Гіпермаркет Знань>>Хімія>>Хімія 10 клас>> Хімія: Нітратна кислота і нітрати, їх поширення в природі

НІТРАТНА КИСЛОТА І НІТРАТИ, ЇХ ПОШИРЕННЯ В ПРИРОДІ

Фізичні властивості. Безводна нітратна кислота HN0₃ — безбарвна летка рідина, з різким запахом, на повітрі «димить», дуже добре розчиняється у воді, змішуючись з нею у будь-яких співвідношеннях.

Ортофосфатна кислота Н₃РО₄, яку звичайно називають просто фосфатною — тверда, безбарвна, кристалічна речовина, нелегка, також добре розчиняється у воді і змішується з нею у будь-яких співвідношеннях.

Хімічні  властивості і дисоціація  на йони. Нітратна   кислота — сильний електроліт, у водному розчині практично повністю дисоціює на йони:

HN0₃ ⇔ Н⁺ + N0₃^- фосфатна кислота Н₃Р0₄ — електроліт середньої сили. У водному розчині вона дисоціює ступінчасто:
Н₃Р0₄ ⇔ Н⁺ + Н₂Р0₄   дигідрофосфат-іон
Н₂Р0₄ ⇔ Н⁺ + НРО^2-₄  гідрофосфат-іон
НРО^2-₄ ⇔ Н⁺ + Р0^3-₄   фосфат-іон

Сумарне йонне рівняння дисоціації фосфатної кислоти:
Н₃Р0₄ ⇔ ЗН⁺ + РО^3-₄

Дисоціація відбувається переважно за першим ступенем, за другим — менше, за третім — ще менше.

•   Які кислі солі може утворювати фосфатна кислота з магнієм? Напишіть формули таких солей і назвіть їх. Чому нітратна кислота не утворює кислих солей?

2.  Взаємодія з основними оксидами й основами. У даному разі нітратна і фосфатна кислоти виявляють властивості, типові для кислот.

•   Напишіть рівняння реакцій нітратної і фосфатної кислот з оксидами натрію і барію та гідроксидами калію і кальцію.

3.  Взаємодія з солями. Нітратна й фосфатна кислоти вступають у реакцію з обмеженою кількістю солей. Це пояснюється тим, що нітратна кислота сильна, але летка, а фосфатна кислота середньої сили, але нелетка. Взаємодія нітратної та фосфатної кислот з солями відбувається за умови, що береться сіль слабкішої або леткішої кислоти:

СаС0₃ + 2HN0₃ = Ca(N0₃)₂ + C0₂↑  + H₂0
3Na₂S0₃ + 2H₃P0₄ = 2Na₃P0₄ + 3S0₂↑ + 3H₂0

4.  Термічний розклад. Нітратна кислота під час нагрівання (і під впливом світла) розкладається з виділенням бурого газу N0₂, через що у процесі зберігання поступово жовтіє:

4HN0₃ = 2Н₂0 + 4N0₂↑ + 0₂↑

Під час нагрівання фосфатної кислоти з неї виділяється вода і утворюється дифосфатна кислота:
2Н₃Р0₄ = Н₂0 + Н₄Р₂0₇

5.  Взаємодія з металами. Нітратна кислота реагує з металами інакше, ніж інші кислоти. Це пояснюється тим, що нітратна кислота — сильний окисник. Вона окиснює майже всі метали (за винятком золота, платини та деяких інших) перетворюючи їх на солі — нітрати. При цьому водень не виділяється, бо відновлюється нітроген, а не гідроген. Нітроген відновлюється тим повніше, чим активніший метал і чим розбавленіша кислота. Отже, продукти відновлення нітратної кислоти можуть бути різні. Проте концентрована кислота відновлюється, як правило, до N0₂ в разі взаємодії з важкими металами.

Якщо на дно колби опустити обрізки мідного дроту i долити до них концентрованої нітратної кислоти (у витяжній шафі), то одразу ж почне виділятися бурий газ N0₂, a розчин забарвиться у синій колір:

  _{0        +5             +2                  +4}
Cu + 4HN0₃ - Cu(N0₃)₂ + 2N0₂↑ + 2H₂0
_КОНЦ.

