Азотистая кислота в чистом виде не выделена и существует лишь в растворах, которые получают на холоде подкислением растворов ее солей:

Ba(NO 2) 2 + H 2 SO 4 = 2HNO 2 + BaSO 4

Эти растворы имеют голубую окраску, они относительно устойчивы при 0 °С, а при нагревании до комнатной температуры разлагаются: 3HNO 2 = HNO 3 + 2NO + H 2 O

Азотистая кислота легко диспропорционирует.

Окислительные свойства и прочность HNO 3 и HNO 2 удобно сопоставить с помощью диаграммы вольт-эквивалент - степень окисления. Легко заметить, что значение вольт-эквивалента HNO 2 лежит выше прямой, соединяющей значения вольт-эквивалентов NO и HNO 3 . Следовательно, G реакции диспропорционирования оказывается меньше нуля, иными словами, HNO 2 является неустойчивой кислотой и стремится диспропорционировать на NO и HNO 3 . Кроме того, в разбавленных растворах одинаковой концентрации (0,1 М) HNO 2 оказывается сильным окислителем, по силе превосходящим даже HNO 3 . Так, 0,05 М HNO 2 , мгновенно окисляет иодид калия:

2NaNO 2 + 2H 2 SO 4 + 2KI = I 2 + 2NO + K 2 SO 4 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O

а азотная кислота той же концентрации с KI не реагирует. Это следует и из диаграммы вольт-эквивалент-степень окисления. Действительно, наклон прямой, соединяющей значения вольт-эквивалентов HNO 2 и NO, оказывается круче, чем в случае пары HNO 3 и NO. Атом азота в HNO 2 находится в промежуточной степени окисления, поэтому для азотистой кислоты и ее солей характерны не только окислительные, но и восстановительные свойства. Так, нитриты обесцвечивают подкисленный раствор перманганата калия: 5KNO 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + 5KNO 3 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

Нитриты щелочных, щелочноземельных металлов и аммония - бесцветные или желтоватые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде и плавящиеся без разложения. Нитриты переходных металлов в воде малорастворимы, а при нагревании легко разлагаются.

Отношение нитратов металлов к нагреванию.

Ме находящиеся левее Mg (кроме Li): МеNO 2 +O 2

Ме находящиеся между (и Li): MeO+NO 2 +O 2

Ме находящиеся правее Cu: Ме+NO 2 +O 2

Азотноватистая (гипоазотистая) кислота H 2 N 2 O 2 . Бесцветные кристаллы.Азотноватистая кислота - слабая и очень неустойчивая. Она и ее соли проявляют восстановительные свойства. При обезвоживании H 2 N 2 O 2 концентрированной H 2 SO 4 образуется оксид азота N 2 O, который формально можно рассматривать как ее ангидрид.

Нитроксиловая кислота H 4 N 2 O 4 . В свободном виде она неустойчива.

2. Все щелочные металлы взаимодействуют с водой, выделяя водород:

2Ме+2H 2 O=2МеOH+H 2

Эта экзотермическая реакция протекает очень быстро, натрий часто воспламеняется, а более тяжелые металлы реагируют со взрывом. Относительно низкая активность лития по отношению к воде определяется прежде всего кинетическими, а не термодинамическими причинами: литий наиболее твердый из щелочных металлов и имеет самую высокую температуру плавления, поэтому он медленнее дробится на капли и реагирует спокойнее других щелочных металлов.

Состав продуктов, образующихся при сгорании щелочных металлов на воздухе или в кислороде, зависит от природы металла. Так, литий образует оксид Li 2 O, натрий - пероксид Na 2 O 2 , калий, рубидий и цезий - супероксиды (надпероксиды) КO 2 , RbO 2 , CsO 2 . Все эти вещества имеют ионную кристаллическую решетку. Пероксиды: ст.окисл. -1, а супероксиды (надпероксиды) ст.окисл .

Взаимодействие с серой : При сплавлении натрия с серой образуются персульфиды типа Na 2 S 2 , Na 2 S 3 , Na 2 S 4 и Na 2 S 5 .

Li не образует полисульфидов. Остальные образуют: K 2 S+nS=K 2 S n

Э 2 S гидролизуются медленно, окисляются до тиосульфатов:

2Na 2 S+2O 2 +H 2 O=Na 2 S 2 O 3 +2NaOH

Взаимодействие с водородом:

Получают: Li(расплав)+H 2 =2LiH

NaH,KH,Cs,Rb разлагаются при нагревании. Все гидролизуются в воде: 2LiH+2H 2 O=2LiOH+H 2

Взаимодействие с галогенами:

LiF- малорастворим. LiCl,LiBr,LiI-гигроскопичны, образуют кристаллогидраты.

NaГ, KГ, CsГ, RbГ- хорошо растворимые соли.

Прочность связи Li-Г в ряду F, Cl, Br, I уменьшается, причина- сильное поляризующее влияние иона лития.

Взаимодействие с азотом:

Li 3 N синтезируется при обычных условиях. Остальные нитриды получают действием тихого электрического разряда на пары щелочных металлов в атмосфере азота. Они не устойчивы. В воде гидролизуются: Li 3 N+3H 2 O=3LiOH+NH 3

Оксиды, гидроксиды, соли.

Оксиды М 2 O их можно получить путем дозированного окисления металлов, однако в

этом случае конечный продукт будет содержать примеси. Цвет оксида изменяется

от белого (Li 2 O и Na 2 O) к желтому (K 2 O, Rb 2 O) и оранжевому (Cs 2 O). Удобным способом получения оксида натрия является взаимодействие натрия с расплавленным едким натром: 2NaOH + 2Na=2Na 2 O + H 2

Для всех щелочных металлов получены озониды МO 3 , в состав которых входит парамагнитный ион - . Солеобразные КO 3 , RbO 3 , CsO 3 получают действием озона на пероксиды, супероксиды или гидроксиды: КO 2 + O 3 = КO 3 + O 2

Все озониды представляют собой оранжево-красные кристаллические вещества. Они чрезвычайно взрывоопасны и неустойчивы.

Пероксиды, надпероксиды и озониды щелочных металлов при нагревании pазлагаются. Их термическая устойчивость увеличивается с ростом радиуса катиона. Пероксиды, надпероксиды и озониды являются сильными окислителями:

Na 2 O 2 + CO = Na 2 CO 3

Гидроксиды элементов первой группы являются сильными основаниями. Они представляют собой бесцветные гигроскопичные вещества, легко расплывающиеся на воздухе и постепенно превращающиеся в карбонаты. Гидроксиды щелочных металлов прекрасно растворимы в воде.

Гидроксиды натрия, калия, рубидия и цезия плавятся без разложения, в то время как LiOH при прокаливании выделяет воду: 2LiOH = Li 2 O + Н 2 O

Взаимодействие гидроксидов щелочных металлов с кислотами и кислотными оксидами приводит к образованию солей.

Нитраты щелочных Ме при нагревании разлагаются:

4LiNO 3 =2Li 2 O+4NO 2 +O 2

Но остальные: 2NaNO 3 =2NaNO 2 +O 2

Na 2 CO 3 *10H 2 O – кристаллическая сода

NaHCO 3 – питьевая сода (Получение- аммиачный способ, метод Сольве:

NaCl+NH 3 +CO 2 +H 2 O=NaHCO 3 +NH 4 Cl

2NaHCO 3 = Na 2 CO 3 +CO 2 +H 2 O (при нагревании)

Литий Li от остальных щелочных металлов отличает большее значение энергии ионизации и небольшой размер атома и иона. Литий по свойствам напоминает магний (диагональное сходство в периодической системе).

3. В окислительно-восстановительном процессе всегда участвуют две (сопряженные)

пары, каждая из которых включает окислитель и восстановитель. Процессу образования ионов способствует увеличение энтропии (энтропия ионов в растворе гораздо больше, чем энтропия металла) и образование гидратов, а препятствуют процессы ионизации (энергия ионизации достаточно высока) и разрушения кристаллической решетки. В состоянии равновесия на пластинке локализуется положительный заряд, который компенсируется противоионами, находящимися в растворе. Так возникает двойной электрический слой, характеризующийся некоторым скачком потенциала который зависит от природы металла, температуры и концентрации ионов металла в растворе. Величину , нельзя ни измерить, ни рассчитать. Однако, если такой полуэлемент соединить проводником с другим полуэлементом (например, то между ними будет протекать электрический ток, обусловленный разностью потенциалов. Электродвижущая сила (Е) процесса, например реакции:

будет равна с высокой степенью приближения разности потенциалов полуэлементов:

Вот эту величину - электродвижущую силу - измерить можно! Поэтому для характеристики полуэлементов (окислительно-восстановительных пар) используют величину ЭДС между данным полуэлементом и так называемым электродом сравнения. За электрод сравнения принят стандартный водородный электрод

2Н + (р)+2e - =H 2 0

и активности Н + , равной 1. ЭДС цепи, составленной из стандартного водородного электрода и изучаемого электрода, называют электродным потенциалом последнего. Если активности (концентрации) ионов равны единице, то этот потенциал называют

стандартным (Е°). Так, для окислительно-восстановительной пары Cu 2+ /Cu°, при

[Си 2+ ] = 1 моль/л: Е = = Е° (Cu 2+ /Cu°).

