Рассмотрите уравнения реакций разбавленной и концентрированной азотной. Кислородные соединения азота — Гипермаркет знаний. Химические свойства кислоты

Цели урока:

• на основе экспериментальных данных закрепить знания об общих свойствах кислот (на примере HNO 3) в свете теории электролитической диссоциации,
• рассмотреть специфические свойства HNO 3 в свете теории окислительно- восстановительных реакций,
• повысить технику химического эксперимента учащихся,
• создать условия для развития у учащихся умения анализировать результаты лабораторных исследований, практических умений работать с реактивами, оборудованием в соответствии с правилами по технике безопасности,
• выполнение презентации по данной теме в Microsoft PowerPoint.

Оборудование: HNO 3 разбавленная и концентрированная, медная проволока, индикаторные бумаги, фенолфталеин, растворы NaOH, K 2 CO 3 , порошок CuO, штатив с пробирками, инструктаж по ТБ.

Структура проведения урока

Ребята, нам в руки попал старинный пергамент, содержание которого нам придется расшифровать.

Вопрос: Монах-алхимик Бонавентура в 1270 году в поисках универсального растворителя «алкагеста» решил нагреть смесь железного купороса с селитрой. Сосуд, в котором была смесь, вскоре наполнился красно-бурым «дымом». Монах в изумлении застыл, затем убрал огонь и увидел, как в колбу-приемник стала капать желтоватая жидкость. Она действовала на все металлы, даже на серебро и ртуть. Алхимики думали, что сидящий в жидкости рыжий дым является демоном, управляющим одной из стихий природы – водой. Поэтому желтоватую жидкость называли «крепкой водой» или «крепкой водкой». Это название сохранилось до времен М. В. Ломоносова. Как сейчас называют это вещество?

Ответ: Так раньше называли азотную кислоту. Бонавентура получил ее по реакции:

2 FeSO 4 · 7Н 2 О + 4 КNO 3 = Fe 2 О 3 + 2 К 2 SO 4 + 2НNO 3 +13Н 2 О +2NO 2

Красно-бурый дым – это NО 2

С 1720 года в России азотную кислоту получали более простым способом:

2КNO 3 + Н 2 SO 4 = К 2 SO 4 + 2НNO 3

Сегодня на уроке мы с вами должны, опираясь на эксперименты, закрепить знания об общих и специфических свойствах азотной кислоты с позиции теорий окислительно-восстановительных реакций и электролитической диссоциации.

Для работы класс разбивается на 5 групп, каждая из которых получает свое задание (задание 5 группе выдается за две недели до урока). Учащиеся готовятся в течение 10 минут, используя материал учебника, дополнительную информацию из справочной литературы. Затем к доске выходят по два представителя от каждой группы, один из которых записывает на доске уравнения реакций, а другой докладывает о проделанной работе. Класс принимает участие в обсуждении результатов. В рабочих тетрадях учащихся должны быть зафиксированы основные выводы, уравнения реакций по каждому из рассматриваемых вопросов. Перед выполнением работы необходимо повторить правила по технике безопасности при работе с химическим оборудованием и реактивами.

Задание группе 1.

«Изучение физических свойств концентрированной и разбавленной азотной кислоты».

Рассмотрите склянки с концентрированным и разбавленным растворами HNO 3 . Запишите наблюдения в виде таблицы. Для получения дополнительных сведений используйте справочник по неорганической химии.

Зная строение HNO 3 , дайте характеристику по всем известным вам признакам.

Задание группе 2.

1. Проделайте опыт, доказывающий наличие катионов Н + в растворе НNO 3 .
2. Проведите реакцию между раствором HNO 3 и СuO.

Сделайте вывод.

Задание группе 3.

«Изучение химических свойств разбавленной азотной кислоты».

1. Проведите реакцию между растворами HNO 3 и NaOH.
2. Проведите реакцию между растворами НNО 3 и К 2 СО 3 .

Составьте молекулярные, полные и сокращенные ионные уравнения реакций. Результаты исследований занесите в таблицу.

Сделайте вывод.

Задание группе 4.

«Изучение специфических свойств азотной кислоты».

Изучите взаимодействие HNO 3 с металлами. Для этого проведите реакции между разбавленной HNO 3 и медной проволокой и концентрированной HNO 3 и медной проволокой. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса. Результаты исследования оформите в виде таблицы.

Сделайте вывод.

Давайте ответим на вопрос: «Какими еще свойствами обладает концентрированная азотная кислота?»