  _{0                     +2}   
Cu-2e  →   Cu    1
_{+5                   +4}   
N + le  →   N      2

                                      ₊₅ 
У даному разі нітроген N відновлюється до ступеня окиснення +4, а мідь окиснюється. Отже, мідь — відновник, a HN0₃ — окисник.

У процесі взаємодії концентрованої нітратної кислоти з активними металами (лужними та лужноземельними) утворюється оксид нітрогену (I) N₂O, наприклад:

    _{0          +5               +2                         +1}
4Ca+10HNO₃ = 4Ca(NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O
конц.

    _{0                          +2} 
Ca - 2e      →   Ca      2    4
  _{+5                          +1}
2N + 8e     →   2N      8     1

Якщо ж узяти  розбавлену нітратну кислоту, то під час взаємодії з міддю замість оксиду нітрогену (IV)  NO₂ виділяється оксид нітрогену (II) NO:

Cu + HN0₃  →  Cu(N0₃)₂ + NO↑ + H₂0
(розб.)

У наведеній схемі реакції розставте коефіцієнти на підставі електронного балансу. Зазначте окисник і відновник.

Завдяки яскраво вираженим окисним властивостям нітратна кислота, діючи на деякі метали (алюміній, хром, залізо), пасивує їх. Це особливо характерно для концентрованої HN0₃. Під її впливом на поверхні металів утворюється дуже щільна захисна оксидна плівка, стійка проти дії кислоти.

Нітратна кислота настільки сильний окисник, що вона може окиснювати різні органічні речовини і матеріали. Так, під час дії концентрованої нітратної кислоти спалахують солома, папір, тирса, скипидар. Вона руйнує вовну, роз'їдає шкіру, забарвлює її у жовтий колір і спричинює на ній виразки, що не можуть довго загоїтися. Тому з нітратною кислотою треба поводитися дуже обережно.

Солі нітратної кислоти називають нітратами. Нітрати можна добути внаслідок дії нітратної кислоти на метали, основні оксиди, основи, аміак і деякі солі, наприклад:

Cu + 4HN0₃ = Cu(N0₃)₂ + 2N0₂↑ + 2Н₂0
CaO + 2HN0₃ = Ca(N0₃)₂ + H₂0
Mg(OH)₂ + 2HN0₃ = Mg(N0₃)₂ + 2H₂0
NH₃ + HN0₃ = NH₄N0₃
Na₂C0₃ + 2HN0₃ = 2NaN0₃ + C0₂↑+ H₂0

Нітрати утворюються також і під час взаємодії оксиду нпрогену(V) з лугами, бо N₂0₅ — кислотний оксид:

N₂0₅ + 2КОН = 2KN0₃ + Н₂0

Усі нітрати — тверді кристалічні речовини, добре розчинні у воді, токсичні (отруйні).

Характерною хімічною властивістю нітратів є їхня здатність розкладатися під час нагрівання з виділенням кисню та інших продуктів. Продукти розкладання залежать від природи металу, який входить до складу солі, від його місця у витискувальному ряді металів:

                  ліворуч від Mg           Me(N0₂)_n  + 0₂

                                 _Mg—Cu

Me(N0₃)_n     ---------------------------►   Me₂0_n + N0₂ + 0₂    

                          
                   праворуч від Cu        Me + NO₂ + O₂

тобто солі таких металів, які у витискувальному ряді стоять ліворуч від магнію Mg, під час розкладання утворюють нітрити і кисень; від Mg до Cu — оксид металу, бурий газ N0₂ і кисень, а праворуч від міді Cu — вільний метал, бурий газ N0₂ і кисень 0₂.

• Напишіть рівняння реакцій розкладання під час нагрівання нітратів калію, купруму, меркурію й аргентуму.

Нітроген — один з хімічних елементів, необхідних для росту і життєдіяльності рослин. Як правило, вміст його в ґрунті невеликий, і рослинам не вистачає Нітрогену. Доводиться вносити його у ґрунт у вигляді азотних добрив.