Уравнение 1. для окислительно-восстановительного процесса в целом можно записать так:

или в более общем виде: E=Eок-Евос

где Еок - электродный потенциал пары, выступающей в качестве окислителя; Евос - электродный потенциал пары, выступающей как восстановитель.

Реакционная способность Р оказывается более высокой, чем азота. С металлами Р взаимодействуют с образованием фосфидов. Их получают нагреванием смеси пниктогена с металлом в инертной атмосфере или в запаянной ампуле.

Гидролиз фосфида: Mg 3 P 2 +6H 2 O=2PH 3 +3Mg(OH) 2

Mg 3 P 2 +6HCl=2PH 3 +3MgCl 2

Фосфор диспропорционирует

Р 4 + 6Н 2 O = РН 3 + ЗН 3 PO 2

В кислой и нейтральной средах равновесие сильно смещено влево, и реакция практически не протекает. Равновесие смещается вправо под действием

щелочей: Р 4 + ЗКОН + ЗH 2 O=PH 3 + ЗКН 2 PO 2

Фосфин образует с воздухом взрывчатые смеси, а при поджигании сгорает, превращаясь в метафосфорную кислоту: РН 3 + 2O 2 =НРО 3 + Н 2 O

Фосфин плохо растворим в воде. Реагирует только с очень сильными кислотами (HI, HClO 4)

Алотропия фосфора.

Белый фосфор. Мягкое кристаллическое вещество с неприятным чесночным запахом, практически не растворим в воде, мало растворим в бензоле, хорошо растворим в сероуглероде. Он сильно ядовит, на воздухе горит. Имеет молекулярную решетку в узлах которой находятся тетраэдрические молекулы

P 4 . Высокая реакционная способность.

Красный фосфор.P ∞ Образуется при нагревании белого до 320 градусов без доступа воздуха.Он не растворим в сероуглероде, но растворяется в расплавленном висмуте и свинце.

Черный фосфор. При нагревании 200 о С и давлении 1200 атм. Красный переходит в черный фосфор- термодинамически более выгодную форму. Напоминает графит.

Оксиды.

Оксиды Э 2 O 3 получают при взаимодействии простых веществ с кислородом. Оксид фосфора(III) представляет собой белый рыхлый кристаллический порошок, легко возгоняющийся. Оксид фосфора(III) называют фосфористым ангидридом, так как он взаимодействует с холодной водой с образованием фосфористой кислоты:

Р 4 O 6 +6Н 2 O = 4Н 3 PO 3

Оксиды фосфора(III) проявляют кислотные свойства

Оксиды Э 2 O 5 (Э 4 О 10). Оксид фосфора(V) (или фосфорный ангидрид) представляет

собой рыхлый белый порошок. Оксид фосфора(V) чрезвычайно жадно присоединяет воду. Реакция сопровождается сильным разогреванием и приводит к образованию

сложной смеси, состоящей из метафосфорных кислот разного состава, которые при кипячении гидролизуются до ортофосфорной кислоты Н 3 PO 4 .

Азотистая кислота существует либо в растворе, либо в газовой фазе. Она неустойчива и при нагревании распадается в парах:

2HNO 2 «NO+NO 2 +Н 2 О

Водные растворы этой кислоты при нагревании разлагаются:

3HNO 2 «HNO 3 +H 2 O+2NO

Эта реакция обратимая, поэтому, хотя растворение NO 2 и со­провождается образованием двух кислот: 2NO 2 + Н 2 O=HNO 2 +HNO 3

практически взаимодействием NO 2 с водой получают HNO 3:

3NO 2 +H 2 O=2HNO 3 +NO

По кислотным свойствам азотистая кислота лишь немного сильнее уксусной. Соли ее называются нитритами и в отличие от самой кислоты являются устойчивыми. Из растворов ее солей можно добавлением серной кислоты получить раствор HNO 2:

Ba(NO 2) 2 +H 2 SO 4 =2HNO 2 +BaSO 4 ¯

На основе данных о ее соединениях предполагают два типа структуры азотистой кислоты:

которым соответствуют нитриты и нитросоединения. Нитриты активных металлов имеют структуру I типа, а малоактивных ме­таллов - II типа. Почти все соли этой кислоты хорошо раствори­мы, но нитрит серебра труднее всех. Все соли азотистой кислоты ядовиты. Для химической технологии важны KNO 2 и NaNO 2 , которые необходимы для производства органических красите­лей. Обе соли получают из оксидов азота:

NO+NO 2 +NaOH=2NaNO 2 +Н 2 О или при нагревании их нитратов:

KNO 3 +Pb=KNO 2 +PbO

Pb необходим для связывания выделяющегося кислорода.

Из химических свойств HNO 2 сильнее выражены окислитель­ные, при этом сама она восстанавливается до NO:

Однако можно привести много примеров таких реакций, где азотистая кислота проявляет восстановительные свойства:

Определить присутствие азотистой кислоты и ее солей в рас­творе можно, если прибавить раствор иодида калия и крахмала. Нитрит-ион окисляет анион иода. Эта реакция требует присутст­вия Н + , т.е. протекает в кислой среде.

Азотная кислота

В лабораторных условиях азотную кислоту можно получить действием концентрированной серной кислоты на нитраты:

NaNO 3 +H 2 SO 4(к) =NaHSO 4 +HNO 3 Реакция протекает при слабом нагревании.

Получение азотной кислоты в промышленных масштабах осуществляется каталитическим окислением аммиака кислоро­дом воздуха:

1. Вначале смесь аммиака с воздухом пропускают над платино­вым катализатором при 800°С. Аммиак окисляется до оксида азота (II):

4NH 3 + 5O 2 =4NO+6Н 2 О

2 . При охлаждении происходит дальнейшее окисление NO до NO 2: 2NO+O 2 =2NO 2

3. Образующийся оксид азота (IV) растворяется в воде в присутст­вии избытка О 2 с образованием HNO 3: 4NO 2 +2Н 2 O+O 2 =4HNO 3

Исходные продукты - аммиак и воздух - тщательно очища­ют от вредных примесей, отравляющих катализатор (сероводо­род, пыль, масла и т.п.).

Образующаяся кислота является разбавленной (40-60% -ной). Концентрированную азотную кислоту (96-98% -ную) получают перегонкой разбавленной кислоты в смеси с концентрированной серной кислотой. При этом испаряется только азотная кислота.

Физические свойства

Азотная кислота - бесцветная жидкость, с едким запахом. Очень гигроскопична, «дымит» на воздухе, т.к. ее пары с влагой воздуха образуют капли тумана. Смешивается с водой в любых соотношениях. При -41,6°С переходит в кристаллическое состо­яние. Кипит при 82,6°С.

В HNO 3 валентность азота равна 4, степень окисления +5. Структурную формулу азотной кислоты изображают так:

Оба атома кислорода, связанные только с азотом, равноцен­ны: они находятся на одинаковом расстоянии от атома азота и несут каждый по половинному заряду электрона, т.е. четвертая часть азота разделена поровну между двумя атомами кислорода.

Электронную структуру азотной кислоты можно вывести так:

1. Атом водорода связывается с атомом кислорода ковалентной связью:

2. За счет неспаренного электрона атом кислорода образует кова­лентную связь с атомом азота:

3. Два неспаренных электрона атома азота образуют ковалентную связь со вторым атомом кислорода:

4. Третий атом кислорода, возбуждаясь, образует свободную 2р- орбиталь путем спаривания электронов. Взаимодействие непо­деленной пары азота со свободной орбиталью третьего атома кис­лорода приводит к образованию молекулы азотной кислоты:

Химические свойства

1. Разбавленная азотная кислота проявляет все свойства кислот. Она относится к сильным кислотам. В водных растворах диссо­циирует:

HNO 3 «Н + +NO - 3 Под действием теплоты и на свету частично разлагается:

4HNO 3 =4NO 2 +2Н 2 O+O 2 Поэтому хранят ее в прохладном и темном месте.

