Азотистая кислота

HNO 2 - слабая одноосновная кислота, существует только в разбавленных водных растворах.

Соли азотистой кислоты называются нитритами. Нитриты гораздо более устойчивы, чем HNO 2 , все они токсичны.

Получение:

1. N 2 O 3 + H 2 O = 2HNO 2

Как можно еще получить азотистую кислоту? ()

Какая степень окисления в азотистой кислоте?

Значит, кислота проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства.

При действии более сильных окислителей окисляется в HNO 3:

5HNO 2 +2HMnO 4 → 2Mn(NO 3) 2 + HNO 3 + 3H 2 O;

HNO 2 + Cl 2 + H 2 O → HNO 3 + 2HCl.

2HNO 2 + 2HI → 2NO + I 2 ↓ + 2H 2 O – восстановительные свойства

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

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

Получение солей (нитратов и нитритов)

Назовите способы получения солей, которые вам известны? Как можно получить нитраты и нитриты?

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);

9) соль 1 + соль 2 = соль 3 + соль 4

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

Специфический способ получения нитратов и нитритов:

диспропорционирование.

В присутствии избытка кислорода

Соли азотной кислоты – нитраты

нитраты щелочных металлов, кальция, аммония – селитры

KNO 3 - калийная селитра,

NH 4 NO 3 - аммиачная селитра.

Физические свойства:

Все нитраты твёрдые кристаллические вещества, белого цвета, хорошо растворимые в воде. Ядовиты!

Химические свойства нитратов

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 … .

Разложение нитратов

При нагревании твердых нитратов все они разлагаются с выделением кислорода (исключением является нитрат аммония), при этом их можно разделить на три группы.

Первую группу составляют нитраты щелочных металлов

2КNО 3 = 2КNО 2 + О 2 .

Вторую группу от щелочноземельных металлов до меди включительно

2Сu(NО 3) 2 = 2СuО + 4NО 2 + O 2 ,

Третью группу Ме после Сu

Hg(NО 3) 2 = Нg + 2NО 2 + О 2 ,

Почему азота в природе много (он входит в состав атмосферы), а растения часто дают плохой урожай из-за азотного голодания? (Растения не могут усваивать молекулярный азот из воздуха. При недостатке азота задерживается образование хлорофилла, задерживается рост и развитие растения.)

Назовите способы усвоения атмосферного азота.

(Часть связанного азота поступает в почву во время гроз. Бобовые, на корнях которых развиваются клубеньковые бактерии, способные связывать атмосферный азот, переводя его в соединения, доступные для растений.)

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 – .

Доклады учеников

Влияние нитратов на окружающую среду и организм человека

Первая помощь при отравлении нитратами

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

Азотистая кислота - это одноосновная слабая кислота, которая может существовать только в разбавленных водных растворах голубого цвета и в газовой форме. Соли данной кислоты называют азотистокислым или нитритами. Они токсичны и более устойчивы, чем сама кислота. Химическая формула данного вещества выглядит так: HNO2.

Физические свойства:
1. Молярная масса равна 47 г/моль.
2. равна 27 а.е.м.
3. Плотность составляет 1,6.
4. Температура плавления равна 42 градусам.
5. Температура кипения равна 158 градусам.

Химические свойства азотистой кислоты

1. Если раствор с азотистой кислотой нагреть, то произойдет следующая химическая реакция:
3HNO2 (азотистая кислота) = HNO3 (кислота азотная) + 2NO выделяется в виде газа)+ H2O (вода)

2. В водных растворах диссоциирует и легко вытесняется из солей более сильными кислотами:
H2SO4 (серная кислота) + 2NaNO2 (нитрит натрия) = Na2SO4 (сульфат натрия) + 2HNO2 (азотистая кислота)

3. Рассматриваемое нами вещество может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. При воздействии на него более сильных окислителей (например: хлор, пероксид водорода H2O2, окисляется до азотной кислоты (в некоторых случаях происходит образование соли азотной кислоты):

Восстановительные свойства:

HNO2 (азотистая кислота) + H2O2 (пероксид водорода) = HNO3 (азотная кислота) + H2O (вода)
HNO2 + Cl2 (хлор) + H2O (вода) = HNO3 (кислота азотная) + 2HCl (соляная кислота)
5HNO2 (азотистая кислота)+ 2HMnO4 = 2Mn(NO3)2 (нитрат марганца, соль азотной кислоты) + HNO3 (кислота азотная) + 3H2O (вода)

