Учебно-методическое пособие

9 класс

Продолжение. См. 21, 22, 23, 24, 25-26, 27-28/2003

5. Подгруппа азота

Знать: важнейшие свойства и применение азота, фосфора, аммиака, оксидов азота и фосфора, азотной и фосфорной кислот, нитратов; важнейшие минеральные удобрения (азотные, фосфорные и калийные), условия их рационального хранения и использования; устройство прибора для получения аммиака в лабораторных условиях; качественные реакции на нитрат-, фосфат-ионы и ион аммония; химические реакции, лежащие в основе производства аммиака и азотной кислоты, условия их осуществления; общие научные принципы химического производства.
Уметь: давать характеристику подгруппе элементов; составлять уравнения изученных реакций, рассматривать их с точки зрения окислительно-восстановительных и ионных представлений; определять на практике нитрат- и фосфат-ионы, а также ион аммония; решать комбинированные задачи.
Основные понятия: донорно-акцепторный механизм образования связи, ион аммония, несолеобразующий (безразличный) оксид селитры, удобрения (туки), аллотропия фосфора, фосфорный ангидрид, азотистый ангидрид, азотный ангидрид, нитриды, фосфиды.

Контрольные вопросы

1. Каково строение атома азота?
2. Каковы возможные валентности и степени окисления азота?
3. Где в природе встречается азот?
4. Как получают азот в лаборатории и в промышленности?
5. Каковы физические свойства азота?
6. Каковы химические свойства азота? Напишите уравнения реакций.
7. Где применяется азот?
8. Каково строение молекулы аммиака? Какой тип химической связи в молекуле NH₃?
9. Как образуется донорно-акцепторная связь в ионе аммония?
10. Почему аммиак способен окисляться?
11. Каковы физические свойства аммиака?
12. Как аммиак взаимодействует с водой и кислотами?
13. Какие два способа окисления аммиака вам известны? Приведите уравнения соответствующих реакций.
14. Где применяется аммиак?
15. Почему соли аммония схожи с солями калия?
16. Какова растворимость в воде солей аммония?
17. Как получают аммиак в лаборатории и на производстве? Составьте уравнения реакций получения NH₃.
18. Каковы общие свойства солей аммония? Напишите уравнения реакций.
19. Каковы специфические свойства солей аммония? Подтвердите свой ответ уравнениями реакций.
20. Какова качественная реакция на соли аммония? Составьте уравнение реакции.
21. Какие оксиды азота вам известны?
22. Как можно получить монооксид азота? Каковы его физические свойства?
23. Как можно получить диоксид азота? Каковы его физические свойства?
24. Как диоксид азота взаимодействует с водой и щелочами? Напишите уравнения реакций.
25. Каковы физические свойства азотной кислоты?
26. Каково строение молекулы азотной кислоты?
27. Каковы валентность и степень окисления азота в азотной кислоте?
28. Как можно получить азотную кислоту? Приведите уравнение реакции.
29. Почему азотная кислота является сильным окислителем?
30. Как азотная кислота взаимодействует с металлами?
31. Какие газообразные вещества могут выделяться при восстановлении азота в азотной кислоте?
32. Какие металлы не взаимодействуют с концентрированной азотной кислотой? Почему?
33. Как взаимодействуют с разбавленной азотной кислотой медь и серебро? Напишите уравнения реакций.
34. В какой таре можно хранить азотную кислоту?
35. Как разлагается азотная кислота?
36. Как взаимодействуют неметаллы с азотной кислотой? Приведите уравнения реакций.
37. Какие еще соединения азота вам известны?
38. Как называют соли азотной кислоты? Каковы их физические свойства?
39. Какие нитраты являются удобрениями?
40. Какие способы получения нитратов вам известны? Составьте уравнения реакций.
41. Как могут разлагаться нитраты при нагревании? Напишите уравнения реакций разложения KNO₃, Cu(NO₃)₂ и AgNO₃.
42. Почему нитраты могут быть окислителями?
43. Как отличить нитраты от других солей?
44. Каково строение атома фосфора?
45. Каковы возможные степени окисления фосфора?
46. Где фосфор встречается в природе?
47. Какие аллотропные формы образует фосфор?
48. Какая форма простого вещества фосфора наиболее активная?
49. Как получают фосфор в промышленности?
50. Каковы химические свойства фосфора? Приведите уравнения реакций.
51. Как фосфор взаимодействует с бертолетовой солью?
52. Где применяется фосфор?
53. Какова формула фосфорного ангидрида? Каковы его физические свойства?
54. Как фосфорный ангидрид взаимодействует с водой? Составьте уравнение реакции.
55. Каков химический характер оксида Р₂О₅? Как он реагирует с щелочами?
56. Где применяется фосфорный ангидрид?
57. Назовите формулы главных фосфорных кислот.
58. Как можно получить ортофосфорную кислоту? Напишите уравнение реакции.
59. Как диссоциирует ортофосфорная кислота?
60. Сколько видов солей может образовать ортофосфорная кислота?
61. Как называют соли ортофосфорной кислоты? Приведите примеры формул солей ортофосфорной кислоты, в которых замещены один, два и три атома водорода. Назовите эти соли.
62. Как распознать соли фосфорной кислоты?
63. Где применяют ортофосфорную кислоту и ее соли?
64. Какие вещества называют удобрениями?
65. Какие виды удобрений вам известны?
66. Перечислите важнейшие удобрения каждой группы.
67. Какие элементы составляют семейство азота?
68. Как изменяются свойства элементов группы Vа и их соединений с увеличением атомного номера? Почему?
69. Где применяются мышьяк, сурьма и висмут?
70. Что вы знаете о фосфине?
71. Какие соединения называют фосфидами? Как они взаимодействуют с водой и кислотами?
72. Как доказать, что белый и красный фосфор – это аллотропные формы одного и того же элемента?

