Азот

Химический элемент азот и его электронное строение

 Химический элемент азот,N является представителем VA( пятой группы группы главной подгруппы) группы 2 периода с атомным номером — 7(p-элемент).

  • Относительная молекулярная масса азота 14,00727 г/моль
  • Число протонов P+=7
    Число электронов e=7
    Число нейтронов n°=MrP+=7
  • В основном состоянии конфигурация азота : 1s2 2s2 2p3 ( [He] 2s2 2p3 )
  • Азот может образовывать 3 связи по обменному механизму и одну по донорно-акцепторному=>максимальная валентность азота равна IV

Степени окисления азота и соответствующие важнейшие представители

Азот может проявлять как положительные ,так и отрицательные степени окисления: -3,0,+1,+2.+3,+4,+5.
Более устойчивыми из них являются (+3) и (+5).

Азот как простое вещество

Химические свойства

При обычных условиях азот взаимодействует только с литием.С другими металлами N2 взаимодействует только при высоких температурах

6Li+N2=2Li3N
N2+3Mg=Mg3N2

Также при высоких температурах,давлении и в присутствии катализатора азот взаимодействует с водородом,образуя аммиак

N2+3H2=2NH   +Q (kat-Fe,t°,p)

При температуре электрической дуги он соединяется с кислородом,образуя оксид азота(II)

N2+O2=2NO       -Q (t°)

Физические свойства азота

  • При нормальных условиях азот-бесцветный двухатомный газ,не имеющий запаха и вкуса
  • Температура кипения и плавления соответственно равны  -195,8°C и -210°C
  • Мало растворим в воде и других растворителях
  • Не ядовит
  • Молекула азота прочная вследствие его химической инертности 
  • Содержание в воздухе — 78%

Получение азота

а)Из воздуха 
б)Разложением азитов сильных металлов
2NaN3=3N2+2Na
в)Разложением нитрита аммония
NH4NO2= N2 +2H2O (ходовой лаб.способ)
г)Взаимодействием аммиака и оксида меди(II)
3CuO + 2NH3= N2 + 3Cu +3H2O

Аммиак(-3)

Химические свойства

С точки зрения кислотно-основных свойств аммиак- это основание,за счет неподеленной электронной пары на атоме азота.

  • Химическая связь между элементами в молекуле аммиака-ковалентная полярная,образованная за счет распределения электронов между двумя атомами.
  • В жидком аммиаке молекулы связаны между собой водородными связями,образованными за счет электростатического взаимодействия между положительным и отрицательным зарядом.Отсюда такая хорошая растворимость в воде.

Взаимодействует с кислотами и водой,образуя катион аммония.

NH3+H20=NH4OH                                                      
NH3+HCl=NH4Cl
2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4
С точки зрения окислительно-восстановительных свойств аммиак- сильный восстановитель,вследствие наличия  атома азота в низшей, неустойчивой степени окисления.

Горение:
4NH3+3O2=2N2+6H2O
4NH3+5O2=4NO+6H2O(Kat-Pt)

Взаимодействует с основными и амфотерными оксидами:
3CuO+2NH3=N2+3H2O+3Cu
10NH3+6KMnO4+9H2SO4=5N2+6MnSO4+24H2O+3K2SO4

Физические свойства

  • Аммиак-бесцветный газ,с резким запахом
  • Хорошо растворим в воде
  • Легче воздуха (Mr(NH3=17 г/моль)

Получение NH3

а)В условиях лаборатории аммиак получают при взаимодействии солей аммония с щелочами

NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2 +NH3+H20 (t°)

Чтобы доказать,что выделяющийся газ-аммиак, подносим влажную фенолфталеиновую бумажку,она становится малиновой

б)В промышленности.Аммиак получают из азота и водорода
N2+3H2=2NH3   +Q(kat-Fe)

Термическое разложение солей аммония 

а)Анион от летучей кислоты
NH4Cl=NH3+HCl
(NH4)2CO3= 2NH3+H2O+CO

(NH4)2HPO4=2NH3+H2O+HPO3

б)Анион от кислоты-окислителя

NH4NO2=N2+2H2O

NH4NO3=N2O+2H2O

(NH4)2Cr2O7=N2+Cr2O3+4H2O  (реакция “Вулкан”)