Окислительные свойства:

2HNO2 (азотистая кислота)+ 2HI = 2NO (оксид кислорода, в виде газа) + I2 (йод) + 2H2O (вода)

Получение азотистой кислоты

Данное вещество можно получить несколькими способами:

1. При растворении азота оксида (III) в воде:

N2O3 (оксид азота) + H2O (вода) = 2HNO3 (азотистая кислота)

2. При растворении азота оксида (IV) в воде:
2NO3 (оксид азота) + H2O (вода) = HNO3 (азотная кислота) + HNO2 (азотистая кислота)

Применение азотистой кислоты:
- диазотирование ароматических первичных аминов;
- производство солей диазония;
- в синтезе органических веществ (например, для производства органических красителей).

Воздействие азотистой кислоты на организм

Данное вещество токсично, обладает ярким мутагенным эффектом, так как по сути своей является деаминирующим агентом.

Что такое нитриты

Нитриты - это различные соли азотистой кислоты. К воздействию температур они менее устойчивы, чем нитраты. Необходимы при производстве некоторых красителей. Применяются в медицине.

Особенное значение приобрел для человека нитрит натрия. Это вещество имеет формулу NaNO2. Используется в качестве консерванта в пищевой промышленности при производстве изделий из рыбы и мяса. Представляет собой порошок чистого белого или слегка желтоватого цвета. Нитрит натрия гигроскопичен (исключение составляет очищенный нитрит натрия) и хорошо растворяется в H2O (воде). На воздухе способен постепенно окислиться до имеет сильные восстановительные свойства.

Натрия нитрит применяется в:
- химическом синтезе: для получения диазо-аминных соединений, для дезактивирования избытка натрия азида, для получения кислорода, натрия оксида и натрия азота, для поглощения углекислого газа;
- в производстве пищевых продуктов (пищевая добавка Е250): в качестве антиокислителя и антибактериального агента;
- в строительстве: в качестве противоморозной добавки к бетону в изготовлении конструкций и строительных изделий, в синтезе органических веществ, в роли ингибитора коррозии атмосферной, в производстве каучуков, попперсов, раствора добавки для взрывчатых веществ; при обработке металла для снятия слоя олова и при фосфатировании;
- в фотографии: как антиокислитель и реагент;
- в биологии и медицине: сосудорасширяющее, спазмолитическое, слабительное, бронхолитическое; как антидот при отравлении животного или человека цианидами.

В настоящее время также используются и другие соли азотистой кислоты (например, нитрит калия).

Соли аммония - очень своеобразные. Все они легко разлагаются, причем некоторые самопроизвольно, например карбонат аммония:
(NH4)2CО3 = 2NH3 + Н2О + СО2 (реакция ускоряется при нагревании).
Другие соли, например хлорид аммония (нашатырь), возгоняются при нагревании, т. е. сначала разлагаются на аммиак и хлористый под действием нагревания, а при понижении температуры вновь на холодных частях сосуда образуется хлорид аммония:
нагревание
NH4Cl ⇄ NH3 + НСl
охлаждение
Нитрат аммония при нагревании разлагается на закись азота и воду. Эта реакция может происходить со взрывом:
NH4NО3 = N2О + Н2О
Нитрит аммония NH4NО2 разлагается при нагревании с образованием азота и воды, поэтому им пользуются в лаборатории для получения азота.
При действии на соли аммония щелочей выделяется аммиак:
NH4Cl + NaOH = NaCl + NH3 + H2О
Выделение аммиака - характерный признак для распознавания солей аммония. Все соли аммония являются соединениями комплексного характера.

Аммиак и соли аммония находят широкое применение. Аммиак используется как сырье для получения азотной кислоты и ее солей, а также солей аммония, которые служат хорошими азотными удобрениями. Таким удобрением являются сульфат аммония (NH4)2SО4 и особенно нитрат аммония NH4NО3 или аммиачная селитра, в состав молекулы которой входят два атома азота: один аммиачный, другой нитратный. Растения вначале усваивают аммиачный , и затем нитратный. Этот вывод принадлежит основоположнику русской агрохимии акад. Д. Н. Прянишникову, посвятившему свои труды физиологии растений и обосновавшему значение минеральных удобрений в сельском хозяйстве.
Аммиак в виде нашатырного спирта применяется в медицине. Жидкий аммиак используется в холодильных установках. Хлорид аммония применяется для изготовления сухого гальванического элемента Лекланше. Смесь нитрата аммония с алюминием и углем, называемая аммоналом, является сильным взрывчатым веществом.
Карбонат аммония применяется в кондитерской промышленности как разрыхлитель теста.

