Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Сервис онлайн-записи на собственном Telegram-боте
    Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое расписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
    Для новых пользователей первый месяц бесплатно.
    Чат-бот для мастеров и специалистов, который упрощает ведение записей:
    Сам записывает клиентов и напоминает им о визите;
    Персонализирует скидки, чаевые, кэшбэк и предоплаты;
    Увеличивает доходимость и помогает больше зарабатывать;
    Начать пользоваться сервисом
  • Соединения азота. Соединения азота в степени окисления -3 представлены аммиаком и нитридами металлов.






    Соединения азота в степени окисления -3 представлены аммиаком и нитридами металлов.

    Аммиак - NH3 - бесцветный газ с характерным резким запахом. Молекула аммиака имеет пирамидальное строение и содержит неподеленную пару электронов на атоме азота:

     

    При температуре -33, 4 °С аммиак конденсируется, образуя жидкость с очень высокой теплотой испарения, что позволяет использовать его в качестве хладагента в промышленных холодильных установках. Жидкий аммиак хороший растворитель, в нем растворяются щелочные и щелочноземельные металлы, образуя окрашенные токопроводящие растворы. В присутствии катализатора (FeCl3) растворенный металл реагирует с аммиаком c выделением водорода и образованием амида, например:

    2Na + 2NH3 = 2NaNH2 + H2­

    амид натрия

    В атмосфере кислорода аммиак горит с образованием азота, на платиновом катализаторе аммиак окисляется до оксида азота(II):

    t

    4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

    t

    4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

    Pt

    Аммиак очень хорошо растворим в воде, в которой проявляет свойства слабого основания:

    NH3 + H2O ® NH3× H2O NH4+ + OH-

    = 1, 85·10-5

    Как основание аммиак реагирует с кислотами, образуя соли катиона аммония, например:

    NH3 + HCl = NH4Cl

    Соли аммония хорошо растворимы в воде и слабо гидролизованы. В кристаллическом состоянии термически нестойки. Состав продуктов термолиза зависит от свойств кислоты, образующей соль:

    t

    NH4Cl ® NH3­ + HCl­

    t

    (NH4)2SO4 ® NH3­ + (NH4)HSO4

    t

    (NH4)2Cr2O7 ® N2 + Cr2O3 + 4H2O

    При действии на водные растворы солей аммония щелочей при нагревании выделяется аммиак, что позволяет использовать данную реакцию как качественную на соли аммония и как лабораторный метод получения аммиака.

    t

    NH4Cl + NaOH = NaCl + NH3­ + H2О

    В промышленности аммиак получают прямым синтезом.

    p, t

    N2 + 3H2 2NH3

    Kat

    Поскольку реакция сильно обратима, синтез ведут при повышенном давлении (до 100 мПа). Для ускорения момента наступления равновесия процесс проводят в присутствии катализатора (губчатое железо, промотированное добавками) и при температуре около 500 °С.

    Нитриды щелочных и щелочноземельных металлов представляют собой ионные соединения, легко разлагающиеся водой с образованием аммиака.

     

    Li3N + 3H2O = 3LiOH + NH3

    Нитриды d-металлов - кристаллические соединения переменного состава (бертолиды), очень тугоплавкие и химически устойчивые.

    Гидразин - N2H4 - наиболее важное неорганическое соединение азота в степени окисления -2.

    Гидразин представляет собой бесцветную жидкость, с температурой кипения 114 °С, дымящуюся на воздухе. Пары гидразина чрезвычайно ядовиты и образуют с воздухом взрывообразные смеси. Получают гидразин, окисляя аммиак гипохлоритом натрия:

     

    2NH3 + NaClO = N2H4 + NaCl + H2O

    Гидразин смешивается с водой в любых соотношениях и в растворе ведет себя как слабое двухкислотное основание, образуя два ряда солей.

     

    N2H4 + H2O N2H5+ + OH-, Kb = 9, 3× 10-7;

    N2H5+ + H2O N2H62+ + OH-, Kb = 8, 5× 10-15;

    N2H4 + HCl N2H5Cl; N2H5Cl + HCl N2H6Cl2

    хлорид гидрозония дихлорид дигидрозония

    Гидразин сильнейший восстановитель:

    4KMnO4 + 5N2H4 + 6H2SO4 = 5N2 + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 16H2O

    Гидразин и его производные широко применяются в качестве ракетного топлива.

    Гидроксиламин - NH2OH - основное неорганическое соединение азота в степени окисления -1.

     

    Гидроксиламин - бесцветное кристаллическое вещество (т.пл. 33 °С), хорошо растворимое в воде, в которой проявляет свойства слабого основания.