Оксиды азота(+1),(+2)

Физические свойства N2O и NO

  • Бесцветные газы,почти не имеют никакого запаха
  • Плохо растворимы в воде
  • N2O — “веселящий газ” является наркотиком в смеси с кислородом
  • NO токсичен

Химические свойства

  • Оксиды азота(I) и (II) являются несолеобразующими,т.е. они не вступают в реакции с щелочами,кислотами и солеобразования
  • Взаимодействуют с O2 и MeO

2N2O + O2 = 4NO
2NO + O2 = 2NO2
CuO + NO = Cu +NO2

  • С точки зрения ОВР эти оксиды восстановители(за счет атомов азота в неустойчивых степенях окисления)
    N2 + O2 = NO

Получение
       NO

  • В промышленности
    4NH3 + 5O2 = NO + 6H2O(Kat-Pt)
  • В лаборатории
    3Cu + HNO3(разб) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
  • В природе
    N2 + O2 = 2NO
               
    N2O
  • NH4NO3 = N2O + 2H2O

Оксид азота(+3)

Физические свойства N2O3

  • При нормальных условиях жидкость  синего цвета
  • При стандартных условиях бесцветный, ядовитый газ
  • Без примесей существует только в твердом виде

Химические свойства

Связь N+-O образована по донорно-акцепторному механизму.

  • N2O3 — типичный кислотный оксид,который вступает в реакцию с водой,основными металлами,щелочами
                
    N2O3+H2O= 2HNO2
    N2O3 + Na2O = 2NaNO2
    N2O3 + 2 KOH = 2KNO2 + H2O

    Получение
  • 2HNO3 + As2O3 + 2H2O = 2H3AsO4 + N2O3 (на холоде)
  • Крахмал с 50% азотной кислотой
    (C6H10O5)n + 12nHNO3(50%) = 6nNO + 6nNO2 + 6nCO2 +11nH2O

Оксид азота(+4)

Физические свойства NO2

  • Ядовитый газ красно-бурого цвета 
  • Имеет характерный запах
  • Хорошо растворим в воде

Химические свойства

  • NO2 — кислотный оксид

        2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3
2NO2 + K2O = KNO2 + KNO3
2NO2 + KOH = KNO2 + KNO3 +H2O

  • Если реакции идут в присутствии кислорода, то образуется HNO3  и нитраты

        4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3
4NO2 +4KOH + O2 = 4KNO3 +2H2O

Получение 

  • В промышленности
    2NO + O2 = 2NO2
  • В лаборатории
    Cu+4HNO3(конц) = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
    2Pb(NO3)2 = 2PbO+4NO2↑+O2

Оксид азота(+5)

Физические свойства N2O5

  • Бесцветные, летучие кристаллы
  • Разлагается при комнатной температуре
  • Стабилен при температуре ниже +10°C

Химические свойства

Связи N+-O образуются по донорно-акцепторному механизму: атом азота отдает электрон, являясь донором,и приобретает положительный заряд, атом кислорода присоединяет электрон,и приобретая отрицательный заряд(акцептор).

  • N2O5 — кислотный оксид
    N2O5 + H2O = 2HNO3
    N2O5 + K2O = 2KNO3
    N2O5 + 2KOH = 2KNO3 + H2O

Получение 

  • 2HNO3 + P2O5 = 2HPO3 +N2O5
  • 2NO2 + O3 = N2O5 + O2

Азотистая кислота HNO2(+4)

Химические свойства
Разложение
2HNO2=N2O3+H2O=NO2+NO+H2O
3HNO2=HNO3+2NO+H2O

Соли-нитриты
Более устойчивы,чем соответствующая кислота
Получение
KNO3+Pb=KNO2+PbO
NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O
2NaNO3=2NaNO2+O2

Восстановительные свойства
1)5KNO2+2KMnO4+3H2SO4 = 5KNO3+2MnSO4+K2SO4+3H2O
2)HNO2 + Br2 + H2O → 2HBr + HNO3
3)HNO2 + PbO2 + H2SO4 → PbSO4 + HNO3 + H2O
4)3KNO2 + K2Cr2O7 + 5H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 2KHSO4 + 3KNO3 + 4H2O

Окислительные свойства
1)2HNO2 + 2HI → I2 + 2NO + 2H2O
2)NaNO2+3Zn+5NaOH+5H2O=NH3+3Na(Zn(OH)4)
Нитриты в водных растворах практически не проявляют окислительных свойств.