Властитель индийского города Лахора по имени Ранжит-Сингх в 1811 году хвастался перед другими владыками, что его голубой алмаз не подвержен действию никаких жидких веществ. Афганский шах Шуджа сказал, что готов поспорить на сам голубой алмаз, что его придворный факир-алхимик может за сутки уменьшить массу алмаза, поместив его в жидкий «алкагест». Предложение было принято. Вскоре после погружения алмаза в растворитель, стало заметно, что камень покрылся пузырьками, а жидкость стала желтой. По истечении суток алмаз снова взвесили, и оказалось, что он потерял в весе около 1 карата (0,2 грамма). К огорчению Ранжит-Сингха, алмаз пришлось отдать шаху Шудже. Правда через 2 года силой оружия алмаз был возвращен в Лахор, но это уже другая история…О какой реакции идет речь?

Ответ: На алмазы разрушительно действует концентрированная азотная кислота. При этом алмаз медленно превращается в СО 2 , а желтый цвет жидкости придает NO 2

C + 4 HNO 3 = CO 2 + 4 NO 2 + 2Н 2 О

Задание группе 5.

Оформите презентацию о физических и химических свойствах азотной кислоты, сделанную в Microsoft Power Point. Отбор материала и построение презентации проводится под руководством учителей химии и информатики.

Для закрепления изученного материала проведем химический диктант:

Какова степень окисления азота в азотной кислоте?
А) +1
Б)+3
В)+ 4
Г)+5

Какова валентность азота в азотной кислоте?
А) I
Б) II
В) IV
Г) V

Выберите из предложенных утверждений только те, которые справедливы для азотной кислоты:
А) маслообразная, вязкая жидкость,
Б) летучая жидкость,
В) газообразное вещество,
Г) имеет резкий раздражающий запах,
Д) не имеет запаха,
Е) смешивается с водой в любых соотношениях,
Ж) раствор проводит электрический ток,
З) «дымит на воздухе»,
И) легче воздуха.

Выберите правильные ответы. Разбавленная азотная кислота проявляет общие свойства кислот в реакциях с
А) кислотами,
Б) основными оксидами,
В) основаниями,
Г) кислотными оксидами,
Д) солями.

С какими из металлов будет реагировать концентрированная азотная кислота:
А) Al
Б) Ca
В) Zn
Г) Fe
Д) Cu

Почему склянки с концентрированной азотной кислотой запрещается перевозить упакованными в древесные стружки?

А теперь решим задачу:

Аммиак объемом 7,84 л (н.у.) подвергли каталитическому окислению и дальнейшему превращению в азотную кислоту. Получили раствор азотной кислоты массой 200 г. Считая выход кислоты равной 40% от теоретического, определите ее массовую долю в растворе.

Решение:

4NH 3 +5O 2 = 4NO +6H 2 O
2NO+O 2 =2NO 2
4NO 2 +2H 2 O+O 2 = 4HNO 3
n(NH 3) =7,84:22,4=0,35 моль
n(NH 3)=n(NO)=n(NO 2)=n(HNO 3)=0,35 моль
m(HNO 3)= 63*0,35=22,05 г(теоретическая)
m(HNO 3)=22,05*0,4=8,82 г (практическая)
w(HNO 3)=(8,82:200)*100%=4,41%

Как трудно быть особенной…

Азотная Кислота была по характеру среди своих подруг самой сильной и уверенной в себе. Внешне это особенно не проявлялось: на первом месте Н, рядом кислотный остаток, все как у всех, а как хочется, чтобы все заметили твою неповторимость!

«Эврика! Придумала» – воскликнула Азотная Кислота. И решила, что ее отношение ко всем металлам, будь то активные или благородные, будет особенным. Все кислоты отдают активным металлам водород, а благородных вообще стесняются и никаких дел не имеют. « У меня все будет иначе, – решила Азотная Кислота – эти металлы водород ни при каких условиях не получат, даже если попытаются меня разбавить водой. Отдам им только молекулярный Азот, его соединения, а с благородными буду общительнее: при моих окислительных способностях от них останется лишь мокрое место в растворах солей, и газ выйдет в виде оксидов азота! Вот так я стану исключением из правил!

Азотная кислота в старости.

Это была бесцветная, слегка буреющая жидкость. От старости она дымилась и уже давно не помнила, сколько ей лет. Над кроватью ее висела старая, пожелтевшая фотография. Судя по снимку, в молодости Азотная Кислота была очень красива и имела здоровый желтоватый цвет лица. Каждый, кто навещал старушку, поражался резкому, раздражающему запаху в комнате, а также бурому оттенку потолка (хотя недавно потолок был чисто выбелен соседями). Печку бабушка никогда не топила и электричество не зажигала, так как не переносила жару и яркий свет.