     

    NH2OH + H2O [NH3OH]+ + OH-, Kb = 2× 10-8

    Получают гидроксиламин восстановлением азотной кислоты водородом в момент выделения при электролизе:

    HNO3 + 6[H] = NH2OH + 2H2O

    Атом азота в молекуле NH2OН проявляет промежуточную степень окисления (между -3 и +5) поэтому гидроксиламин может выступать как в роли восстановителя, так и в роли окислителя:

     

    2N-1H2OH + I2 + 2KOH = N02 + 2KI + 4H2O

    восстановитель

    2N-1H2OH + 4FeSO4 + 3H2SO4 = 2Fe2(SO4)3 + (N-3H4)2SO4 + 2H2O

    окислитель

    Положительные степени окисления азот проявляет в оксидах, а также кислородсодержащих кислотах и их солях.

    Оксид азота(I) - N2O(закись азота, веселящий газ). Строение его молекулы можно передать резонансом двух валентных схем, которые показывают, что рассматривать это соединение как оксид азота(I) можно только формально, реально это оксонитрид азота(V) - ON+5N-3.

    N2O - бесцветный газ со слабым приятным запахом. В малых концентрациях вызывает приступы безудержного веселья, в больших дозах оказывает общее анестезирующее действие. Смесь закиси азота (80%) и кислорода (20%) используется в медицине для наркоза.

    В лабораторных условиях оксид азота(I) можно получить разложением нитрата аммония:

    t

    NH4NO3 ¾ ® N2O + 2H2O

    N2O, полученный данным методом, содержит примеси высших оксидов азота, которые чрезвычайно токсичны!

    По химическим свойствам оксид азота(I) типичный несолеобразующий оксид, с водой, кислотами и щелочами не реагирует. При нагревании разлагается с образованием кислорода и азота. По этой причине N2O может выступать в роли окислителя, например:

    t

    N2O + H2 = N2 + H2O

    Оксид азота(II) - NO - бесцветный газ, чрезвычайно токсичен. На воздухе быстро окисляется кислородом с образованием не менее токсичного оксида азота(IV). В промышленности NO получают, пропуская воздух через электрическую дугу (3000-4000 °С).

    t

    N2 + O2 = 2NO

    Лабораторным методом получения оксида азота(II) является взаимодействие меди с разбавленной азотной кислотой.

     

    3Cu + 8HNO3(разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO­ + 4H2O

    Оксид азота(II) - несолеобразующий оксид, сильный восстановитель, легко реагирует с кислородом и галогенами.

     

    2NO + O2 = 2NO2; 2NO + Cl2 = 2NOCl

    хлористый нитрозил

    В то же время, при взаимодействии с сильными восстановителями NO выполняет функцию окислителя:

    t

    2NO + 2H2 = N2 + 2H2O

    Оксид азота(III) - N2O3 - жидкость интенсивно синего цвета (т.кр. - 100 °С). Устойчив только в жидком и твердом состоянии при низких температурах. По-видимому, существует в двух формах:

     

    Получают оксид азота(III) совместной конденсацией паров NO и NO2. В жидкости и в парах диссоциирует.

    NO2 + NO N2O3

    По свойствам типичный кислотный оксид. Реагирует с водой, образуя азотистую кислоту, с щелочами образует соли - нитриты.

     

    N2O3 + H2O = 2HNO2

    N2O3 + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O

    Азотистая кислота - кислота средней силы (Ka = 1× 10-4). В чистом виде не выделена, в растворах существует в двух таутомерных формах (таутомеры - изомеры, находящиеся в динамическом равновесии.)

    нитрито-форма нитро-форма

    Соли азотистой кислоты устойчивы. Нитрит-анион проявляет ярко выраженную окислительно-восстановительную двойственность. В зависимости от условий он может выполнять как функцию окислителя, так и функцию восстановителя, например:

     

    2NaNO2 + 2KI + 2H2SO4 = I2 + 2NO + K2SO4 + Na2SO4 + 2H2O

    окислитель

    KMnO4 + 5NaNO2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5NaNO3 + K2SO4 + 3H2O

    восстановитель

    Азотистая кислота и нитриты склонны к диспропорционированию:

    t

    3HN+3O2 = HN+5O3 + 2N+2O + H2O

    Оксид азота(IV) - NO2 - бурый газ, с резким неприятным запахом, чрезвычайно токсичен! В промышленности NO2 получают окислением NO. Лабораторным методом получения NO2 является взаимодействие меди с концентрированной азотной кислотой, а также термическое разложение нитрата свинца.

    Cu + 4HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

    t

    2Pb(NO3)2 = 2PbO + 4NO2 + O2

    Молекула NO2 имеет один неспаренный электрон и является стабильным свободным радикалом. Поэтому оксид азота легко димеризуется. Процесс обратим и очень чувствителен к температуре.

    -11 °C

    2NO2 N2O4

    +150 °C

    парамагнитен, диамагнитен,

    бурый бесцветен

    Диоксид азота - кислотный оксид, взаимодействует с водой, образуя смесь азотной и азотистой кислоты (смешанный ангидрид).

