Кислородные соединения азота
Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Кислородные соединения азота





 

В кислородных соединениях азот проявляет степень окисления от +1 до +5.

N2O ; NO ; N2O3 ; NO2 ; N2O4 ; N2O5

Оксиды N2O и NO – несолеобразующие, остальные солеобразующие.

Оксид азота (I) и оксид азота (II) – бесцветные газы, оксид азота (III) – синяя жидкость, (IV) – бурый газ, (V) – прозрачные бесцветные кристаллы.

 

Кроме N2O, все они чрезвычайно ядовиты. Закись азота N2O обладает весьма своеобразным физиологическим действием, за которые ее часто называют веселящим газом. Вот как описывают действия закиси азота английский химик Хэмфри Дэви, который с помощью этого газа устраивал специальные сеансы: «Одни джентльмены прыгали по столам и стульям, у других развязывались языки, третьи обнаружили чрезвычайную склонность к потасовке». Вдыхание N2O вызывает потерю болевых ощущений и поэтому применяется в медицине как анестезирующее средство.

 

 

Метод валентных связей (МВС) предполагает в молекулеN2O наличие ионов N+ и N

sp-гибридизация

 

 

+N

↑↓ ↑↓

 

N

↑↓ ↑↓

 

O

 

За счет sp-гибридизации ион N+ дает 2σ связи: одну с N и другую с атомом кислорода. Эти связи направлены под углом 180º друг к другу и молекула N2O линейна. Структуру молекулы определяет направленность σ связей. Оставшиеся у N+ два p-электрона образуют еще по одной π-связи: одну с ионом N и другую с атомом кислорода. Отсюда N2O имеет строение

σ σ

: N = N+ = O :

· · · ·

 

 

Склонность NO2 к димеризации – следствие нечетного числа электронов в молекуле (парамагнитна).

С оксидами азота связаны серьезные экологические проблемы. Увеличение их концентрации в атмосфере приводит к образованию азотной кислоты и соответсвенно кислотных дождей.



N2O3 взаимодействует с водой, образует неустойчивую азотистую кислоту HNO2, которая существует только в разбавленных растворах, так как легко разлагается

 

2HNO2 = N2O3 + H2O.

 

HNO2 может быть более сильным восстановителем, чем HNO3, о чём свидетельствуют значения стандартных электродных потенциалов.

 

HNO3 + 2 Н+ + 2е = HNO2 + Н2О Е0 = + 0,93 В

HNO2 + Н+ + 1е = NO + H2O Е0 = + 1,10 В

HNO2 + 1e = NO + H+ Е0 = + 1,085 В

 

Ее соли нитриты – устойчивы. HNO2 – кислота средней силы (К ≈ 5 · 10–4). Наряду с кислотной диссоциацией в незначительной степени идет диссоциация с образованием NO+ и OH.

Степень окисления азота в нитритах промежуточная (+3), поэтому в реакциях он может вести себя и как окислитель, и как восстановитель, т.е. обладает окислительно-восстановительной двойственностью.

Сильные окислители переводят NO2в NO3.

 

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

Сильные восстановители обычно восстанавливают HNO2 до NO.

 

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

Может происходить также процесс диспропорционирования, одновременного увеличения и уменьшения степени окисления атомов одного и того же элемента.

3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O

Нитриты обладают токсичностью: переводят гемоглобин в метгемоглобин, не способный переносить кислород и они служат причиной образования в продуктах питания нитрозааминов R2N–NO – канцерогенных веществ.

Важнейшее соединение азота – HNO3

Азотная кислота – важнейший продукт основной химической промышленности. Идет на приготовление взрывчатых веществ, лекарственных веществ, красителей, пластических масс, искусственных волокон и др. материалов.

HNO3 – бесцветная жидкость с резким удушливым запахом, дымящая на воздухе. В небольших количествах образуется при грозовых разрядах и присутствует в дождевой воде.

N2 + O2 → 2NO

2NO + O2 → 2NO2

4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3

Высококонцентрированная HNO3 имеет обычно бурую окраску вследствие происходящего на свету или при нагревании процесса разложения

 

4HNO3 = 4NO2 + 2H2O + O2

 

HNO3 – очень опасное вещество.

