Кислородосодержащие соединения азота

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кислородосодержащие соединения азота

План

1. Оксиды азота

2. Азотистая кислота, ее соли

3. Азотная кислота и ее соли

1. Оксиды азота

кислотный оксид азот соль

Всего имеется пять оксидов азота: N2O, NO - несолеобразующие оксиды; N2O3, NO2, N2O5 - кислотные оксиды.

а) N2O - закись азота.

Получают разложением нитрата аммония при 250^оС.

NH4NO3 > N2O^ + 2H2O

Это - газ с приятным слабым запахом. Вдыхание малых количеств этого газа оказывает опьяняющее действие, поэтому называется «веселящий газ». В больших дозах вызывает потерю болевой чувствительности. Молекула N2O имеет линейное строение

N ? N > O

N2O хорошо растворяется в Н2О, но устойчивых соединений не образует. Ни с водой, ни с кислотами, ни со щелочами не реагирует. Уже при слабом нагревании N2O распадается, выделяя О2.

2N2O > 2N2 + O2

Поэтому N2O является окислителем по отношению ко всем веществам, которые непосредственно реагируют с кислородом.

N2O + Н2 = N2 + Н2О.

б) NO - оксид азота (П). Тоже - несолеобразующий оксид. В обычных условиях NO - бесцветный газ. В промышленности получают при окислении H3N на платиновом катализаторе при нагревании:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

В лаборатории NO получают действием разбавленной HNO3 на Cu:

3Cu + 8HNO3разб. = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O.

В отличие от всех остальных оксидов азота NO образуется также прямым взаимодействием простых веществ:

N2 + O2 = 2NO.

Структурная формула NO такова: , один электрон в NO - разрыхлящий, а 6 электронов - связывающих, то есть порядок связи равен 2,5. Молекула NO достаточно устойчива и её распад заметен лишь при 500оС. NO - химически активное соединение, обладает окислительно-восстановительной двойственностью. Под действием О2 воздуха легко окисляется до NO2, окисляется также галогенами:

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

Как окислитель NO легко окисляет SO2 до SO3;

2SO2 + 2NO = 2SO3 + N2

С водородом (особенно когда равные объемы) при нагревании NO взрывается:

2NO + 2H2 = N2 + 2H2O

В воде NO мало растворяется и с водой не реагирует.

в) NO2 - оксид азота (IV) - красно - бурый ядовитый газ с характерным запахом.

Его молекула имеет угловую форму, порядок связи между N и О равен 1,5. Молекула NO2 даже в парах частично димеризована:

2NO2 - N2O4 + Q

Эти два соединения находятся в равновесии между собой при температурах от -11о до 140оС. Молекула NO2 характеризуется высокой химической активностью. При повышении температуры NO2 - один из наиболее энергичных окислителей (в нем горят С, S, P). При температуре более 500оС NO2 разлагается на NO и О2. При растворении в воде образуются две кислоты:

2N+4O2 + H2O > HN+5O3 + HN+3O2,

то есть NO2 - смешанный ангидрид азотной и азотистой кислот.

Аналогично со щелочью:

2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O

4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3

(эта реакция используется в промышленности для получения HNO3).

В лабораторных условиях NO2 получают:

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

или термическим разложением нитратов:

2Рв(NO3)2 = 2РвО + 4NO2 + O2

г). N2O5 - оксид азота (V) - азотный ангидрид получают дегидратацией азотной кислоты фосфорным ангидридом (осторожным обезвоживанием) или окислением NO2 озоном.

2HNO3 + P2O5 = 2HPO3 + N2O52NO2 + O3 > N2O5 + O2.

N2O5 - это белое кристаллическое вещество. При комнатной температуре N2O5 постепенно разлагается на NO2 и О2, при нагревании взрывается:

2N2O5 = 4NO2 + O2

При взаимодействии с Н2О образует азотную кислоту:

N2O5 + Н2О > 2HNO3

N2O5 - очень сильный окислитель. Многие органические вещества при соприкосновении с ним воспламеняются.

д). N2O3 - оксид азота (Ш) - азотистый ангидрид, образуется по реакции:

NO2 + NO - N2O3.

Равновесие этой реакции даже при 25оС сдвинуто влево, то есть N2O3 - малоустойчивое соединение. Существует только при низких температурах в твердом состоянии (светло-синие кристаллы). В виде жидкости и пара сильно диссоциирует:

N2O3 - NO2 + NO

N2O3 может быть также получен при разложении HNO2, которая очень неустойчива:

2HNO2 - H2O + N2O3

N2O3 - кислотный оксид, поэтому легко реагирует со щелочами:

N2O3 + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O

При растворении в воде получается HNO2:

N2O3 + HOH - 2HNO2

Строение N2O3:

2. Азотистая кислота, её соли

Азотистая кислота HNO2 известна лишь в разбавленных водных растворах. В чистом виде не существует. При нагревании разлагается: 2HNO2 = NO + NO2^ + H2O.

HNO2 - кислота средней силы (К ? 5•10-4).

Молекула HNO2 существует в двух таутомерных формах:

Нитриты металлических элементов достаточно устойчивы, а нитриты щелочных металлов даже возгоняются без разложения.

Азот в HNO2 имеет С.О. = +3, то есть промежуточная степень окисления, поэтому и кислота, и соли обладают окислительно-восстановительной двойственностью. Сильные окислители переводят NO2- в NO3-:

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

Сильные восстановители обычно восстанавливают NO2- до NO:

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

Кроме того, соединения азота (Ш) склонны к реакциям диспропорционирования:

3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O

2HNO2 = NO + NO2 + H2O

3. Азотная кислота и её соли

Азотную кислоту HNO3 получают в промышленности каталитическим окислением NH3 до NO, затем NO окисляют кислородом воздуха до NO2, а затем смесь NO2 с избытком воздуха поглощают водой (или разбавленной HNO3).

4NH3 + 5O2 > 4NO + 6H2O

2NO + O2 > 2NO2

4NO2 + O2 + 2H2O > 4HNO3

В лаборатории HNO3 получают действием концентрированной. H2SO4 на нитрат натрия:

NaNO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3

При обычных условиях HNO3 - бесцветная жидкость (с = 1,52г/см3), кипящая при 84,1оС. С водой HNO3 смешивается в любых соотношениях. В водном растворе HNO3 - сильная кислота, которая практически полностью диссоциирована. При хранении HNO3 (особенно при нагревании и освещении) разлагается: 4HNO3 = 4NO2 + O2 + 2H2O.

На воздухе она «дымит», так как её пары с влагой воздуха образуют мелкие капельки тумана.

HNO3 имеет плоское строение:

Ковалентность азота в HNO3 равна 4.

HNO3 относится к сильным окислителям. Она разрушает животные и растительные ткани, пары её ядовиты. Окисляет многие металлы и неметаллы:

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

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

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

S + 6HNO3 (конц.) = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O

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

Смесь из одного объёма HNO3 и трёх объёмов концентрированной HCl, называется «царской водкой». Это более сильный окислитель, чем HNO3 и реагирует с такими благородными металлами, как золото и платина, переводя их в комплексные хлориды:

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

Размещено на Allbest.ru