■ 25. На каком свойстве карбоната аммония основано его использование для разрыхления теста?
26. Как обнаружить в составе соли ион аммония?
27. Как осуществить ряд превращений:
N2 ⇄ NH3 → NO
↓
NH4N03

Кислородные соединения азота

Образует с кислородом несколько соединений, в которых проявляет различные степени окисления.
Существует закись азота N2О, или, как ее называют, «веселящий газ». В ней проявляет степень окисления + 1. В окиси азота NO азот проявляет степень окисления + 2, в азотистом ангидриде N2О3 - + 3, в двуокиси азота NО2 - +4, в пятиокиси азота, или азотном
ангидриде, N2О5 - +5.
Закись азота N2О - несолеобразующий окисел. Это газ, довольно хорошо растворимый в воде, но в реакцию с водой не вступающий. Закись азота в смеси с кислородом (80% N2O и 20% О2) производит наркотизирующее действие и применяется для так называемого газового наркоза, преимущество которого в том, что он не имеет длительного последействия.
Остальные азота сильно ядовиты. Ядовитое действие их сказывается обычно через несколько часов после вдыхания. Первая помощь состоит в приеме внутрь большого количества молока, вдыхании чистого кислорода, пострадавшему должен быть обеспечен покой.

■ 28. Перечислите возможные степени окисления азота и , отвечающие этим степеням окисления.
29. Какие меры первой помощи следует принимать при отравлениях окислами азота?

Наиболее интересными и важными окислами азота являются окись и двуокись азота, которые мы и будем изучать.
Окись азота NО образуется из азота и кислорода при сильных электрических разрядах. В воздухе во время грозы наблюдается иногда образование окиси азота, но в очень небольших количествах. Окись азота бесцветный газ, не имеющий запаха. В воде окись азота нерастворима, поэтому ее можно собирать над водой в тех случаях, когда получение ведется лабораторным способом. В лаборатории окись азота получают из умеренно концентрированной азотной кислоты действием ее на :
HNО3 + Сu → Cu(NO3)2 + NO + Н2О
В этом уравнении самостоятельно расставьте коэффициенты.
Окись азота можно получить и другими способами, например в пламени электрической дуги:
N2 + O2 ⇄ 2NO.
В производстве азотной кислоты окись азота получают каталитическим окислением аммиака, о котором говорилось в § 68, стр. 235.
Окись азота является несолеобразующим окислом. Она легко окисляется кислородом воздуха и превращается при этом в двуокись азота NO2. Если окисление производить в стеклянном сосуде, бесцветная окись азота превращается в бурый газ - двуокись азота.

■ 30. При взаимодействии меди с азотной кислотой выделилось 5,6 л окиси азота. Рассчитайте, сколько прореагировало меди и сколько образовалось соли.

Двуокись азота NO2 - бурый газ с характерным запахом. Хорошо растворяется в воде, так как реагирует с водой по уравнению:
3NO2 + Н2O = 2HNO3 + NO
В присутствии кислорода можно получить только азотную кислоту:
4NO2 + 2Н2О + O2 = 4HNO3
Молекулы двуокиси азота NO2 довольно легко соединяются попарно и образуют четырехокись азота N2O4 - бесцветную жидкость, структурная формула которой

Этот процесс происходит на холоде. При нагревании четырехокись азота вновь переходит в двуокись.
Двуокись азота - кислотный окисел, так как может реагировать с щелочами, образуя соль и воду. Однако вследствие того, что атомы азота в модификации N2O4 имеют различное число валентных связей, при взаимодействии двуокиси азота со щелочью образуются две соли - нитрат и нитрит:
2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O
Получают двуокись азота, как уже говорилось выше, окислением окиси:
2NO + О2 = 2NO2
Кроме того, двуокись азота получают действием концентрированной азотной кислоты на :
Сu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
(конц.)
или лучше прокаливанием нитрата свинца:
2Pb(NO3)2 = 2РbO + 4NO2 + О2

■ 31. Перечислите способы получения двуокиси азота, приведя уравнения соответствующих реакций.

