Кислородсодержащие соединения азота
Оксиды азота
Азот образует несколько оксидов, степень окисления в которых изменяется от «+1» до «+5».
Из-за своего опьяняющего действия получил название «веселящий газ». Хорошо растворим в воде. Оксид азота (I) является несолеобразующим оксидом, т.е он не реагирует с водой, кислотами и щелочами. Его получают разложением нитрата аммония:
NH4NO3 = N2O + O2
При 700
С оксид азота (I) разлагается с выделением азота и кислорода:
N2O = N2 + O2
В жидком и твердом состоянии имеет голубой цвет. Оксид азота (II) является несолеобразующим оксидом, т.е он не реагирует с водой, кислотами и щелочами. Выделяют промышленные и лабораторные способы получения NO. Так, в промышленности его получают окислением аммиака в присутствии катализаторов, а в лаборатории – действием 30%-ной азотной кислоты на медь:
3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ +4H2O
Поскольку в NO азот проявляет степень окисления «+2», т.е. способен понизить и повысить её, для этого оксида азота характерны свойства и восстановителя (1), и окислителя (2):
2NO + O2 = 2NO2 (1)
2NO + 2SO2 = 2SO3 + N2 (2)
Устойчив только при температурах, ниже -4С, без примесей N2O и NO существует только в твердом виде.
Из-за своей окраски получил название «лисий хвост». Выделяют промышленные и лабораторные способы получения NO2. Так, в промышленности его получают окислением NO, а в лаборатории – действием концентрированной азотной кислоты на медь:
Cu +4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 +2H2O
При взаимодействии с водой диспропорционирует на азотистую и азотную кислоты(1), если эта реакция протекает при нагревании, то образуются азотная кислота и оксид азота (II) (2), а, если реакция протекает в присутствии кислорода – азотная кислота (3):
2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3 (1)
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO (2)
4NO2 +H2O + O2 = 4HNO3 (3)
Их получают обезвоживанием азотной кислоты оксидом фосфора:
2HNO3 + P2O5 = 2HPO3 + N2O5
При взаимодействии N2O5 c водой образуется азотная кислота:
N2O5 + H2O = 2HNO3
Азотистая кислота
Азотистая кислота – слабый окислитель (1) и сильный восстановитель (2):
2HI +2HNO2 = I2 + 2NO + 2H2O (1)
HNO2 + Cl2 + H2O = HNO3 + 2HCl (2)
Азотная кислота
При хранении на свету частично разлагается:
4HNO3 ↔4NO2 + 2H2O + O2
Выделяют промышленные и лабораторные способы получения HNO3. Так, в промышленности её получают из аммиака, а в лаборатории – действием серной кислоты на нитраты при нагревании:
KNO3(s) + H2SO4 = KHSO4 + HNO3↑
Азотная кислота – очень сильная кислота, в связи с этим для неё характерны все свойства кислот:
CuO + HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O
KOH + HNO3 = KNO3 + H2O
Т.к. в азотной кислоте азот находится в высшей степени окисления, то азотная кислота является сильным окислителем, состав продуктов окисления зависит от концентрации кислоты, природы восстановителя и температуры. Восстановление азотной кислоты может протекать следующим образом:
NO3— +2H+ +e = NO2 + H2O
NO3— +4H+ +3e = NO + 2H2O
2NO3— +10H+ +8e = N2O + 5H2O
2NO3— +12H+ +10e = N2 + 6H2O
NO3— +10H+ +8e = NH4+ + 3H2O
При обычных условиях, даже концентрированная азотная кислота не взаимодействует с железом, алюминием и хромом, однако, при сильном нагревании она растворяет и их.
Концентрированная азотная кислота окисляет большинство неметаллов до их высших степеней окисления:
3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 +5NO
S+2HNO3 = H2SO4 +2NO
Качественной реакцией на NO3— ионы является выделение бурого газа NO2 при подкислении растворов нитратов при их взаимодействии с медью:
2NaNO3 +2H2SO4 +Cu = 2NO2↑ +Na2SO4 +2H2O
Примеры решения задач
| Задание | Определите массу азотной кислоты, которая получилась при действии серной кислоты (m=54г) на нитрат калия (m=71г). |
| Решение | Запишем уравнение реакции:
2KNO3 + H2SO4 = K2SO4 + 2HNO3 Вычислим, какое из исходных веществ находится в избытке, а какое в недостатке: v(KNO3)=m(KNO3)/M(KNO3) v(KNO3)=71/101 = 0,7 моль v(H2SO4)= 54/98 =0,55 моль Расчет ведем по веществу, которое в недостатке – по серной кислоте: v(HNO3)= 2v(H2SO4)=2×0,55=1,1 моль m(HNO3)= 1,1×63 = 69,3 г |
| Ответ | Масса азотной кислоты — 69,3 г |
| Задание | Осуществите ряд превращений N2→NH3→NO→NO2→HNO3→NH4NO3→N2O |
| Решение | Для получения аммиака используют реакцию его получения из азота воздуха:
N2 + 3H2↔2NH3 Для получения оксида азота (II) из аммиака окисляют последний кислородом: 4NH3 + 5O2→4NO + 6H2O Оксид азота (IV) получают из оксида азота (II) путем его окисления кислородом: 2NO + O2→2NO2 При взаимодействии оксид азота (IV) с водой в присутствии кислорода получается азотная кислота: 4NO2 +2H2O + O2→4HNO3 При взаимодействии азотной кислоты с раствором аммиака получается нитрат аммония: HNO3 + NH3→NH4NO3 При нагревании нитрат аммония распадается на оксид азота (I) и воду: NH4NO3→N2O + 2H2O |
