§29. Кислородные соединения азота

Лабораторный опыт №32

1. Свойства разбавленной азотной кислоты
Проделайте опыты, доказывающие, что азотная кислота проявляет типичные свойства кислот.
1. Поместите в пробирку немного чёрного порошка или одну гранулу оксида меди (II), прилейте в неё 1−2 мл раствора азотной кислоты. Закрепите пробирку в держателе и подогрейте на пламени спиртовки.
Что наблюдаете? Запишите молекулярное и ионное уравнения.
2. Прилейте в пробирку 1−2 мл раствора щелочи, добавьте 2−3 капли раствора фенолфталеина. Что наблюдаете? Добавьте к содержимому пробирки раствор азотной кислоты до исчезновения окраски. Как называется эта реакция? Запишите ее молекулярное и ионное уравнения.
3. Налейте в пробирку 1 мл раствора медного купороса, прилейте 1−2 мл раствора щёлочи. Что наблюдаете? Добавьте к содержимому пробирки раствор азотной кислоты до исчезновения осадка. Запишите молекулярные и ионные уравнения проведенных реакций.

Ответ:

Свойства разбавленной азотной кислоты
1. Поместили в пробирку немного чёрного порошка или одну гранулу оксида меди (II), прилили в неё 1−2 мл раствора азотной кислоты. Закрепили пробирку в держателе и подогрели на пламени спиртовки.
Наблюдаем растоврение порошка оксида меди (II).
$CuO + 2HNO_{3} = Cu(NO_{3})_{2} + H_{2}O$
$CuO + 2H^{+} + 2NO_{3}^{-} = Cu^{2+} + 2NO_{3}^{-} + H_{2}O$
$CuO + 2H^{+} = Cu^{2+} + H_{2}O$
2. Прилили в пробирку 1−2 мл раствора щелочи, добавили 2−3 капли раствора фенолфталеина.
Наблюдаем образование изменение окраски раствора на малиновую.
Добавили к содержимому пробирки раствор азотной кислоты до исчезновения окраски. Эта реакция называется реакцией нейтрализации.
$NaOH + HNO_{3} = NaNO_{3} + H_{2}O$
$Na^{+} + OH^{-} + H^{+} + NO^{-}_{3} = Na^{+} + NO^{-}_{3} + H_{2}O$
$H^{+} + OH^{-} = H_{2}O$
3. Налили в пробирку 1 мл раствора медного купороса, прилили 1−2 мл раствора щёлочи.
Наблюдаем образование осадка голубого цвета.
Добавили к содержимому пробирки раствор азотной кислоты до исчезновения осадка.
$Cu(OH)_{2} + 2HNO_{3} = Cu(NO_{3})_{2} + 2H_{2}O$
$Cu(OH)_{2} + 2H^{+} + 2NO_{3}^{-} = Cu^{2+} + 2NO_{3}^{-} + 2H_{2}O$
$Cu(OH)_{2} + 2H^{+} = Cu^{2+} + 2H_{2}O$

2. Свойства разбавленной азотной кислоты
Прилейте в пробирку 1—2 мл раствора щёлочи, добавьте 2—3 капли раствора фенолфталеина. Что наблюдаете? Добавьте к содержимому пробирки раствор азотной кислоты до исчезновения окраски. Как называется эта реакция? Запишите её молекулярное и ионное уравнения.

Ответ:

Свойства разбавленной азотной кислоты
Прилили в пробирку 1—2 мл раствора щёлочи, добавили 2—3 капли раствора фенолфталеина.
Наблюдаем изменение окраски раствора на малиновую.
Добавили к содержимому пробирки раствор азотной кислоты до исчезновения окраски.
Реакция называется реакцией нейтрализации.
$2NaOH + 2HNO_{3} = 2NaNO_{3} + 2H_{2}O$
$2Na^{+} + 2OH^{-} + 2H^{+} + 2NO_{3}^{-} ⟶ 2Na^{+} + NO_{3}^{-} + 2H_{2}O$
$H^{+} + OH^{-} ⟶ H_{2}O$

3. Свойства разбавленной азотной кислоты
Налейте в пробирку 1 мл раствора медного купороса, прилейте 1—2 мл раствора щёлочи. Что наблюдаете? Добавьте к содержимому пробирки раствор азотной кислоты до исчезновения осадка. Запишите молекулярные и ионные уравнения проведённых реакций.

