоты происходит в несколько стадий.

  • Для начала окисляют аммиак до оксида азота (II) с использованием катализатора:

4NH3 + 5O2 кат. 4NO + 6H2O.

 

  • Затем оксид азота (II) окисляют кислородом воздуха до оксида азота (IV):

2NO + O2 = 2NO2.

 

  • И на последней стадии оксид азота (IV) реагирует с водой. Здесь протекает множество сложный реакций, но упрощённо эта стадия соответствует следующему уравнению реакции:

4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3

 

По своим свойствам азотная кислота сильный электролит, который полностью диссоциирует в водном растворе.



Запишите уравнение диссоциации азотной кислоты. Как будет изменяться цвет индикаторов в растворе данной кислоты?


И так как HNO3  типичная кислота, она реагирует с основными и амфотерными оксидами, с щелочами и нерастворимыми гидроксидами металлов, а также с солями.


Пример 1

 

Будет ли азотная кислота взаимодействовать с оксидом алюминия, с соляной кислотой, сульфатом натрия? Запишите возможные уравнения реакций.

 

Решение

  1. Определим, с какими веществами будет реагировать азотная кислота. Оксид алюминия амфотерный оксид, соляная кислота кислота, сульфат натрия соль.
  2. Зная свойства кислот, предположим, что азотная кислота будет взаимодействовать с оксидом алюминия и с сульфатом натрия.
  3. Запишем уравнения реакций:
  • Al2O3 + 6HNO3 = 2Al(NO3)3 + 3H2O;
     
  • Na2SO4 + 2HNO3 = 2NaNO3 + H2SO4. Вспомним, что соли взаимодействуют с кислотами, если выполняется условие необратимости (выделение осадка или газа). В данном случае нет ни осадка, ни газа, поэтому эта реакция протекать не будет;
     
  • Таким образом, из перечисленных веществ азотная кислота будет взаимодействовать только с оксидом алюминия.


Упражнение 2

 

С какими из перечисленных веществ будет взаимодействовать азотная кислота: оксид углерода (IV), гидроксид бария, оксид меди (II), серная кислота, гидроксид цинка, карбонат кальция? Запишите уравнения возможных реакций.


Особенные свойства азотная кислота проявляет при взаимодействии с металлами. Окислителем в таких реакциях выступает нитрат-ион NO3, поэтому продуктом процесса восстановления будет не водород, а соединения азота в более низких степенях окисления. Как понять, что именно за соединения это будут? Здесь всё будет зависеть от концентрации кислоты и от активности металла. Более подробно особенности взаимодействия металлов с азотной кислотой можно изучить на рисунке 1.


Металлы никогда не вытесняют водород из азотной кислоты.


Рисунок 1. Взаимодействие металлов с азотной кислотой

Железо, алюминий и хром пассивируются концентрированной азотной кислотой.


Пример 2

 

Запишите уравнение реакции концентрированной азотной кислоты с медью.

 

Решение

  1. Определим концентрацию кислоты. В условии сказано, что она концентрированная.
  2. Определим, к какой группе относится металл. Медь в ряду активности стоит после водорода и по рисунку 1 видно, что она относится к неактивным металлам.
  3. Таким образом, при взаимодействии концентрированной азотной кислоты и меди будет получаться соль, оксид азота (IV) и вода.
  4. Запишем уравнение реакции, не забывая про коэффициенты:

Cu + 4HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.


Упражнение 3

 

Запишите уравнения реакций:

  • магний и концентрированная азотная кислота;
  • цинк и разбавленная азотная кислота.


Соли азотной кислоты нитраты. Это твёрдые кристаллические вещества, которые хорошо растворяются в воде. Нитраты щелочных, щелочноземельных металлов и аммония имеют название «селитры».

 

Стоит обратить внимание на особенности термического разложения нитратов. Состав продуктов разложения будет зависеть от активности металла в составе соли.

Нитрат металла

нитрит металла + O2 (до Mg)

оксид металла + NO2 + O2 (от Mg до Cu)

металл + NO2 + O2 (после Cu)


Пример 3

 

Запишите уравнение реакции разложения нитрата алюминия.

 

Решение

  1. Определим активность металла. В ряду активности металлов алюминий находится между магнием и медью. При разложении нитрата алюминия образуется оксид алюминия, окси азота (IV) и кислород.
  2. Запишем уравнение реакции:

4Al(NO3)3 =t 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2.



Упражнение 4

 

Запишите уравнения реакций термического разложения нитрата натрия, нитрата цинка и нитрата меди (II).


Контрольные вопросы

  1. Какие оксиды образует азот? Каким характером они обладают?
  2. Охарактеризуйте свойства азотистой кислоты.
  3. В чём заключается особенность взаимодействия азотной кислоты с металлами?


Предыдущий урок
Получение неметаллов. Получение важнейших химических соединений неметаллов
Неметаллы
Следующий урок
Халькогены. Сера. Сероводород и сульфиды
Неметаллы
Урок подготовил(а)
teacher
Дмитрий Алексеевич
Учитель химии
Опыт работы: 10 лет
Поделиться:
  • Углеводороды

    Химия

  • Кислородные соединения серы

    Химия

  • Корень n-ой степени

    Алгебра

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке