Урок: Оксид азота (II) и оксид азота (IVАзотная кислота, строение молекулы и получение. Окислительные свойства азотной кислоты.

Урок: Оксид азота (II) и оксид азота (IVАзотная кислота, строение молекулы и получение. Окислительные свойства азотной кислоты.
Цели: Повторить и закрепить знания об общих химических свойствах кислот; изучить строение молекулы азотной кислоты, физические и специфические химические свойства азотной кислоты – взаимодействие ее с металлами; познакомить учащихся с промышленным и лабораторным способами получения чистой азотной кислоты.
Ход урока:
I Повторение.
Учитель: На прошлых уроках мы изучили некоторые соединения азота. Давайте вспомним их.
Ученик: Это аммиак, соли аммония, оксиды азота.
Учитель: Какие оксиды азота являются кислотными?
Ученик: Оксид азота (III) N2O3 – азотистый ангидрид и оксид азота (V) N2O5 – азотный ангидрид, ему соответствует азотная кислота HNO3.
Учитель: Каков качественный и количественный состав азотной кислоты

II Состав и строение HNO3
1. Реакции с металлами. Поскольку атом азота в положительных степенях окисления является окислителем, причем чем выше степень окисления, тем сильнее способность отбирать электроны у других атомов, то с металлами – по сути своей восстановителями – оксиды азота будут реагировать. Продукты при этом могут получаться совсем разные, в зависимости от условий реакции и самого металла. Например, раскаленной меди все оксиды азота отдают кислород, а сами превращаются в простое вещество азот:

По количеству образовавшихся оксида меди и азота можно установить, какой именно из оксидов азота реагировал с медью.

2. Реакции с неметаллами. В первую очередь рассмотрим реакции с кислородом. Здесь между оксидами наблюдается различие, и весьма существенное.
Оксид NO реагирует с кислородом с образованием оксида азота(IV). Реакция обратимая. Причем с повышением температуры скорость этой реакции уменьшается:
2NO + O2 = 2NO2.
Оксид NO2 с кислородом вообще не реагирует.
Озон переводит оба оксида в оксид азота(V).
Оксид азота(II) NO присоединяет озон полностью:
2NO + O3 = N2O5.

Оксид азота(IV) NO2 в реакции с озоном выделяет еще и кислород:
2NO2 + O3 = N2O5 + O2.
3. Реакции с водой. Оксид NO с водой не реагирует. Оксид NO2 с водой образует две кислоты – азотную (степень окисления азота +5) и азотистую (степень окисления азота +3). В присутствии кислорода оксид NO2 целиком переходит в азотную кислоту:
2NO2 + Н2O = НNО3 + НNO2,
4NO2 + O2 + 2Н2О = 4НNО3.
4. Реакции c кислотами. Ни один из оксидов – NO или NO2 – не реагирует с кислотами.
5. Реакции со щелочами. Оба оксида азота реагируют со щелочами.
Оксид NO образует с щелочью соль азотистой кислоты, оксид азота(I) и азот:
10NO + 6NaOH = 6NaNO2 + N2O + N2 + 3H2O.
Оксид NO2 образует с щелочью соли двух кислот – азотной и азотистой:
2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O.
Вернемся к нашей тайне степеней окисления. При переходе кислородных соединений азота из состояния «газ», где свободно можно двигаться, в состояние «водный раствор», где больше толкотни, где процветает коллективизм, где существуют и активно действуют полярные молекулы воды, никто уже не позволит молекуле, атому или иону быть в одиночестве, происходит «смена ориентации». Устойчивыми становятся как раз нечетные степени окисления, как и положено элементу из нечетной группы. (Устойчивыми, правда, относительно. Азотистая кислота, например, может существовать только в растворе, иначе она разлагается. Но кислот, формально соответствующих оксидам азота(II) и (IV), вообще не существует. Все познается в сравнении.)
Интересно, что со щелочами реагирует не только явно кислотный оксид NO2, но и NО – по свойствам и степени окисления некислотный, при этом получаются соединения других степеней окисления – нечетных! Тайна? Вполне!ная кислота, строение молекулы и получение.
Опытным путём доказано, что в молекуле азотной кислоты между двумя атомами кислорода и атомом азота две химические связи абсолютно одинаковые – полуторные связи. Степень окисления азота +5, а валентность равна IV.
Физические свойства
Азотная кислота HNO3 в чистом виде - бесцветная жидкость с резким удушливым запахом, неограниченно растворимая в воде; t°пл.= -41°C; t°кип.= 82,6°С, r = 1,52 г/см3. В небольших количествах она образуется при грозовых разрядах и присутствует в дождевой воде.
Под действием света азотная кислота частично разлагается с выделением NО2 и за cчет этого приобретает светло-бурый цвет:
N2 + O2 грозовые эл.разряды 2NO
2NO + O2 2NO2
4НNО3 свет 4NО2(бурый газ) + 2Н2О + О2

Азотная кислота высокой концентрации выделяет на воздухе газы, которые в закрытой бутылке обнаруживаются в виде коричневых паров (оксиды азота). Эти газы очень ядовиты, так что нужно остерегаться их вдыхания. Азотная кислота окисляет многие органические вещества. Бумага и ткани разрушаются вследствие окисления образующих эти материалы веществ. Концентрированная азотная кислота вызывает сильные ожоги при длительном контакте и пожелтение кожи на несколько дней при кратком контакте. Пожелтение кожи свидетельствует о разрушении белка и выделении серы (качественная реакция на концентрированную азотную кислоту – жёлтое окрашивание из-за выделения элементной серы при действии кислоты на белок – ксантопротеиновая реакция). То есть – это ожог кожи. Чтобы предотвратить ожог, следует работать с концентрированной азотной кислотой в резиновых перчатках.
Получение
1. Лабораторный способ
KNO3 + H2SO4(конц) KHSO4 + HNO3 (при нагревании)
2. Промышленный способ
Осуществляется в три этапа:
a) Окисление аммиака на платиновом катализаторе до NO
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O (Условия: катализатор – Pt, t = 500
·С)
б) Окисление кислородом воздуха NO до NO2
2NO + O2 2NO2
в) Поглощение NO2 водой в присутствии избытка кислорода
4NO2 + О2 + 2H2O 4HNO3и 3NO2 + H2O 2HNO3+NO (без избытка кислорода)
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).
в производстве взрывчатых и отравляющих веществ
Вопросы для контроля:
№1. Степень окисления атома азота в молекуле азотной кислоты
a. +4 b. +3 c. +5 d. +2

№2. Атом азота в молекуле азотной кислоты имеет валентность равную -

a. II b. V c. IV d. III

№3. Какими физическими свойствами характеризуют чистую азотную кислоту?
a. без цвета b. не имеет запаха c. имеет резкий раздражающий запах d. дымящая жидкость

e. окрашена в жёлтый цвет
№4. Установите соответствие между исходными веществами и продуктами реакции:

a) NH3 + O2 1) NO2

b) KNO3 + H2SO4 2) NO2 + О2 + H2O

c) HNO3 3) NO + H2O

d) NO + O2 4) KHSO4 + HNO3


№5. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса, покажите переход электронов, укажите процессы окисления (восстановления; окислитель (восстановитель):

NO2 + О2 + H2O HNO3
Д/З, таблица 15, с.55, упр.1,3,4, с.59

Рисунок 415