Речовини, які містять Нітроген і вносяться у ґрунт для підвищення врожайності, називаються азотними добривами.

Хімічні  елементи,   як  і  вся  природа,   перебувають  у постійному русі. Процеси відбуваються в усіх трьох оболонках Землі — літосфері, гідросфері, атмосфері. Значну роль у процесах,  що відбуваються у природі, обирає біосфера — зона існування живих організмів. Так, вам відомо, що Нітроген входить до складу білків і, отже, зумовлює існування рослин, тварин, взагалі життя на 3eмлі.

З Нітрогену складається азот N₂, його багато в повітрі. Проте безпосередньо з повітря Нітроген у вигляді азоту засвоюють лише деякі бактерії, а всі інші організми здатні засвоювати Нітроген тільки у складі сполук.

Рослини засвоюють Нітроген неорганічних сполук, які у ґрунті, у вигляді йонів NH₄ і NO₃. У рослинах здійснюється синтез білків. Рослини частково поїдаються травоїдними тваринами, і білкові речовини потрапляють до організму тварин. Під час гниття залишків рослин і тварин під впливом спеціальних бактерій відбуваються складні біохімічні процеси, внаслідок яких органічні сполуки, що містять Нітроген, перетворюються на неорганічні сполуки Нітрогену, які повертаються в ґрунт. Ці сполуки знову засвоюються рослинами, і цикл перетворень замикається.

Крім того, під час грози атмосферний азот сполучається з киснем, утворюючи N0, що окиснюється киснем повітря до N0₂ і   зрештою перетворюється на нітратну кислоту (кислі дощі), яка потрапляє в ґрунт і там унаслідок взаємодії з мінералами переходить у нітрати.

Зв'язування атмосферного азоту в основному здійснюється в біосфері за рахунок життєдіяльності бульбочкових бактерій, що живуть на корінні деяких бобових рослин (конюшина, люцерна, люпин та ін.).

Існують у природі й зворотні процеси: одночасно відбувається розкладання нітрогеновмісних речовин і виділення вільного азоту в атмосферу (також робота спеціальних бактерій). Перетворення Нітрогену органічних сполук на вільний азот відбувається і під час лісових пожеж.

Отже, в природі постійно відбуваються процеси утворення сполук з атмосферного азоту і розкладання цих сполук до вільного азоту, тобто відбувається кругообіг Нітрогену.

Збираючи врожай, людина втручається у цей процес, Порушуючи природну рівновагу, збіднюючи ґрунт Нітрогеном. Тому й треба постійно вносити Нітроген у ґрунт у вигляді азотних добрив.

Ви вже знаєте, що вивченням питань живлення рослин і підвищенням їхньої урожайності за допомогою застосування добрив займається агрохімія. Великий внесок у розвиток цієї науки зробили французький учений Ж. Б. Буссенго німецький хімік Ю. Лібіх і російський учений Д. М. Прянишников.

 ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ
89. Напишіть рівняння реакцій концентрованої і розбавленої нітратної кислоти із сріблом.
90. Наведіть по три способи добування: а) нітрату купруму(ІІ); б) фосфату магнію.
91. Напишіть рівняння реакції між нітратною кислотою і гідроксидом кальцію в молекулярній, повній і скороченій йонних формах.
92. Напишіть рівняння реакцій, які характеризують хімічні властивості фосфатної кислоти.
93. Об'єм оксиду нітрогену(ІІ), що виділяється під час взаємодії міді з 2 моль розбавленої нітратної кислоти, становить (за н.у.)
(а)  5,6 л;                        (в) 22,4 л;
(б)  11,2 л;                      (г) 44,8 л.
94. Маса нітратної кислоти, яку можна добути з 1 г аміаку при 70 %-вому виході, становить
(а)  1 г;                           (в) 2,6 г;
(б)  1,3 г;                        (г) 3,9 г.
95. Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення: P → Р₂0₅ → Н₃Р0₄ → Na₃P0₄ → Са₃(Р0₄)₂ → Н₃Р0₄
96. Яка сіль утвориться, якщо до розчину, що містить 4,9 г ортофосфатної кислоти, долити розчин, який містить 2,8 г гідроксиду калію? Обчисліть масу добутої солі.
97. У концентровану нітратну кислоту помістили суміш міді з оксидом купруму(ІІ) масою 32 г, в якій масова частка міді становить 20 %. Який об'єм і якого газу виділиться за нормальних умов вдаслідок реакції? Визначте кількість речовини солі, що при цьому утворюється.
98. Обчисліть масову частку ортофосфатної кислоти в розчині, що утворився внаслідок розчинення 71 г оксиду фосфору(V) в 600 мл розчину ортофосфатної кислоти з масовою часткою Н₃Р0₄ 85 % і густиною 1,7 г/мл.
99. Що таке нітрати? Як їх можна добути? Напишіть відповідні рівняння реакцій.
100. Що являють собою азотні добрива? Запишіть формули і назвіть найважливіші з них.          

101. Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:
а) оксид нітрогену(IV) → нітратна кислота → нітрат калію → нітрит калію;
б) N₂ ⇔ NH₃ → N0;

               l         

          NH₄N0₃

в) N0₂ → HNO₃  → Ba(N0₃)₂ → KN0₃;
r) NH₄N0₃ → N₂ → NH₃ → NO → NO₂ → HNO₃ → NaN0₃.
102. Для приготування рідкого мінерального добрива аміак об'ємом 20 л розчинили у воді масою 400 г (об'єм газу приведено до нормальних умов). Масова частка аміаку в добутому розчині становить
(а)  20%;                           (в) 7,4 %;
(б)  10 %                           (г) 3,7 %.
103. Внаслідок нагрівання 40 г суміші, яка містить нітрат натрію, добуто кисень об'ємом 4,48 л (н.у.). Масова частка NaN0₃ у вихідній суміші становить
(а)  30 96;                           (в) 85 %;
(б)  50 %                            (г) 95 96.
104. Як здійснити такі перетворення:
                      NH₃ <- N₂ -> NO

(NH₄)₂SO₄        ll                             N0₂

                      NH₄NO₃  <- HN0₃                  
Напишіть відповідні рівняння реакцій.
105. Назвіть сполуки хі у і напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:
а) HN0₃ → x → N₂0;   б) HN0₃ → у → NO₂.
Зазначте умови перебігу цих реакцій.




БУССЕНГО ЖАН БАТІСТ
(1802—1887)
Французький учений, один із засновників агрохімії, член Паризької АН  (з  1839). Досліджував живлення рослин. Першим почав вивчати кругообіг речовин (у землеробстві). Довів, що всі рослини (крім бобових) беруть Нітроген з ґрунту, а бобові самі здатні нагромаджувати його. Довів, що вміст Карбону в урожаї не пов'язаний з вмістом його в гної і що джерелом Карбону для зелених рослин є вуглекислий газ повітря. Вивчав газообмін у рослин і тварин, вплив нітратів та фосфатів на розвиток рослин.




ЛІБІХ ІОСТУС (1803—1873)
Видатний   німецький   хімік,    презид».
Баварської АН (з 1860), один із засновник
агрохімії. Розробив теорію мінерального аси?
лення рослин, що сприяло розвитку вирок
ництва мінеральних добрив і впровадженій,
їх у землеробство. Вважав принципово мо>°
ливим синтез будь-яких агрохімічних споду»
Поряд з цим припускав існування «життєво;
сили». Відкрив ізомерію (1823). Автор хіміч.
ної теорії' бродіння і гниття, один із творцц
теорії   радикалів.   Добув   багато   органічних
речовин.

Н.М. Буринська, Л.П. Величко, Хімія, 10 клас
Вислано читачами з інтернет-сайтів  

_{Онлайн бібліотека з підручниками і книгами з хімії, плани-конспекти уроків по всім предметам, завдання з хімії для 10 класу}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.