5.1. Некоторые соединения азота и их свойства

5.1.1. Оксиды азота

– оксид азота(I), закись азота, «веселящий» газ, несолеобразующий оксид. Получают N₂O разложением аммиачной селитры:

Установка для получения оксида азота(I) состоит из штативов, пробирки, пробки с газоотводной трубкой, кристаллизатора, цилиндра и спиртовки, как показано на рис. 1. В сухую пробирку помещают нитрат аммония, закрывают пробкой с газоотводной трубкой и осторожно нагревают. Газ собирают в цилиндр, наполненный водой.

Рис. 1.
Получение оксида азота(I) в лаборатории

Оксид N₂O разлагается при нагревании:

Оксид N₂O реагирует с водородом:

– оксид азота(II), несолеобразующий оксид. Получают NO реакцией меди с кислотой HNO₃ (разб.) (рис. 2).

Установка для получения оксида азота(II) состоит из штативов, пробирки, пробки с газоотводной трубкой, кристаллизатора, цилиндра и спиртовки. В пробирку помещают немного медных стружек и заливают разбавленную азотную кислоту. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой и укрепляют в штативе. Конец газоотводной трубки опускают в кристаллизатор с водой и далее в цилиндр, как показано на рис. 2. При нагревании начинает выделяться бесцветный газ – оксид азота(II).

Рис. 2.
Получение оксида азота(II) в лаборатории

Оксид азота NO легко окисляется кислородом воздуха, т. е. действует как восстановитель:

В реакции с сернистым газом оксид NO – окислитель:

– оксид азота(III), азотистый ангидрид (ему соответствуют азотистая кислота HNО₂ и соли нитриты, NaNО₂ – нитрит натрия); это кислотный оксид, для него характерны все свойства кислотных оксидов. Получают оксид N₂O₃ по реакции:

NO₂ + NO N₂O₃.

– оксид азота(IV), диоксид азота, бурый газ (токсичен).

Реакции оксида NO₂

1) С водой:

2NO₂ + Н₂O = НNO₃ + НNO₂.

2) С щелочами:

2NO₂ + 2NaOH = NаNО₃ + NаNО₂ + Н₂O.