Ответ:

Свойства разбавленной азотной кислоты
Налили в пробирку 1 мл раствора медного купороса, прилили 1—2 мл раствора щёлочи.
Наблюдаем образование голубого осадка.
$CuSO_{4} + 2NaOH = Na_{2}SO_{4} + Cu(OH)_{2}↓$
$Cu^{2+} + SO_{4}^{2-} + 2Na^{+} + 2OH^{-}$ ⟶ $2Na^{+} + SO_{4}^{2-} + Cu(OH)_{2}↓$
$Cu^{2+} + 2OH^{-} ⟶ Cu(OH)_{2}↓$
Добавили к содержимому пробирки раствор азотной кислоты до исчезновения осадка.
Наблюдаем ратсворение осадка.
$Cu(OH)_{2} + 2HNO_{3} = Cu(NO_{3})_{2} + 2H_{2}O$
$Cu(OH)_{2} + 2H^{+} + 2NO_{3}^{-} ⟶ Cu^{2+} + 2NO_{3}^{-} + 2H_{2}O$
$Cu(OH)_{2} + 2H^{+} ⟶ Cu^{2+} + 2H_{2}O$

Лабораторный опыт №33

Взаимодействие концентрированной азотной кислоты с медью
Осторожно налейте в пробирку 1 мл концентрированной азотной кислоты. Кончиком стеклянной трубочки зачерпните чуть−чуть порошка меди и высыпьте его в пробирку с кислотой. Что наблюдаете? Почему реакция протекает без нагревания? Почему этот вариант проведения опыта не требует использования вытяжного шкафа? Если площадь соприкосновения меди с азотной кислотой будет меньше предложенного варианта проведения эксперимента, то какие условия необходимо соблюдать?
После проведения эксперимента немедленно поместите пробирки с содержимым в вытяжной шкаф. Запишите уравнение реакции и рассмотрите окислительно−восстановительные процессы.

Ответ:

Взаимодействие концентрированной азотной кислоты с медью
Осторожно налили в пробирку 1 мл концентрированной азотной кислоты. Кончиком стеклянной трубочки зачерпнули чуть−чуть порошка меди и высыпали его в пробирку с кислотой.
$4HNO_{3} + Cu = Cu(NO_{3})_{2} + 2NO_{2}↑ + 2H_{2}O$
$N^{+5} + 1ē ⟶ N^{+4}$ − окислитель
$Cu^{0} - 2ē ⟶ Cu^{+2}$ − восстановитель
Наблюдаем растворение меди и выделение газа. Реакция протекает без нагревания, так как кислота концентрированная. Так как реакция протекает без нагревания, необходимости в вытяжном шкафу нет.
Если площадь соприкосновения меди с азотной кислотой будет меньше предложенного варианта проведения эксперимента, то необходимо нагревание и использование вытяжного шкафа.
После проведения эксперимента немедленно поместили пробирки с содержимым в вытяжной шкаф.

i

1. Найдите в Интернете электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных.

Ответ:

Электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных:
1) Сайт "Химия и жизнь".
2) Сайт "Science journals".
3) Сайт "Chem 21".

2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте информационный продукт (по выбору): презентацию по теме урока или сообщение по одному из ключевых слов (словосочетаний) параграфа.

