I Кислородные соединения азота.

Лабораторно - практическое занятие № 21

Тема 2.1.3. Главная подгруппа V группы

Тема занятия «Свойства соединений окисленного азота, фосфора и его соединений».

Цели занятия:

· Совершенствовать знания свойств кислородсодержащих соединение азота и фосфора выполнением упражнений по составлению уравнений реакций, доказывающих

- химические свойства кислородосодержащих соединений азота и фосфора;

- особенности взаимодействия азотной кислоты с металлами,

- термическое разложение нитратов.

· Приобрести навыки

- выполнения качественных реакций на нитрат -, нитрит -, фосфат – ионы.

· Совершенствовать навыки составлении уравнений окислительно – восстановительных реакций

I Теоретическая часть:

I Кислородные соединения азота.

1. Азотистая кислота. Азотистая кислота слабая, неустойчивая, существует только в растворе. При взаимодействии со щелочами образует соли – нитриты.

Соли азотистой кислоты — нитриты — довольно устойчивы к нагреванию. За исключением AgNО₂, все они легкораство­римы в воде. Как и сама азотистая кислота, нитриты обла­дают окислительно-восстановительной двойственностью:

 

5KNО₂ + 2KMnО₄+3H₂SO₄ = 5КNОз + 2МпSО₄ + K₂SО₄ + 3Н₂О

восстановитель

2KI + 2KNО₂+2H₂SО₄ = I₂ + 2NO + 2K₂SО₄+ 2Н₂О

окислитель

 

Реакция с КI в кислой среде находит широкое применение в аналитической химии для обнаружения нитрит-иона NО₂^-(выделяющийся свободный йод образует с крахмалом окра­шенное в синий цвет соединение).

Большинство солей азотистой кислоты ядовиты.

Наибольшее применение имеет нитрит натрия NaNО₂, ко­торый широко используется в производстве органических кра­сителей, лекарственных веществ, в аналитической химии. В медицинской практике применяется как сосудорасширяю­щее средство при стенокардии, а также как противоядие при отравлениях цианидами.

Ядовитость нитритов при применении их в большом количестве обусловливается тем, что в организме образуется свободная азотистая кислота. Затем происходит превращение оксигемоглобина крови в метгемоглобин, образо­вание которого создает условия для кислородного голодания тканей, так как такая кровь не способна переносить кислород. Может наступить смерть от паралича дыхательного центра.

2. Азотная кислота проявляет как типичные свойства силь­ных неорганических кислот за счет присутствия в растворе катиона водорода, так и специфические свойства, обуслов­ленные окислительной способностью нитрат - иона.

Азотная кислота, как сильная неорганическая кислота, взаимодействует с оксидами металлов, основаниями, со­лями:

 

2HNО₃ + CuO = Cu (NО₃)₂ + Н₂О;

2HNО₃ + Ва(ОН)₂ = Ba(NО₃)₂ + 2Н₂О;

2HNО₃ + Ca CО₃ = Ca(NО₃)₂ + СО₂ + Н₂О;

2HNО₃ + Na₂SiО₃ = 2NaNО₃ + H₂SiО₃.

 

Азотная кислота — очень сильный окислитель, так как содержит атом азота в максимальной степени окисления (+5). Она взаимодействует со многими простыми и сложны­ми веществами.

Азотная кислота окисляет почти все металлы, кроме золота, платины и платиновых метал­лов, а также многие неметаллы и сложные вещества.

При нагревании она разлагается:

t

4HNO₃ 4NО₂ + 2Н₂О + О₂

 

При взаимодействии азотной кислоты с восстановителя­ми водород, как правило, не выделяется. Происходит восста­новление азота до степеней окисления

от +4 до -3 в зависи­мости от условий реакции, концентрации кислоты и восста­новительных свойств сореагента.

Чем меньше концентрация кислоты и чем сильнее выра­жены восстановительные свойства сореагента, тем глубже происходит восстановление азотной кислоты. При взаимо­действии неактивных металлов с концентрированной азот­ной кислотой, как правило, образуется NО₂:

Ag + 2НNО_3(конц) = AgNО₃ + NО₂ + H₂О.

При взаимодействии неактивных металлов с разбавлен­ной азотной кислотой, как правило, образуется оксид азота(II):

3Cu + 8HNО_3(разб) = 3Cu (NО₃)₂ + 2NО + 4Н₂О.

При взаимодействии азотной кислоты с активными металлами обычно образуется смесь нескольких продуктов воcстановления, хотя один из них может преобладать. Например, при взаимодействии цинка с азотной кислотой продукт восстановления изменяется при понижении концентрации кислоты:

 

 

Концентрированная азотная кислота пассивирует желе­зо, хром, алюминий и некоторые другие металлы, поэтому ее перевозят по железной дороге в стальных и алюминиевых цистернах.

С неметаллами реагирует очень концентрированная (бо­лее чем 60% -я) азотная кислота, при этом она восстанавли­вается до NО₂ или NО:

6HNО₃ + S = H₂SО₄ + 6NО₂ + 2Н₂О;

5HNО₃ + Р = Н₃РО₄ + 5NО₂ + Н₂О;

2HNО₃ + S = H₂SО₄ + 2NO;

5HNО₃ + 3P + 2H₂О = 3H₃PО₄ + 5NO

Концентрированная азотная кислота взаимодействует и со сложными веществами, окисляя их.

Смесь одного объема HNО₃ и трех объемов НСI называ­ют царской водкой, так как в ней растворяется «царь метал­лов» — золото. Суммарное уравнение этой реакции

Au + HNО₃ + 4НСI = Н [АuСI₄] + NO + 2Н₂О.

Будучи одноосновной, азотная кислота образует один ряд солей — нитраты. Все они хорошо растворимы в воде, устой­чивее азотной кислоты, и поэтому в водных растворах окис­лительными свойствами почти не обладают. Однако при подкислении растворов свойства нитратов как окислителей уси­ливаются:

3FeCl₂ + KNО₃ + 4НС1 = 3FeCl₃ + КС1 + NO + 2H₂О.

При нагревании нитраты разлагаются тем полнее, чем правее в электрохимическом ряду напряжений стоит ме­талл, образующий соль.

1. Нитраты щелочных и щелочноземельных металлов (ле­вее магния) разлагаются на нитрит и кислород:

 

t

2KNО₃ 2KNО₂ + О₂.

 

Разложение нитратов с образованием кислорода при на­гревании объясняет их окислительное действие в расплаве.

 

2. Нитраты металлов, расположенных в ряду напряже­ний от магния до меди включительно, разлагаются на оксид металла, оксид азота(IV) и кислород:

 

 

t

2Pb(NO₃)₂ 2РbО + 4NO₂ + O₂

 

Нитраты металлов, расположенных в ряду напряже­ний правее меди, разлагаются на металл, оксид азота(IV) и кислород:

 

t

Hg(NO₃)₂ Hg + 2NO₂ + O₂

 

Соли азотной кислоты получают при действии кислоты на металлы, их оксиды и гидроксиды.

Нитраты натрия, калия, кальция и аммония называют се­литрами и применяют в качестве азотных удобрений.

Нитрат серебра (ляпис) используют в медицине для прижигания.