Тема урока: Азот и его соединения

Тема урока: Азот и его соединения
Цель: рассмотреть генетическую связь соединений азота, охарактеризовать положение
азота в таблице Менделеева, рассмотреть состав и свойства аммиака, оксидов азота,
азотной и азотистой кислот, их способов получения и значение.
Азот N2:
Это интересно:
Азот – самая большая (по массе и объему) часть атмосферного воздуха (76% и
78%). Соединения азота – участники обмена веществ в живой природе. Азот входит в
состав белков, выводится из организма человека и животных в основном в виде
карбамида или мочевины. При разложении растительных животных остатков
образуется аммиак NH3. Азот открыл Даниэль Резерфорд в 1772 г. Удалив кислород из
воздуха (для этого под стеклянный колпак была поставлена удушающая свеча), он
обнаружил, что в оставшемся «удушливом воздухе» свеча уже не горит, а мышь,
посаженная под колпак, погибает.
Почти одновременно с ним открыл азот Карл Шееле. Современное же название
элементу азоту дал Антуан Лоран Лавуазье. Лазуезье произвел его от греческих слов
«альфа» отрицание и «зоэ» - жизнь: «а зоос» означает «безжизненный», «непригодный
для дыхания». В библейской мифологии также применялось слово «азот», означающее
начало и конец всего сущего, суть жизни, первое и последнее деяние. Таким образом,
получилось, что азот и элемент «безжизненный» и «исцеляющий». Неудачное название
элемента привело к попыткам дать ему другое название. Так у азота появилось второе
имя – «нитрогениум» или «нитроген», означающее «рождающий селитру» KNO3.
1. Охарактеризуйте положение азота в периодической системе:
Порядковый
Относительная
Молярная масса Номер периода Номер группы
номер
атомная масса
г/моль
Валентность
Строение атома
Электронная
формула
Графическая
формула
Строение
молекулы
- прочна ли молекула азота?
- какая у азота химическая активность?
Вывод:____________________________________________________________________
Генетическая связь: (назовите соединения)
NH3 ← N2 → MeN
________________________
↓
↓
NH4OH NO → NO2
________________________
↓
NH4R (R – кислотный остаток)
__________
NO2, N2O3, N2O5 (получают косвенно)
___________________________________
↓
↓
HNO2 HNO3
___________________________________
↓
↓
MeNO2 MeNO3
Это интересно:
Название «аммоний» предложил в 1808г. Гемфри Дэви. Латинское слово аммониум
когда-то означало «соль из Аммонии». Аммония – область Ливии. Там находился храм
египетского бога Аммона, по имени которого и называлась вся область. В Аммонии
издавна получали аммонийные соли, сжигая верблюжий навоз. При распаде солей
получался газ, который сейчас называют аммиактом. В 1787г. комиссия по
химической номенклатуре дала газу имя «аммониак». Русский химик Захаров сократил
это название до «аммиака».
Раствор аммиака в воде называют нашатырным спиртом. «Нашатырный»
потому, что может быть получен из нашатыря NH4Cl. Но почему спирт? Латинское
спиритус означает «дух», «душа». Очевидно, неизвестный нам химик, растворивший в
воде полученный из нашатыря аммиак, назвал остро пахнущую жидкость «душой
нашатыря».
Название «нитраты» происходит от названия г.Нитрии в Верхнем Египте, где
впервые был найден минерал NH4NO3.
Свойства азота:
Физические свойства
Химические свойства
Применение
1)+Ме
при
нагревании
(кроме Li)
2)+H2 tº, p, kat
3)+O2 tº до оксида азотаII
Запишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить превращения:
А)N2→NH3→NH4OH→NH4Cl
1. N2 +
→ NH3
2. NH3 +
→ NH4OH
3. NH4OH + → NH4Cl
Б)N2→NO→NO2
1.
2.
Аммиак NH3:
Получение:
 Промышленный способ:
Промышленный способ получения аммиака – синтез из азота и водорода:
N2 +
= NH3 +92 кДж
- Как можно сместить равновесие в сторону продуктов реакции?
Оптимальная температура производства 500-550 ºС, давление 15-100 мПа, получение
аммиака процесс каталитический – катализатор губчатое железо.
 Лабораторный
NH4Cl + Ca(OH)2 = NH3 +
+
Собирают – в перевернутый кверху дном сосуд (почему?____________________________)
Распознают: по запаху (какой?______________________________), по посинению
лакмусовой бумажки (что это значит?____________________________), по появлению
белого дыма от поднесенной стеклянной палочки, смоченной HCl (что это
значит?______________________________________________________________________)
Это интересно: «Летучая щелочь» ______ впервые была описана Иоганном Кункелем в
конце 17 века. Именно по этой реакции.