4HNO 3 = 4NO 2 + 2H 2 O + O 2

К статье прилагается презентация (приложение ).

Литература:

1. Б. А. Степин, Л. Ю. Аликберова «Занимательные задания и эффектные опыты по химии» Москва «Дрофа» 2002.
2. Журналы «Химия в Школе» №1-6 2003.

Оборудование. На каждом столе перед учащимися план урока, схема взаимодействия азотной кислоты с металлами, набор реактивов, тесты для закрепления изученного материала.

Оксиды азота

Учитель. Вспомните и напишите формулы оксидов азота. Какие оксиды называются солеобразующими, какие – несолеобразующими? Почему?

Ученики самостоятельно записывают формулы пяти оксидов азота, называют их, вспоминают азотсодержащие кислородные кислоты и устанавливают соответствие между оксидами и кислотами. Один из учеников записывает на доске (таблица).

Таблица

Сопоставление оксидов азота, кислот и солей

Демонстрационный опыт:
взаимодействие оксида азота(IV) с водой

Учитель. В сосуд с NO 2 приливаем немного воды и взбалтываем содержимое, затем испытываем полученный раствор лакмусом.

Что наблюдаем? Раствор краснеет из-за образовавшихся двух кислот.

2NO 2 + H 2 O = HNO 2 + HNO 3 .

Степень окисления азота в NO 2 равна +4, т.е. она является промежуточной между +3 и +5, которые в растворе более устойчивы, поэтому оксиду азота(IV) соответствуют сразу две кислоты – азотистая и азотная.

Состав и строение молекулы

Учитель. На доске запишите молекулярную формулу азотной кислоты, вычислите ее молекулярную массу и отметьте степени окисления элементов. Составьте структурную и электронную формулы.

Ученики составляют следующие формулы (рис. 1).

Учитель. Согласно этим формулам вокруг азота вращается десять электронов, но этого не может быть, т.к. азот находится во втором периоде и максимально на внешнем слое у него может быть только восемь электронов. Это противоречие устраняется, если предположить, что между атомом азота и одним из атомов кислорода образуется ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму (рис. 2).

Рис. 2. Электронная формула азотной кислоты.
Электроны атома азота обозначены черными точками

Тогда структурную формулу азотной кислоты можно было бы изобразить так (рис. 3):

Рис. 3. Структурная формула азотной кислоты
(донорно-акцепторная связь показана стрелкой)

Однако опытным путем доказано, что двойная связь равномерно распределена между двумя атомами кислорода. Степень окисления азота в азотной кислоте равна +5, а валентность (обратите внимание) равна четырем, ибо имеются только четыре общие электронные пары.

Физические свойства азотной кислоты

Учитель. Перед вами флаконы с разбавленной и концентрированной азотной кислотой. Опишите физические свойства, которые вы наблюдаете .

Ученики описывают азотную кислоту как жидкость тяжелее воды, желтоватого цвета, с резким запахом. Раствор азотной кислоты без цвета и без запаха.

Учитель. Я добавлю, что температура кипения азотной кислоты +83 °С, температура замерзания –41 °С, т.е. при обычных условиях это жидкость. Резкий запах и то, что при хранении она желтеет, объясняется тем, что концентрированная кислота малоустойчива и под действием света или при нагревании частично разлагается.

Химические свойства кислоты

Учитель. Вспомните, с какими веществами взаимодействуют кислоты? (Учащиеся называют.)

Перед вами реактивы, проделайте перечисленные реакции и запишите свои наблюдения (реакции записывать надо в свете ТЭД).

А теперь обратимся к специфическим свойствам азотной кислоты.

Мы отметили, что кислота при хранении желтеет, теперь докажем это химической реакцией:

4HNO 3 = 2H 2 O + 4NO 2 + O 2 .

(Учащиеся самостоятельно записывают электронный баланс реакции.)

Выделяющийся «бурый газ» (NO 2) окрашивает кислоту.

Особо ведет себя эта кислота по отношению к металлам. Вы знаете, что металлы вытесняют водород из растворов кислот, но при взаимодействии с азотной кислотой этого не происходит.

Посмотрите на схему у вас на парте (рис. 4), где показано, какие газы выделяются при реакции кислоты различной концентрации с металлами. (Работа со схемой.)