Ответ:

Оксид азота (IV)
Оксид азота (IV) − бурый, очень ядовитый газ.
Он легко получается при окислении кислородом воздуха бесцветного несолеобразующего оксида азота (II):
$2NO + O_{2} = 2NO_{2}$.
Способы получения:
1) Оксид азота (IV) образуется при окислении оксида азота (II) кислородом или озоном:
$2NO + O_{2} = 2NO_{2}$
2) Оксид азота (IV) образуется при действии концентрированной азотной кислоты на неактивные металлы.
Например, при действии концентрированной азотной кислоты на медь:
$4HNO_{3} + Cu = Cu(NO_{3})_{2} + 2NO_{2} + 2H_{2}O$
3) Оксид азота (IV) образуется также при разложении нитратов металлов, которые в ряду электрохимической активности расположены правее магния (включая магний) и при разложении нитрата лития.
Например, при разложении нитрата серебра:
$2AgNO_{3} = 2Ag + 2NO_{2} + O_{2}$
Применение:
С помощью него производят серную и азотную кислоты, окисляют жидкое ракетное топливо и смесевые взрывчатые вещества.

?

1. Почему азотная кислота не образует кислых солей?

Ответ:

Азотная кислота не образует кислых солей, так как это одноосновная кислота, у которой один атом водорода.

2. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций азотной кислоты с гидроксидом меди (II), оксидом железа (III) и карбонатом натрия.

Ответ:

Уравнение реакций азотной кислоты с гидроксидом меди (II):
$Cu(OH)_{2} + 2HNO_{3} = Cu(NO_{3})_{2} + 2H_{2}O$
$Cu(OH)_{2} + 2H^{+} + 2NO_{3}^{-} ⟶ Cu^{2+} + 2NO_{3}^{-} + 2H_{2}O$
$Cu(OH)_{2} + 2H^{+} ⟶ Cu^{2+} + 2H_{2}O$
Уравнение реакций азотной кислоты с оксидом железа (III):
$Fe_{2}O_{3} + 6HNO_{3} = 2Fe(NO_{3})_{3} + 3H_{2}O$
$Fe_{2}O_{3} + 6H^{+} + 6NO_{3}^{-} ⟶ 2Fe^{3+} + 6NO_{3}^{-} + 3H_{2}O$
$Fe_{2}O_{3} + 6H^{+} ⟶ 2Fe^{3+} + 3H_{2}O$
Уравнение реакций азотной кислоты с карбонатом натрия:
$Na_{2}CO_{3} + 2HNO_{3} = 2NaNO_{3} + H_{2}O + CO_{2}↑$
$2Na^{+} + CO_{3}^{2-} + 2H^{+} + 2NO_{3}^{-}$ ⟶ $2Na^{+} + 2NO_{3}^{-} + H_{2}O + CO_{2}↑$
$CO_{3}^{2-} + 2H^{+} ⟶ H_{2}O + CO_{2}↑$

3. Большинство солей азотной кислоты растворимы в воде, тем не менее предложите уравнение реакции $HNO_{3}$ с солью, в результате которой образуется осадок. Напишите ионное уравнение этой реакции.

Ответ:

Уравнение реакции $HNO_{3}$ с солью, в результате которой образуется осадок:
$2HNO_{3} + Na_{2}SiO_{3} = 2NaNO_{3} + H_{2}SiO_{3}↓$
$2H^{+} + 2NO_{3}^{-} + 2Na^{+} + SiO_{3}^{2-}$ ⟶ $2Na^{+} + 2NO_{3}^{-} + H_{2}SiO_{3}↓$
$2H^{+} + SiO_{3}^{2-} ⟶ H_{2}SiO_{3}↓$

4. Рассмотрите уравнения реакций разбавленной и концентрированной азотной кислоты с медью с точки зрения процессов окисления−восстановления.

Ответ:

Уравнение реакции разбавленной азотной кислоты с медью:
$3Cu + 8HNO_{3} = 3Cu(NO_{3})_{2} + 2NO↑ + 4H_{2}O$
$N^{+5} + 3ē ⟶ N^{+2}$ − окислитель
$Cu^{0} - 2ē ⟶ Cu^{+2}$ − восстановитель
Уравнение реакции концентрированной азотной кислоты с медью:
$Cu + 4HNO_{3} = Cu(NO_{3})_{2} + 2NO_{2}↑ + 2H_{2}O$
$N^{+5} + 1ē ⟶ N^{+4}$ − окислитель
$Cu^{0} - 2ē ⟶ Cu^{+2}$ − восстановитель

5. Предложите две цепочки превращений, приводящих к получению азотной кислоты, исходя из азота и аммиака. Опишите окислительно−восстановительные реакции, используя метод электронного баланса.