Физические свойства
Азотистая кислота — это неустойчивая кислота, существующая только в разбавленных водных растворах, окрашенных в слабый голубой цвет, и в газовой фазе.В больших концентрациях эта кислота токсична.

Получение HNO2
1)KNO2+H2SO4=HNO2+KHSO4
2)Ba(NO3)2+H2SO4=2HNO2+BaSO4
AgNO2+HCl=HNO2+AgCl

Азотная кислота(+5)

Химические свойства

С точки зрения кислотно-основных свойств HNO3-кислота.Как и все кислоты она будет реагировать:

а)С основными оксидами

CaO + 2 HNO3 → H2O + Ca(NO3)2

б)С солями

2HNO3+CaCO3=Ca(NO3)2+CO2+H2O

в)С гидроксидами металлов

NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O

С точки зрения окислительно-восстановительных свойств HNO3-сильный окислитель, за счет атома азота в высшей степени окисления.Будет взаимодействовать с типичными восстановителями:

а)С металлами

Mg + 4HNO3 = Mg(NO3)2 + 2NO2 +2H2O

Pt и Au не  реагируют с азотной кислотой!
Fe, AI, Cr реагируют с концентрированной HNO3 только при нагревании!

Me + HNO3(разб) = MeNO3 + H2O + X

Щелочные и щелочноземельные металлыМеталлы до H2 в электрохим. ряду напряжения +Mg и Al Металлы после H2
X- это NH4NO3X- это N2, N2OX- это NO

Me + HNO3(конц) = MeNO3 + H2O + X

Щелочные и щелочноземельные металлыМеталлы до H2 в электрохим. ряду напряжения +Mg и AМеталлы после H2
Fe,Al,Cr при t°
X- это N2X- это NO X- это NO2

б)С неметаллами 

P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O
S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
C + 4HNO3 → CO2 + 4NO2 + 2H2O
I2 + 10HNO3 → 2HIO3 + 10NO2 + 4H2O

в)С галогеноводородами 

HNO3 + 3HCl → NOCl + Cl2 + 2H2O
6HBr + 2HNO3 → 3Br2 + 2NO + 4H2O

г)С сероводородной кислотой

8HNO3 + H2S → H2SO4 + 8NO2 + 4H2O

Химические свойства нитратов

I.Как любые соли,нитраты взаимодействуют
а)с кислотами

Ba(NO3)2+H2SO4=BaSO4+2HNO3

б) с основаниями

Cu(NO3)2 + 2KOH=Cu(OH)2+ 2KNO3

в) с солями

3Ca(NO3)2+2K3PO4=6KNO3+Ca3(PO4)2

г)Более активные металлы вытесняют менее активные металлы из нитратов
Cu(NO3)2+Fe=Fe(NO3)2+Cu

II.Специфические свойства нитратов

1)NaNO3 и KNO3 не взаимодействуют с кислотами,солями,основаниями(т.к. р-ция не идет до конца)

2)Все нитраты при нагревании разлагаются

2KNO3=2KNO2+O2
2Zn(NO3)2=ZnO+2NO2+O2
2AgNO3=2Ag+2NO2+O2

Физические свойства азотной кислоты

Азотная кислота — бесцветная, дымящая на воздухе жидкость, температура плавления −41,59 °C, кипения +82,6 °C с частичным разложением. Азотная кислота смешивается с водой во всех соотношениях.

4HNO3 = 2H2O + 4NO2 ↑ + O2 ↑ 

Получение  

а) В промышленности:
N2+3H2=2NH3
4NH3+5O2=4NO+6H2O(kat-Pt)
6NO+3O2+2H2O=4HNO3+2NO

б) В лаборатории
NaNO3+H2SO4=HNO3+NaHSO4