Химические свойства:
Признаки сравнения
Агрегатное состояние
NH3
NH4OH
Цвет
Запах
Растворимость в воде
Способы получения
Химические свойства
+ Н2О
NH3 + H2O=
+О2 до N2+H2O
NH3 + O2=
Ведет себя как щелочь
+кислота
NH4OH + HCl =
+ соль
NH4OH + NaCl=
c kat (Pt) до NO+H2O
NH3 + O2 =
+НR
NH3 +
= NH4Cl
Разлагается при tº
NH3 = N2 +
Применение:
В холодильных установках
В медицине
Для производства кислот и
солей аммония
Как удобрения
Оксиды азота
Оксидов у азота – пять.
И нам давно пора узнать
Их нравы, вкусы, настроенье.
Запомнить будет вам легко:
N2 c O2 дает NO.
Про каждого из остальных оксидов
Расскажем мы сейчас. У них
У каждого свой собственный
Способ полученья, косвенный.
Оксид азота I _____________________
Это интересно:
В 19 веке больше был известен под названием «веселящий газ» - это бесцветный
газ со слабым приятным запахом и сладковатым привкусом. В смеси с воздухом
действует на людей по-разному – кого действительно «веселит», а кого погружает в
сон. Все зависит от возраста человека, концентрации газа и принятой дозы.
Выдающийся химик Гемфри Дэви с помощью этого газа устраивал специальные
сеансы. Вот как описывал действие N2O один из современников Дэви: «Одни
джентльмены прыгали по столам и стульям, у других развязались языки, третьи
обнаруживали чрезвычайную склонность к потасовке». Веселящий газ применяют в
медицине, обеспечивая пациенту безопасный наркоз, в сжатом виде находит применение
в качестве распылителя некоторых аэрозолей и пенообразователя.
Получение:
1. Термическое разложение нитрата аммония
__________________ = N2O + H2O
Химические свойства:
Несолеобразующий (не взаимодействует с водой), неустойчив, разлогается
1. N2O = O2 + ____________
Горят углеродистые вещества, а в смеси с аммиаком__________ и водородом взрывается.
Оксид азота II _______________
Это бесцветный газ, плохо растворимый в воде - _________________________.
Получение:
1. Окислением азота кислородом
N2 + ____ = ________
2. Окисление аммиака в присутствии Pt
_____ + O2 = H2O + _____
3. Разбавленная азотная кислота с медью
Cu + ______ = Cu(NO3)2 + H2O + _______
Химические свойства:
1. окисляется кислородом до оксида азота IV
N2 + ____ = ______
2. восстанавливается водородом до свободного азота
NO + ____ = _____ + H2O
Оксид азота IV ______________
Получил название «бурый газ» или «лисий хвост» за характерную окраску. Это газ с
резким неприятным запахом, хорошо растворимый в воде. Тк раздражает дыхательные
пути, то является токсичным веществом.
Получение:
1. Окисление оксида азота II
______ + О2 = ________
2. Концентрированная азотная кислота с медью
Сu + ________ = Cu(NO3)2 + ______ + H2O
3. Растворяется в воде
NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 При комнатной температуре смесь
NO2 + H2O = _____ + NO в горячей воде
NO2 + H2O + O2 = ________ в присутствии катализатора О2
Оксид азота III________________
Окрашенная в темно-синий цвет жидкость, растворяется в воде с образованием кислоты
________ (_______________ оксид).
Получение:
1. Охлаждением смеси оксидов азота II и IV
_______ + ________ = N2O3
Химические свойства:
1. взаимодействует с водой до азотистой кислоты
N2O3 + H2O = _________
2. взаимодействует со щелочами до образования соли азотистой кислоты и воды
N2O3 + _______ = ________ + Н2О
Оксид азота V ____________
Белое твердое вещество, хорошо растворимое в воде ( какая кислота
образуется?________________), кислотный оксид.
Получают:
1. Обезвоживанием азотной кислоты оксидом фосфора V
HNO3 = _____ + H2O
2. Действием озона на оксид азота IV
NO2 + O3 = _____ + O2
Химические свойства:
1. Неустойчив, разлагается со взрывом
N2O5 = NO2 + O2
2. Взаимодействует в водой до образования азотной кислоты
N2O5 + _____ = _______
3. Взаимодействует со щелочами до образования соли азотной кислоты и воды
N2O5 + _______ = ________ + H2O
Сравнительная таблица: (заполните)
Название
Оксид азота Оксид азота Оксид азота Оксид азота Оксид азота
I
II
III
IV
V
формула
Агрегатное
состояние
Цвет
Токсичность
для
организма
Отношение к
воде
Кислотноосновные
свойства
Особые
свойства
Получение
Химические
свойства
Применение
Выполните задания:
1. Решите цепочку уравнений реакций:
А) N2 → NH3 → NH4NO3
↓
↓
NO
Б) NH3 → NH4OH → (NH4)2SO4
↓
↓
N2
NH4Cl
Азотная кислота:
Получение:
 в промышленности
Открытие этого способа принадлежит инженеру-химику Андрееву – основателю
промышленного получения азотной кислоты в России. Реализован данный метод впервые
в 1916 г.