32. Изобразите схему строения атома азота в степени окисления +4 и объясните, каким должно быть его поведение в окислительно-восстановительных реакциях.
33. В концентрированную азотную кислоту поместили 32 г смеси меди и окиси меди. Содержание меди в смеси 20%. Какой объем какого газа при этом выделится. Сколько грамм-молекул соли при этом получается?

Азотистая кислота и нитриты

Азотистая кислота HNO2 - очень слабая неустойчивая кислота. Она существует лишь в разбавленных растворах ( а =6,3% в 0,1 н. растворе). Азотистая кислота легко разлагается с образованием окиси и двуокиси азота
2HNO2 = NO + NO2 + Н2O.
Степень окисления азота в азотистой кислоте +3. При такой степени окисления условно можно считать, что с внешнего слоя атома азота отдано 3 электрона и еще осталось 2 валентных электрона. В связи с этим для N+3 в окислительно-восстановительных реакциях существуют две возможности: он может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства в зависимости от того, в какую среду-окислительную или восстановительную - попадает.
Соли азотистой кислоты называются нитритами. Действуя на нитриты серной кислотой, можно получить азотистую кислоту:
2NaNO2 + H2SO4 = Na2SO4 + 2HNO2.
Нитриты представляют собой соли, довольно хорошо растворимые в воде. Как и сама азотистая кислота, нитриты могут проявлять окислительные свойства при реакции с восстановителями, например:
NaNO2 + KI + H2SO4 → I2 + NO…

Найти конечные продукты и расставить коэффициенты на основе электронного баланса попытайтесь самостоятельно.

Поскольку выделяющийся легко обнаружить с помощью крахмала, данная реакция может служить способом обнаружения даже незначительных количеств нитритов в питьевой воде, присутствие которых нежелательно из-за ядовитости. С другой стороны, нитритный азот может окисляться до N +5 под действием сильного окислителя.
NaNO2 + K2Cr2O7 + H2SO4 → NaNO3 + Cr2(SO4)3 + …

Остальные продукты реакции найдите самостоятельно, составьте электронный баланс и расставьте коэффициенты.

■ 34. Закончите уравнение.
HNO2 + KMnO4 + H2SO4 → … (N +5 , Мn +2).
35. Перечислите свойства азотистой кислоты и нитритов.

Азотная кислота

HNO3 - сильный электролит. Это летучая жидкость. Чистая кипит при температуре 86°, не имеет цвета; плотность ее 1,53. В лаборатории обычно поступает 65% HNO3 с плотностью 1,40.
дымит на воздухе, так как ее пары, поднимаясь в воздух и соединяясь с парами воды, образуют капельки тумана. Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях. Она имеет резкий запах, легко испаряется, поэтому переливать концентрированную азотную кислоту следует лишь под тягой. При попадании на кожу азотная кислота может причинить сильные ожоги. Небольшой ожог дает о себе знать характерным желтым пятном на коже. Сильные ожоги могут вызвать образование язв. При попадании на кожу азотной кислоты ее следует быстро смыть большим количеством воды, а затем нейтрализовать слабым раствором соды.

Концентрированная 96-98% азотная кислота поступает в лабораторию редко и при хранении довольно легко, особенно на свету разлагается по уравнению:
4HNO3 = 2Н2O + 4NO2 + O2
Она постоянно окрашена двуокисью азота в желтый цвет. Избыток двуокиси азота и постепенно улетучиваются из раствора, в растворе накапливается , а кислота продолжает разлагаться. В связи с этим концентрация азотной кислоты постепенно уменьшается. При концентрации 65% азотная кислота может сохраняться длительное время.
Азотная кислота является одним из сильнейших окислителей. Она реагирует почти со всеми металлами, но без выделения водорода. Ярко выраженные окислительные свойства азотной кислоты оказывают на некоторые ( , ) так называемое пассивирующее действие. Это особенно характерно для концентрированной кислоты. При ее воздействии на поверхности металла образуется очень плотная не растворимая в кислотах оксидная пленка, защищающая металл от дальнейшего воздействия кислоты. Металл становится «пассивным». .
Однако с большинством металлов азотная кислота реагирует. Во всех реакциях с металлами в азотной кислоте восстанавливается азот и тем полнее, чем разбавлен-нее кислота и чем активнее металл.