2. Для азотной кислоты характерны исключительно окислитель­ные свойства. Важнейшим химическим свойством является взаимодействие почти со всеми металлами. Водород при этом никогда не выделяется. Восстановление азотной кислоты зави­сит от ее концентрации и природы восстановителя. Степень окисления азота в продуктах восстановления находится в ин­тервале от +4 до -3:

HN +5 O 3 ®N +4 O 2 ®HN +3 O 2 ®N +2 O®N +1 2 O®N 0 2 ®N -3 H 4 NO 3

Продукты восстановления при взаимодействии азотной кисло­ты разной концентрации с металлами разной активности при­ведены ниже в схеме.

Концентрированная азотная кислота при обычной температу­ре не взаимодействует с алюминием, хромом, железом. Она пере­водит их в пассивное состояние. На поверхности образуется плен­ка оксидов, которая непроницаема для концентрированной кислоты.

3. Азотная кислота не реагирует с Pt, Rh, Ir, Та, Au. Платина и золото растворяются в «царской водке» - смеси 3 объемов концентрированной соляной кислоты и 1 объема концентриро­ванной азотной кислоты:

Au+НNO 3 +3НСl= AuСl 3 +NO­+2Н 2 О НСl+AuСl 3 =H

3Pt+4HNO 3 +12НСl=3PtCl 4 +4NO­+8H 2 O 2HCl+PtCl 4 =H 2

Действие «царской водки» заключается в том, что азотная кис­лота окисляет соляную до свободного хлора:

HNO 3 +HCl=Сl 2 +2Н 2 О+NOCl 2NOCl=2NO+Сl 2 Выделяющийся хлор соединяется с металлами.

4. Неметаллы окисляются азотной кислотой до соответствующих кислот, а она в зависимости от концентрации восстанавливает­ся до NO или NO 2:

S+бНNO 3(конц) =H 2 SO 4 +6NO 2 ­+2Н 2 ОР+5НNO 3(конц) =Н 3 РO 4 +5NO 2 ­+Н 2 О I 2 +10HNO 3(конц) =2HIO 3 +10NO 2 ­+4Н 2 О 3Р+5HNO 3(p азб) +2Н 2 О= 3Н 3 РО 4 +5NO­

5. Она также взаимодействует с органическими соединениями.

Соли азотной кислоты называются нитратами, представляют собой кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. Их получают при действии HNO 3 на металлы, их оксиды и гидрокси­ды. Нитраты калия, натрия, аммония и кальция называются се­литрами. Селитры используются главным образом как минераль­ные азотные удобрения. Кроме того, KNO 3 применяют для приготовления черного пороха (смесь 75% KNO 3 , 15% С и 10% S). Из NH 4 NO 3 , порошка алюминия и тринитротолуола изготавлива­ют взрывчатое вещество аммонал.

Соли азотной кислоты при нагревании разлагаются, причем продукты разложения зависят от положения солеобразующего металла в ряду стандартных электродных потенциалов:

Разложение при нагревании (термолиз) - важное свойство солей азотной кислоты.

2KNO 3 =2KNO 2 +O 2 ­

2Cu(NO 3) 2 =2CuO+NO 2 ­+O 2 ­

Соли металлов, расположенных в ряду левее Mg, образуют нитриты и кислород, от Mg до Cu - оксид металла, NO 2 и кисло­род, после Си - свободный металл, NO 2 и кислород.

Применение

Азотная кислота - важнейший продукт химической про­мышленности. Большие количества расходуются на приготовле­ние азотных удобрений, взрывчатых веществ, красителей, пласт­масс, искусственных волокон и др. материалов. Дымящая

азотная кислота применяется в ракетной технике в качестве окис­лителя ракетного топлива.

Азотистая кислота

Если нагревать нитрат калия или натрия, то они теряют часть кислорода и переходят в соли азотистой кислоты HNO2. Разложение идет легче в присутствии свинца, связывающего выделяющийся кислород:

Соли азотистой кислоты - нитриты - образуют кристаллы, хорошо растворимые в воде (за исключением нитрита серебра). Нитрит натрия NaNO 2 применяется при производстве различных красителей.

При действии на раствор какого-нибудь нитрита разбавленной серной кислотой получается свободная азотистая кислота:

Она принадлежит к числу слабых кислот (K = A- 10~ 4) и известна только в сильно разбавленных водных растворах. При концентрировании раствора или при его нагревании азотистая кислота распадается:

Степень окисленности азота в азотистой кислоте равна +3, т.е. является промежуточной между низшими и высшей из возможных значений степени окисленности азота. Поэтому HNO 2 проявляет окислительно-восстановительную двойственность. Под действием восстановителей она восстанавливается (обычно до NO), а в реакциях с окислителями - окисляется до HNO 3 . Примерами могут служить следующие реакции:

Азотная кислота

Чистая азотная кислота HNO3 - бесцветная жидкость плотностью 1,51 г/см3, при -42 0C застывающая в прозрачную кристаллическую массу. На воздухе она, подобно концентрированной соляной кислоте, «дымит», так как пары ее образуют с влагой воздуха мелкие капельки тумана.

Азотная кислота не отличается прочностью. Уже под влиянием света она постепенно разлагается:

Чем выше температура и чем концентрированнее кислота, тем быстрее идет разложение. Выделяющийся диоксид азота растворяется в кислоте и придает ей бурую окраску.

Азотная кислота принадлежит к числу наиболее сильных кислот; в разбавленных растворах она полностью распадается на ионы H + и NO 3 .

Характерным свойством азотной кислоты является ее ярко выраженная окислительная способность. Азотная кислота - один из энергичнейших окислителей. Многие неметаллы легко окисляются ею, превращаясь в соответствующие кислоты. Так, сера при кипячении с азотной кислотой постепенно окисляется в серную кислоту, фосфор - в фосфорную. Тлеющий уголек, погруженный в концентрированную HNO 3 , ярко разгорается.

Азотная кислота действует почти на все металлы (за исключением золота, платины, тантала, родия, иридия), превращая их в нитраты, а некоторые металлы - в оксиды.

Концентрированная HNO 3 пассивирует некоторые металлы. Еще Ломоносов открыл, что железо, легко растворяющееся в разбавленной азотной кислоте, не растворяется в холодной концентрированной HNO 3 . Позже было установлено, что аналогичное действие азотная кислота оказывает на хром и алюминий. Эти металлы переходят под действием концентрированной азотной кислоты в пассивное состояние (см. § 100).

Степень окисленности азота в азотной кислоте равна +5. Выступая в качестве окислителя, HNO 3 может восстанавливаться до различных продуктов:

Какое из этих веществ образуется, т.е. насколько глубоко восстанавливается азотная кислота в том или ином случае, зависит от природы восстановителя и от условий реакции, прежде всего от концентрации кислоты. Чем выше концентрация HNO 3 , тем менее глубоко она восстанавливается. При реакциях с концентрированной кислотой чаще всего выделяется NO 2 . При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с малоактивными металлами, например с медью, выделяется NO. В случае более активных металлов - железа, цинка - образуется N 2 O. Сильно разбавленная азотная кислота взаимодействует с активными металлами - цинком, магнием, алюминием - с образованием иона аммония, дающего с кислотой нитрат аммония. Обычно одновременно образуются несколько продуктов.

Для иллюстрации приведем схемы реакций окисления некоторых металлов азотной кислотой :

При действии азотной кислоты на металлы водород, как правило, не выделяется.

При окислении неметаллов концентрированная азотная кислота, как и в случае металлов, восстанавливается до NO 2 , например:

Более разбавленная кислота обычно восстанавливается до NO, например:

Приведенные схемы иллюстрируют наиболее типичные случаи взаимодействия азотной кислоты с металлами и неметаллами. Вообще же, окислительно-восстановительные реакции, идущие с участием HNO 3 , протекают сложно.

Смесь, состоящая из 1 объема азотной и 3-4 объемов концентрированной соляной кислоты, называется царской водкой. Царская водка растворяет некоторые металлы, не взаимодействующие с азотной кислотой, в том числе и «царя металлов» - золото. Действие ее объясняется тем, что азотная кислота окисляет соляную с выделением свободного хлора и образованием хлороксида азота (III), или хлорида нитрозила, NOCl:

Хлорид нитрозила является промежуточным продуктом реакции и разлагается:

Хлор в момент выделения состоит из атомов, что и обусловливает высокую окислительную способность царской водки. Реакции окисления золота и платины протекают в основном согласно следующим уравнениям:

C избытком соляной кислоты хлорид золота (III) и хлорид платины (IV) образуют комплексные соединения Н[АиС1 4 ] и H 2 .