3) Димеризация при охлаждении:

При температуре –11 °С равновесие полностью смещено вправо, а при +140 °С – целиком влево.

– оксид азота(V), азотный ангидрид, кислотный оксид, сильный окислитель.
Оксид N₂O₅ легко разлагается:

2N₂O₅ = 4NO₂ + O₂.

5.1.2. Особые свойства азотной кислоты.
НNО₃ – cильный окислитель

При взаимодействии НNО₃ с металлами (М) никогда не выделяется водород:

М + НNО₃ соль + вода + газ.

Смесь HNO₃ (конц.) с HCl (конц.) в объемном соотношении 1:3 (1V HNO₃ + 3V HCl) называют «царской водкой».

Au + HNO₃ + 3HCl = AuCl₃ + NO + 2H₂O.

5.2. Решение задач по теме «Подгруппа азота»

Задача 1. Определите минимальный объем раствора с массовой долей азотной кислоты 80% и плотностью 1,45 г/мл, который потребуется для растворения серебра, полученного при взаимодействии 10 г железа с раствором, содержащим
48 г нитрата серебра.

Решение

Задача 2. При нормальных условиях 12 л газовой смеси, состоящей из аммиака и углекислого газа, имеют массу 18 г. Сколько литров каждого из газов содержит смесь? Каковы объемные доли каждого компонента в смеси?

Решение

Задания для самоконтроля

1. Напишите уравнения практически осуществимых реакций:

2. Напишите уравнения реакций следующих превращений:

3. Составьте схемы электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнениях реакций:

а) HNO₃ + С СО₂ + NO + H₂O;
б) HNO₃ + AsH₃ H₃AsO₄ + NO₂ + H₂O;
в) HNO₃ + P + H₂O H₃PO₄ + NO;
г) HNO₃ + CuS Сu(NO₃)₂ + H₂SO₄ + NO + H₂O;
д) MnO₂ + K₂CO₃ + KNO₃ K₂MnO₄ + KNO₂ + CO₂;
е) K₂CrO₄ + (NH₄)₂S + H₂O Сr(OH)₃ + KOH + NH₄OH + S.

4. При взаимодействии 28 л (н. у.) аммиака с раствором азотной кислоты массой 400 г, в котором содержится 0,24 массовые доли HNO₃, образуется нитрат аммония массой 90 г. Вычислите выход продукта реакции в процентах от теоретически возможного.

Ответ. 90%.

5. При нагревании технического нитрата меди(II) массой 75,2 г выделяется кислород объемом 4 л (н. у.). Рассчитайте массовую долю примесей в образце нитрата.

Ответ. 10,7%.

6. Имеется смесь хлорида, карбоната и нитрата натрия массой 50 г. Определите массовую долю каждого компонента смеси, если известно, что при действии на нее избытка соляной кислоты выделяется газ объемом 2,24 л (н. у.), а при прокаливании такой же массы смеси выделяется кислород объемом 2,24 л (н. у.).

Ответ. (NaCl) = 44,8%, (Na₂CO₃) = 21,2%, (NaNO₃) = 34%.

7. При действии избытка разбавленной азотной кислоты на образец известняка массой 80 г, содержащий 20% примесей, выделяется оксид углерода(IV), который пропускают через раствор, содержащий 25,6 г гидроксида натрия. Определите, какая соль (кислая или средняя) образуется. Какова ее масса?

Ответ. 53,76 г NaHCO₃.

8. Определите, какая соль образовалась и какова ее масса, если раствор гидроксида кальция объемом 200 мл, концентрация которого 0,2 моль/л, прореагировал с 9,8%-м раствором ортофосфорной кислоты массой 200 г.

Ответ. 9,36 г Са(Н₂РО₄)₂.

9. Оксид фосфора(V), полученный окислением 31 г фосфора, растворен в 495 г воды с образованием ортофосфорной кислоты. В этот раствор пропущено 44,8 л аммиака. Определите состав полученной соли и ее концентрацию в растворе (массовую долю в процентах).

Ответ. 22% (NH₄)₂НРО₄.

Ответы на задания для самоконтроля