Весь процесс можно разделить на 3 этапа:
1. окисление аммиака до оксида азота II на платиновом катализаторе
_______ + O2 = ______ + H2O
2. окисление кислородом воздуха оксида азота II до оксида азота IV
_______ + О2 = _______
3. поглощение оксида азота IV водой в присутствии избытка кислорода до образования
азотной кислоты
_______ + Н2О + О2 = ________
Рассмотрите схему производства в учебнике стр. 108 рис.19.18, перерисуйте ее в тетрадь,
подпишите стадии производства.
Ответьте на вопросы:
- какой оксид азота, кроме оксида азота IV, мог быть использован для производства
азотной кислоты ______________________________________________________________
- почему эту реакцию не применяют в промышленности_____________________________
Шпаргалка: учебник стр. 108
 в лаборатории
В лаборатории азотную кислоты получают из солей, действием концентрированной
серной кислоты. Первым метод применил крупнейший химик 18 в. Глаубер:
нитрат натрия + серная кислота = сульфат натрия + азотная кислота
____________ + _____________ = _____________ + _____________
Приведите еще один пример самостоятельно по образцу.
____________ + _____________ = _____________ + _____________
Викторина: «Свойства азотной кислоты».
№
Вопрос по теме Аммиак
1
Химическая формула аммиака,
степень окисления азота в данном
соединении
2
3
4
5
Вопрос по теме Азотная кислота
Химическая формула азотной
кислоты, степень окисления азота
в данном соединении
балл
1
Растворимость в воде, уравнение
реакции диссоциации соединения в
водном растворе (гидроксид
аммония)
Охарактеризуйте водный раствор
аммиака как электролит, укажите
среду раствора
С какими из предложенных веществ
(KOH, HCl, BaCl2)взаимодействует
аммиак? Запишите уравнения
реакций
Растворимость в воде,
2
диссоциация соединения в водном
растворе
Сделайте вывод о свойствах
аммиака, напишите уравнения
реакций:
NH3 + O2 = N2 + H2O
Сделайте вывод о свойствах
азотной кислоты, напишите
уравнения реакций:
Cu + HNO3 = Cu(NO3)2 + NO +
H2O
Охарактеризуйте азотную кислоту 1
как электролит, укажите среду
раствора
С какими из предложенных
2
веществ (KOH, CuO,
Na2O)взаимодействует азотная
кислота? Запишите уравнения
реакций
NH3 + O2 = NO + H2O
Cu + HNO3 = Cu(NO3)2 + NO2 +
H2O
Посчитайте сколько баллов вы получили.
Заполните сравнительную таблицу, не заглядывая в шпаргалку:
Вопросы для сравнения
Аммиак
Азотная кислота
Химическая формула
Отношение к воде
Среда водного раствора
Характеристика как
электролита
Особые свойства
3
Это интересно: Сфера применения азотной кислоты и её производных в
настоящее время очень обширна. Но прежде чем заняться рассмотрением этого
вопроса, заглянем в историю.
Ещё в древнем мире громкую славу приобрела селитра (в частности, нитрата
калия). При нагревании многие нитраты разлагаются, выделяя атомный кислород,
стимулирующий горение. Например, сера и уголь горят медленно, но в смеси с селитрой
сгорают за доли секунды. Если же эту смесь поместить в закрытый сосуд и поджечь,
то произойдет взрыв.
Видимо, люди заметили это давно, так как подобную смесь, называемую сейчас
порохом, применяли ещё в древности. Примерно такую смесь использовали боевые
греческие галеры для создания знаменитого «греческого огня». Мощной струей этого
огня они поджигали неприятельские корабли. Достоверно известно, что китайцы в 1237
году, при защите Пекина от монголов, использовали пороховые бомбы, сбрасывая их на
головы завоевателей.
С появлением огнестрельного оружия применение пороха резко возросло,
соответственно и потребление селитры заметно увеличилось. Во многих странах
появилось даже специальное селитренное производство и возникла новая профессия –
селитрование. Несколько веков азотную кислоту и её соли использовали только для
разрушения, но постепенно у них появились и мирные сферы применения.
Мирным
потребителем
азотная
кислота
стала
анилинокрасочная
промышленность. Анилин оказался очень удобным исходным веществом для синтеза
многих красителей. Получают анилин восстановлением нитробензола, который, в свою
очередь, образуется при взаимодействии бензола с азотной кислотой.
В середине 19в. в военном деле произошла революция, и производные азотной
кислоты снова стали применять как взрывчатые вещества.