На многие органические вещества азотная кислота действует так, что один или несколько атомов водорода в молекуле органического соединения замещаются нитрогруппами - NO 2 . Этот процесс называется нитрованием и имеет большое значение в органической химии.

Электронная структура молекулы HNO 3 рассмотрена в § 44.

Азотная кислота - одно из важнейших соединений азота: в больших количествах она расходуется в производстве азотных удобрений, взрывчатых веществ и органических красителей, служит окислителем во многих химических процессах, используется в производстве серной кислоты по нитрозному способу, применяется для изготовления целлюлозных лаков, кинопленки.

Соли азотной кислоты называются нитратами. Все они хорошо растворяются в воде, а при нагревании разлагаются с выделением кислорода. При этом нитраты наиболее активных металлов переходят в нитриты:

Нитраты большинства остальных металлов при нагревании распадаются на оксид металла, кислород и диоксид азота. Например:

Наконец, нитраты наименее активных металлов (например, серебра, золота) разлагаются при нагревании до свободного металла:

Легко отщепляя кислород, нитраты при высокой температуре являются энергичными окислителями. Их водные растворы, напротив, почти не проявляют окислительных свойств.

Наиболее важное значение имеют нитраты натрия, калия, аммония и кальция, которые на практике называются селитрами.

Нитрат натрия NaNO 3 , или натриевая селитра , иногда называемая также чилийской селитрой, встречается в большом количестве в природе только в Чили.

Нитрат калия KNO 3 , или калийная селитра , в небольших количествах также встречается в природе, но, главным образом, получается искусственно при взаимодействии нитрата натрия с хлоридом калия.

Обе эти соли используются в качестве удобрений, причем нитрат калия содержит два необходимых растениям элемента: азот и калий. Нитраты натрия и калия применяются также при стекловарении и в пищевой промышленности для консервирования продуктов.

Нитрат кальция Ca(NO 3) 2 , или кальциевая селитра , получается в больших количествах нейтрализацией азотной кислоты известью; применяется как удобрение.

Нитрат аммония NH 4 NO 3 .

• Учащемуся рекомендуется самому составить полные уравнения этих реакций.

HNO3, кислородосодержащая одноосновная сильная кислота. Твёрдая азотная кислота образует две кристаллические модификации с моноклинной и ромбической решётками.

Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях. В водных растворах она практически полностью диссоциирует на ионы.

Получается при каталитическом окислении синтетического аммиака на платино-родиевых катализаторах (метод Габера) до смеси оксидов азота (нитрозных газов), с дальнейшим поглощением их водой

4NH3 + 5O2 (Pt) > 4NO + 6H2O

2NO + O2 > 2NO2 4NO2 + O2 + 2H2O > 4HNO3 Концентрация полученной таким методом азотной кислоты колеблется, в зависимости от технологического оформления процесса от 45 до 58 %. Впервые азотную кислоту получили алхимики, нагревая смесь селитры и железного купороса:

4KNO3 + 2(FeSO4 7H2O) (t°) > Fe2O3 + 2K2SO4 + 2HNO3^ + NO2^ + 13H2O

Чистую азотную кислоту получил впервые Иоганн Рудольф Глаубер, действуя на селитру концентрированной серной кислотой:

KNO3 + H2SO4(конц.) (t°) > KHSO4 + HNO3^

Дальнейшей дистилляцией может быть получена т. н. «дымящая азотная кислота», практически не содержащая воды.

Применение:

в производстве минеральных удобрений;

в военной промышленности;

в фотографии - подкисление некоторых тонирующих растворов;

в станковой графике - для травления печатных форм (офортных досок, цинкографических типографских форм и магниевых клише).

1.Разбавленная азотная кислота проявляет все свойства сильных кислот, в водных растворах она диссоциирует по следующей схеме:

HNO3 H+ + NO3–,

безводная кислота:

2HNO3® NO2+ + NO3–+ H2O.

Постепенно, особенно на свету или при нагревании азотная кислота разлагается, при хранении раствор становится коричневатым из-за диоксида азота:

4HNO3 4NO2 + 2H2O + O2.

2.Азотная кислота взаимодействует почти со всеми металлами. Разбавленная азотная кислота со щелочными и щелочноземельными металлами, а также с железом и цинком образует соответствующие нитраты, нитрат аммония или гемиоксид азота в зависимости от активности металла и воду:

4Mg + 10HNO3® 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O,

С тяжелыми металлами разбавленная кислота образует соответствующие нитраты, воду и выделяется оксид азота, а в случае более сильного разбавления азот:

5Fe + 12HNO3(оч. разб.)®5Fe(NO3)3 + N2+ 6H2O,

3Cu + 8HNO3® 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O.

Концентрированная азотная кислота при взаимодействии со щелочными и щелочными металлами образует соответствующие нитраты, воду и выделяется гемиоксид азота:

8Na + 10HNO3® 8NaNO3 + N2O + 5H2O.

Такие металлы как железо, хром, алюминий, золото, платина, иридий, тантал концентрированная кислота пассивирует, т.е. на поверхности металла образуется пленка оксидов не проницаемая для кислоты. Другие тяжелые металлы при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой образуют соответствующие нитраты, воду и выделяется оксид или диоксид азота:

3Hg + 8HNO3(хол.)®3Hg(NO3)2 + 2NO + 4H2O,

Hg + 4HNO3(гор.)®Hg(NO3)2 + 2NO2+ 2H2O,

Ag + 2HNO3® AgNO3 + NO2+ 2H2O.

3.Азотная кислота способна растворить золото, платину и другие благородные металлы, но в смеси с соляной кислотой. Их смесь в отношении три объема концентрированной соляной кислоты и один объем концентрированной азотной кислоты называют “царской водкой”. Действие царской водки заключается в том, что азотная кислота окисляет соляную до свободного хлора, который соединяется с металлами:

HNO3 + HCl ® Cl2 + 2H2O + NOCl,

2NOCl ® 2NO + Cl2.

Царская водка способна растворить золото, платину, родий, иридий и тантал, которые не растворяются ни в азотной, а уж тем более соляной кислоте:

Au + HNO3 + 3HCl ® AuCl3 + NO + 2H2O,

HCl + AuCl3® H;

3Pt + 4HNO3 + 12HCl ® 3PtCl4 + 4NO + 8H2O,

2HCl + PtCl4® H2.

4.Неметаллы также окисляются азотной кислотой до соответствующих кислот, разбавленная кислота выделяет оксид азота:

3P + 5HNO3 + 2H2O ® 3H3PO4 + 5NO ,

концентрированная кислота выделяет диоксид азота:

S + 6HNO3® H2SO4 + 6NO2+ 2H2O,

зотная кислота способна также окислять некоторые неорганические соединения:

3H2S + 8HNO3® 3H2SO4 + 8NO + 4H2O.

HNO2 - слабая одноосновная кислота, существует только в разбавленных водных растворах, окрашенных в слабый голубой цвет, и в газовой фазе. Соли азотистой кислоты называются нитритами или азотистокислыми. Нитраты гораздо более устойчивы, чем HNO2, все они токсичны.

В газовой фазе планарная молекула азотистой кислоты существует в виде двух конфигураций цис- и транс-. При комнатной температуре преобладает транс-изомер

Хим. св-ва

В водных растворах существует равновесие:

2HNO2 - N2O3 + H2O - NO^ + NO2^ + H2O

При нагревании раствора азотистая кислота распадается с выделением NO и NO2:

3HNO2 - HNO3 + 2NO^ + H2O.

HNO2 немного сильнее уксусной кислоты. Легко вытесняется более сильными кислотами из солей:

H2SO4 + Ba(NO2)2 > BaSO4v + HNO2.

Азотистая кислота проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства. При действии более сильных окислителей (Н2О2, КМпО4) окисляется в HNO3:

2HNO2 + 2HI > 2NO^ + I2v + 2H2O;

5HNO2 + 2HMnO4 >2Mn(NO3)2 + HNO3 + 3H2O;

HNO2 + Cl2 + H2O > HNO3 + 2HCl.

Азотистая кислота применяется для диазотирования первичных ароматических аминов и образования солей диазония. Нитриты применяются в органическом синтезе при производстве органических красителей.