Концентрированная кислота восстанавливается до двуокиси азота. Примером этого может служить реакция с медью, приведенная выше (см. § 70). Разбавленная азотная кислота с медью восстанавливается до окиси азота (см. § 70). Более активные , например , восстанавливают разбавленную азотную кислоту до закиси азота.
Sn + HNO3 → Sn(NO3)2 + N2O
При очень сильном разбавлении с активным металлом, например с цинком, реакция доходит до образования соли аммония:
Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NH4NO3

Во всех приведенных схемах реакций расставьте коэффициенты, составив электронный баланс самостоятельно.

■ 36. Почему при хранении в лаборатории даже в хорошо закупоренной посуде концентрация азотной кислоты понижается?
37. Почему концентрированная азотная кислота имеет желтовато-бурую окраску?
38. Напишите уравнение реакции разбавленной азотной кислоты с железом. Продуктами реакции являются нитрат железа (III), и выделяется газ бурого цвета.
39. Выпишите в тетрадь все уравнения реакций, характеризующие взаимодействие азотной кислоты с металлами. Перечислите, какие , помимо нитратов металлов, образуются в этих реакциях.

Многие могут гореть в азотной кислоте, например уголь и :
С + HNO3 → NO + СО2
Р + HNO3 → NO + H3PO4

Свободный при этом окисляется до фосфорной кислоты. при кипячении в азотной кислоте превращается в S+6 и из свободной серы образуется :
HNO3 + S → NO + H2SO4

Закончите уравнения реакций самостоятельно.

Сложные также могут гореть в азотной кислоте. Например, в азотной кислоте горят скипидар, нагретые древесные опилки.
Азотная кислота может также окислять соляную кислоту. Смесь трех частей соляной и одной части азотной кислоты называется «царской водкой». Такое название дано потому, что эта смесь окисляет и платину, на которые никакие кислоты не действуют. Реакция протекает по таким стадиям: в самой смеси происходит окисление иона хлора в свободный и восстановление азота до образования хлористого нитрозила:
HNO3 + 3НСl ⇄ Сl2 + 2Н2O + NOCl
царская водка хлористый нитрозил
Последний легко разлагается на окись азота и свободный по уравнению:
2NOCl = 2NO + Сl2
Помещенное в «царскую водку» металлическое легко окисляется хлористым нитрозилом:
Au + 3NOCl = АuСl3 + 3NO
Азотная кислота может вступать в реакцию нитрования с органическими веществами. При этом обязательно должна присутствовать концентрированная . Смесь концентрированных азотной и серной кислот, называется нитрующей смесью. С помощью такой смеси можно получить из глицерина нитроглицерин, из бензола - нитробензол, из клетчатки - нитроклетчатку и т. д. В сильно разбавленном состоянии азотная кислота проявляет характерные свойства кислот.

■ 40. Примеры типичных свойств кислот применительно к азотной кислоте приведите самостоятельно. Уравнения напишите в молекулярной и. ионной формах.
41. Почему склянки с концентрированной азотной кислотой запрещается перевозить упакованными в древесные стружки?
42. При испытании фенолфталеином концентрированной азотной кислоты фенолфталеин приобретает оранжевую окраску, а не остается бесцветным. Чем это объясняется?

Получить азотную кислоту в лаборатории очень легко. Обычно ее получают путем вытеснения из ее солей серной кислотой, например:
2KNО3 + H2SО4 = K2SО4 + 2HNО3
На рис. 61 изображена лабораторная установка для получения азотной кислоты.
В промышленности сырьем для получения азотной кислоты служит аммиак. В результате окисления аммиака в присутствии платинового катализатора образуется окись азота:
4NH3 + 5О2 = 4NO + 6Н2О
Как было указано выше, окись азота легко окисляется кислородом воздуха в двуокись азота:
2NO + О2 = 2NO2
а двуокись азота, соединяясь с водой, образует азотную кислоту и снова окись азота по уравнению:

3NО2 + Н2О = 2HNО3 + NO.
Затем окись азота снова подается на окисление:
Первая стадия процесса - окисление аммиака в окись азота - осуществляется в контактном аппарате при температуре 820°. Катализатором служат сетки из платины с примесью родия, которые нагревают перед запуском аппарата. Так как реакция экзотермична, в дальнейшем сетки нагреваются за счет тепла самой реакции. Вышедшую из контактного аппарата окись азота охлаждают до температуры около 40°, так как процесс окисления окиси азота идет быстрее при более низкой температуре. При температуре 140° образующаяся двуокись азота разлагается снова на окись азота и кислорода.