     

    2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3

    2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O

    Оксид азота(V) - N2O5 - белое кристаллическое вещество. Получается дегидратацией азотной кислоты или окислением оксида азота(IV) озоном:

     

    2HNO3 + P2O5 = N2O5 + 2HPO3

    2NO2 + O3 = N2O5 + O2

    В кристаллическом состоянии N2O5 имеет солеподобное строение - [NO2]+[NO3]-, в парах (т.возг. 33 °С) - молекулярное.

    N2O5 - кислотный оксид - ангидрид азотной кислоты:

    N2O5 + H2O = 2HNO3

    Азотная кислота - HNO3 - бесцветная жидкость с температурой кипения 84, 1 °С, при нагревании и на свету разлагается.

    4HNO3 = 4NO2 + O2 + 2H2O

    Примеси диоксида азота придают концентрированной азотной кислоте желто-бурую окраску. С водой азотная кислота смешивается в любых соотношениях и является одной из сильнейших минеральных кислот, в растворе нацело диссоциирует:

    Азотная кислота - один из сильнейших окислителей. Глубина ее восстановления зависит от многих факторов: концентрация, температура, восстановитель. Обычно при окислении азотной кислотой образуется смесь продуктов восстановления:

     

    HN+5O3 ® N+4O2 ® N+2O ® N+12O ® N02 ® [N-3H4]+

    Превалирующим продуктом окисления концентрированной азотной кислотой неметаллов и неактивных металлов является оксид азота(IV):

     

    I2 + 10HNO3(конц) = 2HIO3 + 10NO2 + 4H2O

    Pb + 4HNO3(конц) = Pb(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

    Концентрированная азотная кислота пассивирует железо и алюминий. Алюминий пассивируется даже разбавленной азотной кислотой. Азотная кислота любой концентрации не действует на золото, платину, тантал, родий и иридий. Золото и платина растворяется в царской водке - смесь концентрированной азотной и соляной кислот в соотношении 1: 3:

     

    Au + HNO3 + 4HCl = H[AuCl4] + NO + 2H2O

    Сильное окисляющее действие царской водки обусловлено образование атомарного хлора при распаде хлористого нитрозила - продукта взаимодействия азотной кислоты с хлороводородом.

     

    HNO3 + 3HCl = Cl2 + NOCl + 2H2O

    NOCl = NO + Cl×

    Эффективным растворителем малоактивных металлов является смесь концентрированной азотной и плавиковой кислот.

     

    3Ta + 5HNO3 + 21HF = 3H2[TaF7] + 5NO + 10H2O

    Разбавленная азотная кислота при взаимодействии с неметаллами и малоактивными металлами восстанавливается преимущественно до оксида азота(II), например:

     

    3P + 5HNO3(разб) + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO­

    3Pb + 8HNO3(разб) = 3Pb(NO3)2 + 2NO­ + 4H2O

    Активные металлы восстанавливают разбавленную азотную кислоту до N2O, N2 или NH4NO3, например,

    4Zn + 10HNO3(разб) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

    Соли азотной кислоты - нитраты хорошо растворимы в воде, термически неустойчивы. Разложение нитратов активных металлов (исключая литий), стоящих в ряду стандартных электродных потенциалов левее магния, приводит к образованию нитритов.

    t

    2KNO3 = 2KNO2 + O2

    При разложении нитратов лития, магния, а также нитратов металлов, расположенных в ряду стандартных электродных потенциалов правее магния, вплоть до меди, выделяется смесь оксида азота(IV) и кислорода.

    t

    2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2

    Нитраты металлов, расположенных в конце ряда активности, разлагаются до свободного металла:

    t

    2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2

    Нитраты натрия, калия и аммония широко используются для производства пороха и взрывчатых веществ, а также в качестве азотных удобрений (селитры). В качестве удобрений используют также сульфат аммония, аммиачную воду и карбамид (мочевину) - полный амид угольной кислоты H2N-C(O)-NH2. Основная масса азотной кислоты идет на производство удобрений и взрывчатых веществ.

    Получают азотную кислоту в промышленности контактным или дуговым способом, которые отличаются первой стадией - получением оксида азота(II). Дуговой способ основан на получении NO при пропускании воздуха через электрическую дугу. В контактном способе NO получают окислением аммиака кислородом на платиновом катализаторе. Далее оксид азота(II) окисляется до оксида азота(IV) кислородом воздуха. Растворяя NO2 в воде в присутствии кислорода получают азотную кислоту с концентрацией 60-65%.

     

    4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3

    При необходимости азотную кислоту концентрируют перегонкой с концентрированной серной кислотой. В лаборатории концентрированную азотную кислоту можно получить действием концентрированной серной кислоты на кристаллический нитрат натрия при нагревании.

    t

    NaNO3 + H2SO4 = HNO3­ + NaHSO4

     






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.