Получение:

N2O3 + H2O 2HNO2,

NaNO2 + H2SO4 (0° C)® NaHSO4 + HNO2

AgNO2 + HCl ® AgCl + HNO2

Свойства солей

Все нитраты хорошо растворимы в воде. С повышением температуры их растворимость сильно увеличивается. При нагревании нитраты распадаются с выделением кислорода. Нитраты аммония, щелочных и щелочноземельных металлов называют селитрами, например NaNO3 - натриевая селитра (чилийская селитра), KNO3 - калиевая селитра, NH4NO3 - аммиачная селитра. Нитраты получают действием азотной кислоты HNO3 на металлы, оксиды, гидроксиды, соли. Практически все нитраты хорошо растворимы в воде.

Нитраты устойчивы при обычной температуре. Они обычно плавятся при относительно низких температурах (200-600°C), зачастую с разложением.

Нитраты щелочных металлов разлагаются до нитритов с выделением кислорода (а при длительном нагревании ступенчато разлагаются на оксид металла, молекулярные азот и кислород, ввиду чего являются хорошими окислителями).

Нитраты металлов средней активности разлагаются при нагревании до оксидов металлов с выделением диоксида азота и кислорода.

Нитраты самых малоактивных металлов (благородные металлы) разлагаются в основном до свободных металлов с выделением диоксида азота и кислорода.

Нитраты являются достаточно сильными окислителями в твёрдом состоянии (обычно в виде расплава), но практически не обладают окислительными свойствами в растворе, в отличие от азотной кислоты.

Нитрит - соль азотистой кислоты HNO2. Нитриты термически менее устойчивы, чем нитраты. Применяются в производстве азокрасителей и в медицине.

Соли азотистой и азотной кислот

Азотные удобрения

9 класс

Тип урока – изучение нового материала.

Вид урока – беседа.

Цели и задачи урока.

Обучающие . Познакомить учащихся со способами получения, свойствами и областями применения нитратов и нитритов. Рассмотреть проблему повышенного содержания нитратов в сельскохозяйственной продукции. Дать представление об азотных удобрениях, их классификации и представителях.

Развивающие . Продолжить развитие умений: выделять главное, устанавливать причинно-следственные связи, вести конспект, проводить эксперимент, применять знания на практике.

Воспитательные. Продолжить формирование научного мировоззрения, воспитание положительного отношения к знаниям.

Методы и методические приемы. Самостоятельная работа учащихся с научно-популярной литературой, подготовка сообщений, выполнение лабораторных опытов и демонстрационного эксперимента, диалогический метод изложения знаний с элементами исследования, текущий контроль знаний с помощью теста.

Структура урока.

Объявление темы, целей.

Сообщение домашнего задания и комментарий к нему.

Изложение нового материала (эвристическаябеседа с опорой на эксперимент).

Текущий контроль знаний с помощью теста.

Подведение итогов урока.

Оборудование и реактивы. Плакат по технике безопасности; таблицы «Разложение нитратов при нагревании», «Классификация азотных удобрений», «Вытеснительный ряд кислот»; тест «Азот и его соединения» (два варианта); карточки с условиями задач.

Для демонстрационного эксперимента : демонстрационный штатив для пробирок, спиртовка, спички, держатель для пробирок, тигельные щипцы, железная ложечка для сжигания веществ, лучина, железный лист для сжигания черного пороха, большие пробирки, вата, пропитанная концентрированным раствором щелочи, чашка с песком, три лабораторных штатива; концентрированные растворы гидроксида натрия и серной кислоты, кристаллические соли – нитрат калия, нитрат меди(II), нитрат серебра; древесный уголек, медная пластина, сера, раствор дифениламина в концентрированной серной кислоте (темная склянка, 0,1 г дифениламина на
10 мл H 2 SO 4 (конц.); растворы йодида калия, разбавленной серной кислоты, нитрита калия; в демонстрационных пробирках – растительные соки капусты, кабачка, тыквы; йодкрахмальная бумажка.

Для лабораторных опытов: пробирка с двумя гранулами цинка, три пустые пробирки, стеклянные палочки, две пробирки с кристаллическими нитратами (объемом с горошину) – нитрата бария и нитрата алюминия, лакмус, растворы нитрата меди(II), нитрата серебра, соляной кислоты, хлорида бария, дистиллированная вода.

Эпиграф. «Ни одна наука не нуждается в эксперименте в такой степени как химия» (Майкл Фарадей).

ХОД УРОКА

Сведения по технике безопасности

Все нитраты относятся к огневзрывчатым веществам. Хранить нитраты необходимо отдельно от органических и неорганических веществ. Все опыты с образованием оксида азота(IV) необходимо проводить в больших пробирках, закрытых ватными тампонами, смоченными концентрированным раствором щелочи. Азотную кислоту следует хранить в темных склянках, беречь от огня. Особенно токсичны нитриты.

Домашнее задание

Учебник О.С.Габриеляна «Химия-9», § 26, упр. 7. Сильные ученики получают индивидуальные задания.

Индивидуальные задания

1. Переведите с алхимического языка такую запись: «“Крепкая водка” пожирает “луну”, выпуская “лисий хвост”. Сгущение полученной жидкости порождает “адский камень”, который чернит ткань, бумагу и руки. Чтобы “луна” опять взошла, прокаливай “адский камень” в печи».

Ответ .

«Адский камень» – нитрат серебра – при нагревании разлагается с образованием серебра – «луна взошла»:

2АgNO 3 (кр.) 2Аg + 2NO 2 + O 2 .

2. В одном старинном научном трактате описан опыт получения «красного преципитата»*: «Ртуть растворяют в азотной кислоте, раствор выпаривают и остаток нагревают, пока он не сделается “красным”». Что представляет собой «красный преципитат»? Напишите уравнения реакций, ведущих к его образованию, учитывая, что ртуть в образующихся соединениях имеет степень окисления +2 и что при действии азотной кислоты на ртуть выделяется газ, буреющий на воздухе.

Ответ . Уравнения реакций :

Оксид ртути(II) HgO в зависимости от способа получения бывает красного или желтого цвета (Hg 2 O – черного цвета). На воздухе ртуть при комнатной температуре не окисляется. При продолжительном нагревании ртуть соединяется с кислородом воздуха, образуя красный оксид ртути(II) – НgО, который при более сильном нагревании снова разлагается на ртуть и кислород:

2НgО = 2Нg + O 2 .

Изучение нового материала

Состав и номенклатура солей азотной кислоты

Учитель. Что означают латинское название «нитрогениум» и греческое «нитрат»?

Ученик. «Нитрогениум» означает «рождающий селитру», а «нитрат» означает «селитра».

Учитель. Нитраты калия, натрия, кальция и аммония называют селитрами . Например, селитры: KNO 3 – нитрат калия (индийская селитра) , NаNО 3 – нитрат натрия (чилийская селитра) , Са(NО 3) 2 – нитрат кальция (норвежская селитра) , NH 4 NO 3 – нитрат аммония (аммиачная или аммонийная селитра, ее месторождений в природе нет). Германская промышленность считается первой в мире, получившей соль NH 4 NO 3 из азота N 2 воздуха и водорода воды, пригодную для питания растений .

Физические свойства нитратов

Учитель. О том, какая взаимосвязь существует между строением вещества и его свойствами, мы узнаем из лабораторного опыта .

Физические свойства нитратов

Задание. В двух пробирках содержатся кристаллические нитраты: Ва(NO 3) 2 и Al(NO 3) 3 . В каждую пробирку прилить по 2 мл дистиллированной воды, перемешать стеклянной палочкой. Наблюдать процесс растворения солей. Растворы хранить до исследования характера среды.

Учитель. Что называют солями?

Ученик . Соли – это сложные вещества, состоящие из ионов металлов и ионов кислотных остатков .

Учитель. Нужно построить логическую цепочку: вид химической связи – тип кристаллической решетки – силы взаимодействия между частицами в узлах решетки – физические свойства веществ .

Ученик. Нитраты относятся к классу солей, поэтому для них характерны ионная связь и ионная кристаллическая решетка, в которой ионы удерживаются электростатическими силами. Нитраты – твердые кристаллические вещества, тугоплавки, растворимы в воде, сильные электролиты .

Получение нитратов и нитритов

Учитель. Назовите десять способов получения солей, основанных на химических свойствах важнейших классов неорганических соединений .

Ученик.