Окисление окиси азота в двуокись осуществляется в башнях, называемых абсорберами, обычно под давлением 8-10 атм. В них одновременно происходит и поглощение (абсорбция) образующейся двуокиси азота водой. Для лучшего поглощения двуокиси азота раствор охлаждают. Получается 50-60% азотная кислота.
Концентрирование азотной кислоты проводят в присутствии концентрированной^серной кислоты в ректификационных колоннах. образует с имеющейся водой гидраты с температурой кипения более высокой, чем у азотной кислоты, поэтому из смеси довольно легко выделяются пары азотной кислоты. При конденсации этих паров можно получить 98-99% азотную кислоту. Обычно более концентрированная кислота применяется редко.

■ 43. Запишите в тетрадь все уравнения реакций, происходящих при получении азотной кислоты лабораторным и промышленным способами.
44. Как осуществить ряд превращений:

45. Сколько 10% раствора можно приготовить из азотной кислоты, полученной взаимодействием 2,02 кг нитрата калия с избытком серной кислоты?
46. Определите молярность 63% азотной кислоты.
47. Сколько азотной кислоты можно получить из 1 т аммиака при 70% выходе?
48. Цилиндр заполнили окисью азота путем вытеснения воды. Затем, не вынимая из воды, под него подвели трубку от газометра
(см. рис. 34) и начали пропускать . Опишите, что должно наблюдаться в цилиндре, если избытка кислорода не допускалось. Обоснуйте свой ответ уравнениями реакций.

Рис. 62. Горение угля в расплавленной селитре. 1 - расплавленная селитра; 2 - горящий уголек; 3 - песок.

Соли азотной кислоты

Соли азотной кислоты называются нитратами. Нитраты щелочных металлов, а также кальция и аммония называются селитрами. Например, KNО3 - калийная селитра, NH4NО3 - аммиачная селитра. Природные залежи нитрата натрия имеются в огромном количестве в Чили, в связи с чем эта соль получила название чилийской селитры.

Рис. 62. Горение угля в расплавленной селитре. 1 - расплавленная селитра; 2 - горящий уголек; 3 - песок.

Соли азотной кислоты, как и она сама, являются сильными окислителями. Например, соли щелочных металлов при плавлении выделяют по уравнению:

2KNО3 = 2KNO2+ О2

Благодаря этому уголь, и другие горючие вещества горят в расплавленной селитре (рис. 62).
Соли тяжелых металлов также разлагаются с выделением кислорода, но по другой схеме.
2Pb(NО3)2 = 2РbО + 4NO2 + О2

Рис. 63. Круговорот азота в природе

Калийная селитра применяется для изготовления черного пороха. Для этого ее смешивают с углем и серой. для этой цели не используется, так как она гигроскопична. Черный порох при поджигании интенсивно сгорает по уравнению:
2KNO3 + 3С + S = N2 + 3CO2 + K2S
Нитраты кальция и аммония - очень хорошие азотные удобрения. В последнее время получил распространение в качестве удобрения и нитрат калия.
Азотная кислота широко применяется в производстве химико-фармацевтических препаратов (стрептоцид), органических красителей, целлулоида, кино- и фотопленок. Соли азотной кислоты широко используются в пиротехнике.
В природе существует круговорот азота, при котором растения при отмирании возвращают обратно в почву полученный из нее азот. Животные, питаясь растениями, возвращают азот в почву в виде испражнений, а после смерти их трупы перегнивают и тем самым также возвращают почве полученный от нее азот (рис.63). Снимая урожай, человек вмешивается в этот круговорот, нарушает его и тем самым обедняет почву азотом, поэтому приходится вносить азот на поля в виде минеральных удобрений.

■ 49. Как осуществить ряд превращений

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 .

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 .)