Ответ:

Две цепочки превращений, приводящих к получению азотной кислоты, исходя из азота и аммиака:
1 цепочка
$N_{2}$ $\overset{1}{⟶}$ $NO$ $\overset{2}{⟶}$ $NO_{2}$ $\overset{3}{⟶}$ $HNO_{3}$
1) $N_{2} + O_{2} = 2NO$
$O_{2}^{0} + 4ē ⟶ 2O^{-2}$ − окислитель
$N_{2}^{0} - 4ē ⟶ 2N^{+2}$ − восстановитель
2) $2NO + O_{2} = 2NO_{2}$
$O_{2}^{0} + 4ē ⟶ 2O^{-2}$ − окислитель
$N^{+2} - 2ē ⟶ N^{+4}$ − восстановитель
3) $2NO_{2} + H_{2}O = HNO_{3} + HNO_{2}$
$N^{+4} + 1ē ⟶ N^{+3}$ − окислитель
$N^{+4} - 1ē ⟶ N^{+5}$ − восстановитель
2 цепочка
$NH_{3}$ $\overset{1}{⟶}$ $NO$ $\overset{2}{⟶}$ $NO_{2}$ $\overset{3}{⟶}$ $HNO_{3}$
1) $4NH_{3} + 5O_{2} = 4NO + 6H_{2}O$
$O_{2}^{0} + 4ē ⟶ 2O^{-2}$ − окислитель
$N^{-3} - 5ē ⟶ N^{+2}$ − восстановитель
2) $2NO + O_{2} = 2NO_{2}$
$O_{2}^{0} + 4ē ⟶ 2O^{-2}$ − окислитель
$N^{+2} - 2ē ⟶ N^{+4}$ − восстановитель
3) $2NO_{2} + H_{2}O = HNO_{3} + HNO_{2}$
$N^{+4} + 1ē ⟶ N^{+3}$ − окислитель
$N^{+4} - 1ē ⟶ N^{+5}$ − восстановитель

6. Сколько килограммов 68%−й азотной кислоты можно получить из 276 кг (н. у.) оксида азота (IV)?

Ответ:

Дано:
m ($NO_{2}$) = 276 кг
ω ($HNO_{3}$) = 68%
Найти:
m (р−ра) − ?
Дано:
$4NO_{2} + O_{2} + 2H_{2}O = 4HNO_{3}$
n ($NO_{2}$) = $\frac{m}{M}$ = $\frac{276}{46}$ = 6 кмоль
n ($HNO_{3}$) = n ($NO_{2}$) = 6 кмоль
m ($HNO_{3}$) = n * M = 6 * 63 = 378 кг
m (р−ра) = $\frac{m (HNO_{3})}{ω}$ = $\frac{378}{0,68}$ = 556 кг
Ответ: m (р−ра) = 556 кг.

7. При прокаливании 340 г натриевой селитры получили 33,6 л (н. у.) кислорода. Рассчитайте массовую долю примесей в селитре.

Ответ:

Дано:
$m_{техн}$ ($NaNO_{3}$) = 340 г
V ($O_{2}$) = 33,6 л
Найти:
ω (примесей) − ?
Дано:
$2NaNO_{3} = 2NaNO_{2} + O_{2}$
n ($O_{2}$) = $\frac{V}{V_{m}}$ = $\frac{33,6}{22,4}$ = 1,5 моль
n ($NaNO_{3}$) = 2 * n ($O_{2}$) = 2 * 1,5 = 3 моль
m ($NaNO_{3}$) = n * M = 3 * 85 = 255 г
m (примесей) = $m_{техн}$ ($NaNO_{3}$) − m ($NaNO_{3}$) = 340 − 255 = 85 г
ω (примесей) = $\frac{m (примесей)}{m_{техн} (NaNO_{3})}$ * 100% = $\frac{85}{340}$ * 100% = 25%
Ответ: ω (примесей) = 25%.