1) Металл + неметалл = соль;

2) металл + кислота = соль + водород;

3) оксид металла + кислота = соль + вода;

4) гидроксид металла + кислота = соль + вода;

5) гидроксид металла + кислотный оксид = соль + вода;

6) оксид металла + оксид неметалла = соль;

7) соль 1 + гидроксид металла (щелочь) = соль 2 + гидроксид металла (нерастворимое основание);

8) соль 1 + кислота (сильная) = соль 2 + кислота (слабая);

10) соль 1 + металл (активный) = соль 2 + металл (менее активный).

Специфические способы получения солей:

12) соль 1 + неметалл (активный) = соль 2 + неметалл (менее активный);

13) амфотерный металл + щелочь = соль + водород;

14) неметалл + щелочь = соль + водород.

Специфический способ получения нитратов и нитритов:

оксид азота(IV) + щелочь = соль1 + соль2 + вода, например (пишет на доске):

Это – окислительно-восстановительная реакция, ее тип – дисмутация, или диспропорционирование.

В присутствии кислорода из NO 2 и NaOH получается не две соли, а одна:

Тип окислительно-восстановительной реакции – межмолекулярный.

Учитель. Почему опыты с образованием оксида азота(IV) следует проводить в больших пробирках, закрытых ватными тампонами, смоченными водной щелочью?

Ученик. Оксид азота(IV) – ядовитый газ, он взаимодействует со щелочью и обезвреживается.

Химические свойства нитратов

Учащиеся выполняют лабораторные опыты по напечатанной методике.

Свойства нитратов, общие с другими солями

Взаимодействие нитратов с металлами,
кислотами, щелочами, солями

Задание. Отметить признаки каждой реакции, записать молекулярные и ионные уравнения, соответствующие схемам:

Cu(NO 3) 2 + Zn … ,

AgNO 3 + HCl … ,

Cu(NO 3) 2 + NaOH … ,

AgNO 3 + BaCl 2 … .

Гидролиз нитратов

Задание. Определить реакцию среды предложенных растворов солей: Ва(NO 3) 2 и Al(NO 3) 3 . Записать молекулярное и ионные уравнения возможных реакций с указанием среды раствора.

Специфические свойства нитратов и нитритов

Учитель. Все нитраты термически неустойчивы. При нагревании они разлагаются с образованием кислорода. Характер других продуктов реакции зависит от положения металла, образующего нитрат, в электрохимическом ряду напряжений:

Особое положение занимает нитрат аммония, разлагающийся без твердого остатка:

NH 4 NO 3 (кр.) N 2 O + 2H 2 O.

Учитель проделывает демонстрационные опыты.

Опыт 1. Разложение нитрата калия. В большую пробирку поместить 2–3 г кристаллического нитрата калия, нагреть до расплавления соли. В расплав бросить предварительно нагретый в железной ложечке древесный уголек. Учащиеся наблюдают яркую вспышку и горение угля. Под пробирку необходимо подставить чашку с песком.

Учитель. Почему уголек, опущенный в расплавленную калийную селитру, мгновенно сгорает?

Ученик. Селитра разлагается с образованием газа кислорода, поэтому предварительно нагретый уголек мгновенно сгорает в нем:

С + О 2 = СО 2 .

Опыт 2. Разложение нитрата меди(II). В большую пробирку поместить кристаллический нитрат меди(II) (объемом с горошину), пробирку закрыть ватным тампоном, смоченным концентрированным раствором щелочи. Закрепить пробирку в штативе горизонтально и нагреть.

Учитель. Обратите внимание на признаки реакции .

Учащиеся наблюдают образование бурого газа NО 2 и черного оксида меди(II) СuО.

Ученик у доски составляет уравнение реакции:

Тип окислительно-восстановительной реакции – внутримолекулярный.

Опыт 3. Разложение нитрата серебра. Накалить в пробирке, закрытой ватным тампоном, смоченным концентрированным раствором щелочи, несколько кристалликов нитрата серебра.

Учитель. Какие выделяются газы? Что осталось в пробирке?

Ученик у доски отвечает на вопросы, составляет уравнение реакции:

Тип окислительно-восстановительной реакции – внутримолекулярный. В пробирке остался твердый остаток – серебро.

Учитель. Качественная реакция на нитрат-ион NO 3 – – взаимодействие нитратов c металлической медью при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты или с раствором дифениламина в Н 2 SO 4 (конц.).

Опыт 4. Качественная реакция на ион NO 3 – . В большую сухую пробирку поместить зачищенную медную пластинку, несколько кристалликов нитрата калия, прилить несколько капель концентрированной серной кислоты. Пробирку закрыть ватным тампоном, смоченным концентрированным раствором щелочи и нагреть.

Учитель. Назовите признаки реакции.

Ученик. В пробирке появляются бурые пары оксида азота(IV), что лучше наблюдать на белом экране, а на границе медь – реакционная смесь появляются зеленоватые кристаллы нитрата меди(II) .

Учитель (демонстрирует схему уменьшения относительной силы кислот). В cоответствии с рядом кислот каждая предыдущая кислота может вытеснить из соли последующую .

Ученик у доски составляет уравнения реакций:

КNO 3 (кр.) + Н 2 SO 4 (конц.) = КНSО 4 + НNО 3 ,

Тип окислительно-восстановительной реакции – межмолекулярный.

Учитель. Вторую качественную реакцию на нитрат-ион NO 3 – проведем чуть позже, при исследовании содержания нитратов в продуктах питания .

Качественная реакция на нитрит-ион NO 2 – – взаимодействие нитритов с раствором йодида калия КI, подкисленным разбавленной серной кислотой.

Опыт 5. Качественная реакция на ион NO 2 – . Взять 2–3 капли раствора йодида калия, подкисленного разбавленной серной кислотой, и прилить несколько капель раствора нитрита калия. Нитриты в кислой среде способны окислять йодид-ион I – до свободного I 2 , который обнаруживается йодкрахмальной бумажкой, смоченной в дистиллированной воде.

Учитель. Как должна изменить окраску йодкрахмальная бумажка под действием свободного I 2 ?

Ученик. Простое вещество I 2 обнаруживается по посинению крахмала .

Учитель составляет уравнение реакции:

Учитель. В этой реакции NO 2 – является окислителем. Однако существуют и другие качественные реакции на ион NO 2 – , в которых он является восстановителем. Отсюда можно сделать вывод, что ион NO 3 – проявляет только окислительные свойства, а ион NO 2 – – как окислительные, так и восстановительные свойства .

Применение нитратов и нитритов

Учитель (задает проблемный вопрос). Почему азота в природе много (он входит в состав атмосферы), а растения часто дают плохой урожай из-за азотного голодания?

Ученик. Растения не могут усваивать молекулярный азот N 2 из воздуха. Это проблема «связанного азота». При недостатке азота задерживается образование хлорофилла, поэтому растения имеют бледно-зеленую окраску, как следствие, задерживается рост и развитие растения. Азот – жизненно важный элемент. Без белка нет жизни, а без азота нет белка .

Учитель. Назовите способы усвоения атмосферного азота .

Ученик. Часть связанного азота поступает в почву во время гроз. Химия процесса такова:

Учитель. Какие растения способны повышать плодородие почвы и в чем их особенность?

Ученик. Эти растения (люпин, люцерна, клевер, горох, вика) относятся к семейству бобовых (мотыльковые), на корнях которых развиваются клубеньковые бактерии, способные связывать атмосферный азот, переводя его в соединения, доступные для растений .

Учитель. Снимая урожаи, человек ежегодно уносит вместе с ними огромные количества связанного азота. Эту убыль он покрывает внесением не только органических, но и минеральных удобрений (нитратных, аммиачных, аммонийных). Азотные удобрения вносят под все культуры. Азот усваивается растениями в виде катиона аммония и нитрат-аниона NO 3 – .

Учитель демонcтрирует схему «Классификация азотных удобрений».

Схема

Учитель. Одной из важных характеристик является содержание питательного элемента в удобрении. Расчет питательного элемента для азотных удобрений ведут по содержанию азота .

Растения, связывающие атмосферный азот

Задача . Какова массовая доля азота в жидком аммиаке и аммиачной селитре?

Формула аммиака – NH 3 .

Массовая доля азота в аммиаке:

(N) = A r (N)/M r (NH 3) 100%,

(N) = 14/17 100% = 82%.

Формула аммиачной селитры – NH 4 NO 3 .