Важнейшее химическое свойство HNO3 состоит в том, что она является сильным окислителем и поэтому взаимодействует почти со всеми металлами кроме Au, Pt, Rh, Ir, Ti, Ta, металлы Al, Fe, Co, Ni и Cr она «пассивирует». Кислота же в зависимости от концентрации и активности металла может восстанавливаться до соединений:

+4 +3 +2 +1 0 -3 -3

NO2 → HNO2 → NO → N2O → N2 → NH3 (NH4NO3)

 

и также образуется соль азотной кислоты.

Как правило, при взаимодействии азотной кислоты с металлами не происходит выделения водорода. При действии HNO3 на активные металлы может получаться водород. Однако атомарный водород в момент выделения обладает сильными восстановительными свойствами, а азотная кислота – сильный окислитель. Поэтому водород окисляется до воды.

 

Свойства концентрированной и разбавленной HNO3

1) Действие концентрированной HNO3 на малоактивные металлы (Cu, Hg, Ag)

Cu + 4 HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 ↑ + 2H2O

 

2) Действие разбавленной HNO3 на малоактивные металлы

 

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

3) Действие концентрированной кислоты на активные металлы

 

4Ca + 10HNO3 = 4Ca(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O

4) Действие разбавленной HNO3 на активные металлы

 

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

Одна из наиболее сильных кислот, характерны все реакции кислот: реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами, амфотерными гидроксидами. Специфичное свойство – ярко выраженная окислительная. В зависимости от условий (концентрации, природы восстановителя, температуры)HNO3 может принимать от 1 до 8 электронов.

 

Ряд соединений N с различными степенями окисления восстанавливаются до различных продуктов:

NH3 ; N2H4 ; NH2OH ; N2O ; NO ; N2O3 ; NO2 ; N2O5

NO3 + 2H+ + 1e = NO2 + H2O

NO3 + 4H+ + 3e = NO + 2H2O

2NO3 +10H+ + 8e = N2O + 5H2O

2NO3 +12H+ + 10e = N2 + 6H2O

NO3 + 10H+ + 8e = NH4 + 3H2O

 

Образование продуктов зависит от концентрации азотной кислоты. Чем выше концентрация, тем менее глубоко она восстанавливается. Реагирует со всеми металлами, кроме Au, Pt, W. Концентрированная HNO3 не взаимодействует при обычных условиях с Fe, Cr, Al, которых она пассивирует, но при очень сильном нагревании реагирует с этими металлами.

Большинство неметаллов и сложных веществ восстанавливается HNO3 до NO (реже NO2).

3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO

S + 2HNO3 = H2SO4 + 2NO

3C + 4HNO3 = 3CO2 + 4NO + 2H2O

ZnS + 8HNO3 k = ZnSO4 + 8NO2 + 4H2O

6HCl + 2HNO3 k =3Cl2 + 2NO + 4H2O

Запись окислительно-восстановительной реакции с участием HNO3 обычно условна, т.к. образуется смесь азотсодержащих соединений, а указывают тот продукт восстановления, который образовался в большем количестве.

Золото и платиновые металлы растворяются в «царской водке» – смеси 3 объемов концентрированной соляной кислоты и 1 объема концентрированной азотной кислоты, которая обладает сильнейшим окислительным свойством, растворяет «царя металлов» – золото.

 

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

 

HNO3 – сильная одноосновная кислота, образует только средние соли -нитраты, которые получают действием ее на металлы, оксиды, гидроксиды или карбонаты. Все нитраты хорошо растворимы в воде. Их растворы обладают незначительными окислительными свойствами.

При нагревании нитраты разлагаются; нитраты щелочных металлов превращаются в нитриты и выделяется кислород.

2KNO3 = 2KNO2 + O2

Состав других продуктов зависит от положения металла в ряду стандартных электродых потенциалов (РСЭП).

Левее Mg = MeNO2 + O2до магния

Me = Mg – Cu = MeO + NO2 + O2 правее магния.

правее Cu = Me + NO2 + O2 менее активных металлов

Нитраты аммония разлагаются

NH4NO3 → N2O + 2H2O

NH4NO3 → N2 + NO + 2H2O

Нитриты не разлагаются, кроме NH4NO2

NH4NO2 → N2 + 2H2O

 

Получение азотной кислоты

t

В лабораторных условиях – KNO3тв + H2SO4 k = KHSO4 + HNO3

В промышленности: аммиачный или контактный способ.

Каталитическое окисление в контактном аппарате (катализатор – платинородиевые сетки)

t,k

1) 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

2) 2NO + O2 → 2NO2при обычной t и повышенном P ≈ 600 – 1100 кПа

3)4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3 ω (50 – 60%)

 









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.