Демонстрационный опыт:
взаимодействие концентрированной азотной кислоты с медью

Очень эффективна демонстрация реакции азотной кислоты (конц.) с порошком меди или мелко нарезанными кусочками медной проволоки:

Учащиеся самостоятельно записывают электронный баланс реакции:

Получение кислоты

Учитель. Урок будет неполным, если мы не рассмотрим вопрос получения азотной кислоты.

Лабораторный способ: действие концентрированной серной кислоты на нитраты (рис. 5).

NaNO 3 + H 2 SO 4 = NaHSO 4 + HNO 3 .

В промышленности кислоту в основном получают аммиачным способом.

Рис. 5. Для получения азотной кислоты в лаборатории до сих пор
удобно использовать старинную химическую посуду – реторту

Способ получения кислоты из азота и кислорода при температуре свыше 2000 °С (электродуговой) особого распространения не получил.

В России история получения азотной кислоты связана с именем химика-технолога Ивана Ивановича Андреева (1880–1919).

Он в 1915 г. создал первую установку по производству кислоты из аммиака и реализовал разработанный способ в заводском масштабе в 1917 г. Первый завод был построен в Донецке.

Этот метод включает несколько этапов.

1) Подготовка аммиачно-воздушной смеси.

2) Окисление аммиака кислородом воздуха на платиновой сетке:

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O.

3) Дальнейшее окисление оксида азота(II) до оксида азота(IV):

2NO + O 2 = 2NO 2 .

4) Растворение оксида азота(IV) в воде и получение кислоты:

3NO 2 + H 2 O = 2HNO 3 + NO.

Если растворение проводить в присутствии кислорода, то весь оксид азота(IV) переходит в азотную кислоту.

5) Заключительный этап получения азотной кислоты – очистка газов, выходящих в атмосферу, от оксидов азота. Состав этих газов: до 98% азота, 2–5% кислорода и 0,02–0,15% оксидов азота. (Азот изначально был в воздухе, взятом для окисления аммиака.) Если оксидов азота в этих отходящих газах больше 0,02%, то специально проводят каталитическое восстановление их до азота, потому что даже такие малые количества этих оксидов приводят к большим экологическим проблемам.

После всего сказанного возникает вопрос: а зачем нам нужна кислота?

Применение кислоты

Учитель. Азотную кислоту используют для производства: азотных удобрений, и в первую очередь аммиачной селитры (как ее получают?); взрывчатых веществ (почему?); красителей; нитратов, о которых речь пойдет на следующем уроке.

Закрепление материала

Фронтальный опрос класса

– Почему степень окисления азота в азотной кислоте +5, а валентность четыре?

– С какими металлами азотная кислота не вступает в реакцию?

– Вам нужно распознать соляную и азотную кислоты, на столе три металла – медь, алюминий и железо. Как вы поступите и почему?

Тест

В а р и а н т 1

1. Какой ряд чисел соответствует распределению электронов по энергетическим уровням в атоме азота?

1) 2, 8, 1; 2) 2, 8, 2; 3) 2, 4; 4) 2, 5.

2. Закончите уравнения практически осуществимых реакций:

1) HNO 3 (разб.) + Cu … ;

2) Zn + HNO 3 (конц.) … ;

3) HNO 3 + MgCO 3 … ;

4) CuO + KNO 3 … .

3. Укажите, какое уравнение иллюстрирует одну из стадий процесса промышленного производства азотной кислоты.

1) 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O;

2) 5HNO 3 + 3P + 2H 2 O = 3H 3 PO 4 + 5NO;

3) N 2 + O 2 = 2NO.

4. Отрицательная степень окисления проявляется азотом в соединении:

1) N 2 O; 2) NO; 3) NO 2 ; 4) Na 3 N.

5. Взаимодействие медной стружки с концентрированной азотной кислотой приводит к образованию:

1) NO 2 ; 2) NO; 3) N 2 ; 4) NH 3 .

В а р и а н т 2

1. Значение высшей валентности азота равно:

1) 1; 2) 2; 3) 5; 4) 4.

2. Запишите возможное взаимодействие концентрированной азотной кислоты со следующими металлами: натрий, алюминий, цинк, железо, хром.

3. Выберите вещества, являющиеся сырьем для производства азотной кислоты:

1) азот и водород;

2) аммиак, воздух и вода;

3) нитраты.

4. Концентрированная азотная кислота не реагирует с:

1) углекислым газом;

2) соляной кислотой;

3) углеродом;

4) гидроксидом бария.

5. При взаимодействии очень разбавленной кислоты с магнием образуется:

1) NO 2 ; 2) NO; 3) N 2 O; 4) NH 4 NO 3 .