Массовая доля азота в аммиачной селитре:

(N) = 2A r (N)/M r (NH 4 NO 3) 100%,

Влияние нитратов на окружающую среду и организм человека

1-й ученик. Азот как основной питательный элемент влияет на рост вегетативных органов – зеленых стеблей и листьев. Азотные удобрения не рекомендуется вносить поздней осенью или ранней весной, т. к. талые воды смывают до половины удобрений. Важно соблюдать нормы и сроки внесения удобрений, вносить их не сразу, а в несколько приемов. Применять медленно действующие формы удобрений (гранулы, покрытые защитной пленкой), при посадке использовать сорта, склонные к низкому накоплению нитратов. Коэффициент использования азотных удобрений – 40–60%. Избыточное употребление азотных удобрений не только ведет к аккумуляции нитратов в растениях, но и приводит к загрязнению ими водоемов и грунтовых вод. Антропогенными источниками загрязнения водоемов нитратами являются также металлургия, химическая, в том числе целлюлозно-бумажная, и пищевая отрасли промышленности. Одним из признаков загрязнения водоемов является «цветение» воды, вызванное бурным размножением синезеленых водорослей. Особенно интенсивно оно происходит во время таяния снега, летних и осенних дождей. Предельно допустимая концентрация (ПДК) нитратов регламентируется ГОСТом. Для суммы нитрат-ионов в почве принято значение 130 мг/кг, в воде разных водоисточников – 45 мг/л. (Ученики записывают в тетради: ПДК (NO 3 – в почве) – 130 мг/кг, ПДК (NO 3 – в воде) – 45 мг/л.)

Для самих растений нитраты безвредны, а вот для человека и травоядных животных они опасны. Смертельная доза нитратов для человека – 8–15 г, допустимое суточное потребление – 5 мг/кг. Многие растения способны накапливать большие количества нитратов, например: капуста, кабачки, петрушка, укроп, свекла столовая, тыква и др.

Такие растения называют нитратонакопителями. В организм человека 70% нитратов поступает с овощами, 20% – с водой, 6% – с мясом и рыбой. Попадая в организм человека, часть нитратов всасывается в желудочно-кишечном тракте в неизмененном виде, другая часть, в зависимости от присутствия микроорганизмов, значения рН и других факторов, может превращаться в более ядовитые нитриты, аммиак, гидроксиламин NН 2 ОН; в кишечнике из нитратов могут образоваться вторичные нитрозамины R 2 N–N=О, обладающие высокой мутагенной и канцерогенной активностью. Признаки небольшого отравления – слабость, головокружение, тошнота, расстройство желудка и т. д. Снижается работоспособность, возможна потеря сознания.

В организме человека нитраты взаимодействуют с гемоглобином крови, превращая его в метгемоглобин, в котором железо окислено до Fe 3+ и не может служить переносчиком кислорода. Именно поэтому один из признаков острого отравления нитратами – синюшность кожных покровов. Выявлена прямая зависимость между случаями появления злокачественных опухолей и интенсивностью поступления в организм нитратов при избытке их в почве.

Опыт. Исследование содержания нитратов в продуктах питания
(качественная реакция на нитрат-ион NO 3 –)

В три большие демонстрационные пробирки поместить по 10 мл растительного сока капусты, кабачка, тыквы (на белом фоне). В каждую пробирку прилить по нескольку капель раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте.

Синяя окраска раствора будет указывать на присутствие нитрат-ионов:

NO 3 – + дифениламин вещество интенсивного синего цвета.

Синяя окраска присутствовала только в растительном соке кабачка, причем окраска была неинтенсивно-синяя. Следовательно, содержание нитратов в кабачке незначительное, а в капусте с тыквой – и того меньше.

Первая помощь при отравлении нитратами

2-й ученик. Первая помощь при отравлении нитратами – это обильное промывание желудка, прием активированного угля, солевых слабительных – глауберовой соли Na 2 SO 4 10H 2 O и английской соли (горькая соль) MgSO 4 7H 2 O, cвежий воздух .

Уменьшить вредное влияние нитратов на организм человека можно с помощью аскорбиновой кислоты (витамина С); если ее соотношение с нитратами составляет 2:1, то нитрозамины не образуются. Доказано, что прежде всего витамин С, а также витамины Е и А являются ингибиторами – веществами, предотвращающими и тормозящими процессы преобразования нитратов и нитритов в организме человека. Необходимо ввести в рацион питания побольше черной и красной смородины, других ягод и фруктов (кстати, в висячих плодах нитратов практически нет). И еще один естественный нейтрализатор нитратов в организме человека – это зеленый чай .

Причины накопления нитратов в овощах
и способы выращивания экологически чистой
продукции растениеводства

3-й ученик. Наиболее интенсивно азот поглощается во время роста и развития стеблей и листьев. При созревании семян потребление азота из почвы практически прекращается. Плоды, достигшие полной зрелости, уже не содержат нитратов – происходит полное превращение соединений азота в белки. Но у многих овощей ценится именно незрелый плод (огурцы, кабачки). Удобрять такие культуры азотными удобрениями желательно не позднее чем за 2–3 недели до уборки урожая. Кроме того, полному превращению нитратов в белки препятствуют плохая освещенность, избыточная влажность и несбалансированность питательных элементов (недостаток фосфора и калия). Не следует увлекаться внесезонными тепличными овощами. Например, 2 кг тепличных огурцов, съеденных за один прием, могут вызвать опасное для жизни отравление нитратами. Надо также знать, преимущественно в каких частях растения накапливаются нитраты: у капусты – в кочерыжке, у моркови – в сердцевине, у кабачков, огурцов, арбузов, дыни, картофеле – в кожуре. У дыни и арбуза не следует есть незрелую мякоть, прилежащую к корке. Огурцы лучше почистить и срезать место прикрепления их к стеблю. У зеленных культур нитраты накапливаются в стеблях (петрушка, салат, укроп, сельдерей). Содержание нитратов в различных частях растений неравномерно: в черешках листьев, стебле, корне содержание их в 1,5–4,0 раза выше, чем в листьях. Всемирная организация здравоохранения считает допустимым содержание нитратов в диетических продуктах до 300 мг NO 3 – на 1 кг сырого вещества. (Ученики записывают в тетради: ПДК (NO 3 – в диетических продуктах) – 300 мг/кг.)

Если самое высокое содержание нитратов отмечается в свекле, капусте, салате, зеленом луке, то самое низкое содержание нитратов – в репчатом луке, томатах, чесноке, перце, фасоли.

Чтобы вырастить экологически чистую продукцию, прежде всего необходимо грамотно вносить азотные удобрения в почву: в строго рассчитанных дозах и в оптимальные сроки. Выращивать овощи, особенно зеленные культуры, надо при хорошей освещенности, оптимальных показателях влажности почвы и температуры. И все же для уменьшения содержания нитратов овощные культуры лучше подкармливать органическими удобрениями. Несвоевременное внесение удобрений, особенно в избыточных дозах, в том числе и органического удобрения – навоза, приводит к тому, что поступившие в растение минеральные соединения азота не успевают полностью превратиться в белковые.

4-й ученик. Весной на прилавках магазинов и рынков появляются зеленные культуры: салат, шпинат, зеленый лук, огурцы, выращенные в теплице, в закрытом грунте. Как уменьшить содержание нитратов в них? Перечислим некоторые из них.

1. Такие ранние культуры, как зелень петрушки, укропа, сельдерея, необходимо поставить как букет в воду на прямой солнечный свет. В таких условиях нитраты в листьях в течение 2–3 ч полностью перерабатываются и потом практически не обнаруживаются. После этого зелень можно без опасений употреблять в пишу.

2. Свеклу, кабачки, тыкву перед приготовлением необходимо порезать мелкими кубиками и 2–3 раза залить теплой водой, выдерживая по 5–10 минут. Нитраты хорошо растворимы в воде, особенно теплой, и вымываются водой (посмотрите таблицу растворимости кислот, оснований, солей). При мытье и чистке теряется 10–15% нитратов.

3. Варка овощей снижает содержание нитратов на 50–80%.

4. Уменьшает количество нитратов в овощах квашение, соление, маринование.

5. При долгом хранении содержание нитратов в овощах уменьшается.

А вот сушка, приготовление соков и пюре, наоборот, повышают количество нитратов.

1) варка овощей;

2) очистка от кожуры;

3) удаление участков наибольшего скопления нитратов;

4) вымачивание.

Для того чтобы оценить, насколько реальна опасность отравления нитратами, учащимся предлагается расчетная задача.

Задача . В столовой свекле содержится в среднем 1200 мг нитрат-ионов на 1 кг. При очистке свеклы теряется 10% нитратов, а при варке – еще 40%. Будет ли превышена суточная норма потребления нитратов (325 мг), если ежедневно съедать по 200 г вареной свеклы?