Началось это, пожалуй, с открытия Шенбейна. Проводя опыты в лаборатории,
он случайно разлил смесь концентрированных серной и азотной кислот. Тряпки под рукой
не оказалось – пришлось вытереть смесь хлопчатобумажным фартуком и повесить его
сушиться над печкой. Как только фартук высох, раздался взрыв, и от него остались
лишь мелкие клочья. Ученый быстро сообразил, что образовалась нитроклетчатка,
сгорающая, как порох. Только дыма при этом не бывает.
Нитроклетчатка стала использовать в производстве динамитов. Их основу
составлял другой продукт – нитроглицерин.
Чтобы удобнее было использовать нитроглицерин (жидкость) во взрывчатых
работах, шведский инженер Нобель предложил смешивать его с наполнителями, в
частности с нитроклетчаткой. Это позволило получать из взрывной смеси брикеты.
Динамиты применяли так широко, что Нобель нажил изрядный капитал, часть
которого (36 млн шведский крон) он завещал на создание фонда международных премий.
Однако динамиты были опасны в обращении и стали уступать место толу
(тринитротолуол или ТНТ). Причина широкого использования тола проста. В сравнении
с другими взрывчатыми веществами он самый безопасный: термически и химически
стоек, к удару и трению малочувствителен. Загорается при 290°С и сгорает спокойно.
Во время войны квадратные желтоватого цвета брикеты путали с мылом и пытались
ими стирать. Пены не получалось, но и взрывов не было. Мальчики тех лет иногда кидали
толовые шашки в костер. Но и там тол сгорал мирным пламенем; «зверь» просыпался в
нем лишь при детонации взрывом или при сгорании в замкнутом пространстве.
Так что, имея азотную, наладить производство совсем нетрудно. В свое время
этим обстоятельством воспользовался Гитлер. После поражения в первой мировой войне
Германии было запрещено иметь военную промышленность. Но немцы стали развивать
анилинокрасочное производство, которое широко использовало азотную кислоту для
нитрования органических соединений. Когда же запрет был снят, Германия всего за
несколько месяцев перестроила производство красителей в производство взрывчатых
веществ.
В настоящее время основным потребителем азотной кислоты является не
военная промышленность, а производство минеральных удобрений (нитратов или
селитр).
Соли азотной кислоты
Нитраты (селитры) – соли азотной кислоты. Все нитраты хорошо растворимы в воде,
и их залежей в природе почти нет, если не считать небольшие скопления натриевой
селитры в пустынях Чили и калиевой селитры в Индии. Поэтому данные соли производят
промышленным способом из азотной кислоты. По внешнему виду они очень похожи на
поваренную соль. Но, в отличие от нее, ядовиты. Некоторые горе – дачники путают
селитру и поваренную соль и пытаются «сдобрить» удобрением приготовленную пищу.
Такая попытка заканчивается плачевно – отравлением. Чтобы случайно не оказаться в
беде, необходимо уметь отличить нитраты от других солей, использую качетвенную
реакцию.
Закончите высказывание самостоятельно:
1. Формула азотной кислоты ________________________________________________
2. Ее получают в промышленности из ________________________________________
3. Азотная кислота применяется для получения ________________________________
4. Азотная кислота является ________________ электролитом и взаимодействует с
_______________________________________________________________________
5. Особым свойством азотной кислоты является взаимодействие с ________________
6. Соли
азотной
кислоты
____________.
Они
используются
как
_______________________________________________________________________
Окислительные свойства азотной кислоты:
Проявляются при взаимодействии с металлами:
 большинство из них растворяет
 устойчивы к воздействию золото, платина
 склонны к пассивации титан, тантан, цирконий, гафний, необий
 в концентрированной кислоте устойчивы вследствии образования пассивного слоя
на поверхности алюминий, железо, кобальт, никель, хром
Хранят и перевозят концентрированную кислоту в стальных цистернах. Продукты
восстановления зависят от активности металла и концентрации кислоты:
Активность металла
Концентрация кислоты
Продукты восстановления
активные металлы
разбавленная
N2O, N2, NH3
Сa, Al, Mg, Zn
активные металлы
концентрированная
N2O
слабые
восстановители разбавленная
NO
(тяжелые металлы)
слабые восстановители
концентрированная
NO2
Усиление азотной кислоты происходит при смешивании одного объема
концентрированной азотной кислоты с концентрированной соляной кислотой. Эта смесь
называется _________________________________. Она растворяет «царя металлов»
золото.
Опасность кислоты заключается в том, что при соприкосновении с нем
органические вещества окисляются с выделением большого количества теплоты и
поэтому воспламеняются и взрываются. Скипидар вспыхивает, тлеющая лучинка
начинает гореть, на одежде образуются дыры, а на коже – болезненные язвы. При этом
кожа окрашивается в желтый цвет.