Дано:

m(свеклы) = 1 кг,

с (NO 3 –) = 1200 мг/кг,

m макс (NO 3 – в сутки) = 325 мг,

m (свеклы) = 200 г (0,2 кг),

(потерь при очистке) = 10%,

(потерь при варке) = 40%.

__________________________________

Найти: m (NO 3 – в 200 г вареной свеклы).

Решение

1 кг свеклы – 1200 мг NO 3 – ,

0,2 кг свеклы – х мг NO 3 – .

Отсюда х = 240 мг (NO 3 –).

Общая доля потерь нитрат-ионов:

(потерь NO 3 –) = 10% + 40% = 50%.

Следовательно, в организм попадает половина от 240 мг или 120 мг NO 3 – .

Ответ. После очистки и варки свеклы суточная норма по нитратам (325 мг), содержащимся в 200 г готового продукта (120 мг NO 3 –), не превышена, употреблять в пищу ее можно.

Нитраты в производстве взрывчатых веществ

Учитель. Многие взрывчатые смеси содержат в своем составе окислитель (нитраты металлов или аммония и др.) и горючее (дизельное топливо, алюминий, древесную муку). Поэтому соли – нитрат калия, нитрат бария, нитрат стронция и другие – применяются в пиротехнике .

Какое азотное удобрение вместе с алюминием и древесным углем входит в состав взрывчатой смеси – аммонала?

Ученик. Аммонал содержит также нитрат аммония. Основная реакция, которая протекает при взрыве:

3NН 4 NО 3 + 2Аl 3N 2 + 6Н 2 О + Аl 2 O 3 + Q .

Высокая теплота сгорания алюминия повышает энергию взрыва. Применение нитрата аммония в составе аммонала основано на его свойстве разлагаться при детонации с образованием газообразных веществ:

2NН 4 NО 3 (кр.) = 2N 2 + 4Н 2 О + O 2 .

В руках террористов взрывчатые вещества приносят мирным людям только страдания.

Шесть веков продолжалось господство черного пороха в военном деле. Теперь его применяют в качестве взрывчатого вещества в горном деле, в пиротехнике (ракеты, фейерверки), а также как охотничий порох. Черный или дымный порох – это смесь 75% нитрата калия, 15% древесного угля и 10% серы.

Опыт. Горение черного или дымного пороха

Готовят черный порох смешиванием 7,5 г нитрата калия, 1 г серы и 1,5 г древесного угля. Перед смешиванием каждое вещество измельчают в фарфоровой ступке. Во время демонстрации опыта смесь горочкой помещают на железный лист и поджигают горящей лучиной. Смесь сгорает, образуя облако дыма (тяга).

Учитель. Какую роль играет селитра?

Ученик. Селитра выступает в роли окислителя при нагревании :

Применение нитратов и нитритов в медицине

5-й ученик. Нитрат серебра AgNO 3 , который чернит ткань, бумагу, парты и руки (ляпис), применяют как противомикробное средство для лечения кожных язв, для прижигания бородавок (учитель демонстрирует технику прижигания бородавок на своей руке) и в качестве противовоспалительного средства при хроническом гастрите и язве желудка: пациентам назначают пить 0,05%-й раствор АgNO 3 . Порошкообразные металлы Zn, Мg, Al, cмешанные с нитратом серебра, используют в петардах .

Основный нитрат висмута Вi(ОН) 2 NО 3 назначают внутрь при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки в качестве вяжущего и антисептического средства. Наружно – в мазях, присыпках при воспалительных заболеваниях кожи.

Соль нитрит натрия NaNО 2 применяют в медицине как спазмолитическое средство .

Применение нитритов в пищевой отрасли промышленности

6-й ученик. Нитриты применяют в колбасном производстве: 7 г на 100 кг фарша. Нитриты придают колбасе розовый цвет, без них она серая, как вареное мясо, и не имеет товарного вида. К тому же присутствие нитритов в колбасе необходимо еще и по другой причине: они предотвращают развитие микроорганизмов, выделяющих токсичные яды .

Контроль знаний с помощью теста «Азот и его соединения»

Вариант I

1. Наиболее прочная молекула:

а) Н 2 ; б) F 2 ; в) О 2 ; г) N 2 .

2. Окраска фенолфталеина в растворе аммиака:

а) малиновая; б) зеленая;

в) желтая; г) синяя.

3. Степень окисления +3 у атома азота в соединении:

а) NH 4 NO 3 ; б) NaNО 3 ; в) NО 2 ; г) КNO 2 .

4. При термическом разложении нитрата меди(II) образуются:

а) нитрит меди(II) и О 2 ;

б) оксид азота(IV) и О 2 ;

в) оксид меди(II), бурый газ NO 2 и О 2 ;

г) гидроксид меди(II), N 2 и О 2 .

5. Какой ион образован по донорно-акцепторному механизму?

а) ; б) NO 3 – ; в) Сl – ; г) SO 4 2– .

6. Укажите сильные электролиты:

а) азотная кислота;

б) азотистая кислота;

в) водный раствор аммиака;

г) нитрат аммония.

7. Водород выделяется при взаимодействии:

а) Zn + HNO 3 (разб.);

б) Cu + HCl (р-р);

в) Al + NaOH + H 2 O;

г) Zn + H 2 SO 4 (разб.);

д) Fe + HNO 3 (конц.).

8. Составьте уравнение реакции цинка с очень разбавленной азотной кислотой, если один из продуктов реакции – нитрат аммония. Укажите коэффициент, стоящий перед окислителем.

9.

Дайте названия веществам А, В, С.

Вариант II

1. Cпособом вытеснения воды нельзя собрать:

а) азот; б) водород;

в) кислород; г) аммиак.

2. Реактивом на ион аммония служит раствор:

а) сульфата калия; б) нитрата серебра;

в) гидроксида натрия; г) хлорида бария.

3. При взаимодействии НNО 3 (конц.) с медной стружкой образуется газ:

а) N 2 O; б) NН 3 ; в) NO 2 ; г) Н 2 .

4. При термическом разложении нитрата натрия образуется:

а) оксид натрия, бурый газ NO 2 , O 2 ;

б) нитрит натрия и О 2 ;

в) натрий, бурый газ NO 2 , O 2 ;

г) гидроксид натрия, N 2 , О 2 .

5. Cтепень окисления азота в сульфате аммония:

а) –3; б) –1; в) +1; г) +3.

6. С какими из указанных веществ реагирует концентрированная HNO 3 при обычных условиях?

а) NаОН; б) АgСl; в) Al; г) Fе; д) Сu.

7. Укажите число ионов в сокращенном ионном уравнении взаимодействия сульфата натрия и нитрата серебра:

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4.

8. Составьте уравнение взаимодействия магния с разбавленной азотной кислотой, если один из продуктов реакции – простое вещество. Укажите коэффициент, стоящий в уравнении перед окислителем.

9. Напишите уравнения реакций для следующих превращений:

Дайте названия веществам А, В, С, D.

Ответы на вопросы тестов

Вариант I

1 – г; 2 – а; 3 – г; 4 – в; 5 – а; 6 – а, г; 7 – в, г; 8 – 10,

9. А – NH 3 , B – NH 4 NO 3 , C – NO,

Вариант II

1 – г; 2 – в; 3 – в; 4 – б; 5 – а; 6 – а, д; 7 – в,

2Ag + + SO 4 2– = Ag 2 SO 4 ;

8 – 12,

9. А – NO, B – NO 2 , C – HNO 3 , D – NH 4 NO 3 ,

В заключение урока учитель высказывает свое отношение к проделанной учащимися работе, оценивает их выступления и ответы.

ЛИТЕРАТУРА

Габриелян О.С . Химия-9. М.: Дрофа, 2001; Габриелян О.С, Остроумов И.Г . Настольная книга учителя. Химия. 9 класс. М.: Дрофа, 2002; Пичугина Г.В . Обобщение знаний о превращении соединений азота в почве и в растениях. Химия в школе, 1997, № 7; Харьковская Н.Л .,
Ляшенко Л.Ф., Баранова Н.В . Осторожно – нитраты! Химия в школе, 1999, № 1; Железнякова Ю.В., Назаренко В.М . Учебно-исследовательские экологические проекты. Химия в школе, 2000, № 3.

*«Красный преципитат» – это одна из модификаций оксида ртути(II) HgO. (Прим. ред .)

← Вернуться