Азот қышқылы: қасиеттері мен реакциялары,
негізінде жатқан өндіріс

9-сынып

Химия сабағына келе жатқан жігіттер жаңа нәрселерді үйреніп, алған білімдерін қолданғысы келеді, әсіресе ақпарат алып, өз бетімен тәжірибе жасағанды ​​ұнатады. Бұл сабақ жаңа материалды оқу барысында студенттер бұрын алған білімдерін: азот атомының құрылысын, химиялық байланыстардың түрлерін, электролиттік диссоциацияны, тотығу-тотықсыздану реакцияларын, тәжірибе кезіндегі қауіпсіздік шараларын қолдана алатындай құрылымдалған.

Мақсаттар.Азот оксидтерінің жіктелуін және қасиеттерін қайталаңыз, сонымен қатар жалпы қасиеттеріэлектролиттік диссоциация теориясы (TED) аясында азот қышқылы. Сұйылтылған және концентрлі қышқылдардың металдармен әрекеттесу мысалында студенттерді азот қышқылының тотықтырғыш қасиеттерімен таныстыру. Азот қышқылын алу әдістері және оны қолдану аймақтары туралы түсінік беру.

Жабдық.Оқушылардың алдында әр үстелде сабақ жоспары, азот қышқылының металдармен әрекеттесу диаграммасы, реактивтер жинағы, оқылған материалды бекітуге арналған сынақтар бар.

П лан н у р о к а

азот оксидтері.

Азот қышқылының молекуласының құрамы мен құрылысы.

Азот қышқылының физикалық қасиеттері.

Азот қышқылының химиялық қасиеттері.

Азот қышқылын алу.

Азот қышқылын қолдану.

Материалды бекіту (нұсқалар бойынша сынау).

САБАҚ КЕЗІНДЕ

азот оксидтері

Мұғалім.Азот оксидтерінің формулаларын есте сақтаңыз және жазыңыз. Қандай оксидтер тұз түзуші, тұз түзбейтін оксидтер деп аталады? Неліктен?

Оқушылар өз бетінше бес азот оксидінің формулаларын жазып, оларды атайды, құрамында азот бар оттегі қышқылдарын еске түсіреді және оксидтер мен қышқылдардың сәйкестігін орнатады. Оқушылардың бірі тақтаға (үстелге) жазады.

Кесте

Азот оксидтерін, қышқылдарды және тұздарды салыстыру

Демо тәжірибесі:
азот оксидінің (IV) сумен әрекеттесуі

Мұғалім. бар ыдысқаЖОҚ 2 аздап су қосып, мазмұнын шайқаңыз, содан кейін алынған ерітіндіні лакмуспен сынаңыз.

Біз нені байқаймыз? Екі қышқылдың түзілуіне байланысты ерітінді қызыл түске боялады.

2NO 2 + H 2 O \u003d HNO 2 + HNO 3.

Азоттың тотығу күйіЖОҚ 2 +4 тең, яғни. ол +3 пен +5 арасындағы аралық, олар ерітіндіде тұрақты, сондықтан азот оксидіне (IV) бірден екі қышқыл сәйкес келеді - азот және азот.

Молекуланың құрамы мен құрылысы

Мұғалім.Тақтаға азот қышқылының молекулалық формуласын жазып, оның молекулалық массасын есептеп, элементтердің тотығу дәрежелерін белгіле. Құрылымдық және электронды формулаларды құрастырыңыз.

Оқушылар келесі формулаларды құрастырады (1-сурет).

Күріш. 1. Азот қышқылының қате құрылымдық және электрондық формулалары

Мұғалім.Осы формулаларға сәйкес, он электрон азоттың айналасында айналады, бірақ бұл мүмкін емес, өйткені. азот екінші периодта және ең көбі оның сыртқы қабатында тек сегіз электроны болуы мүмкін. Бұл қайшылық жойылады, егер азот атомы мен оттегі атомдарының бірі арасында түзіледі деп есептесек. коваленттік байланысдонор-акцепторлық механизм бойынша(Cурет 2).

Күріш. 2. Азот қышқылының электрондық формуласы.
Азот атомының электрондары қара нүктелермен белгіленген

Сонда азот қышқылының құрылымдық формуласын келесідей көрсетуге болады(Cурет 3) :

Күріш. 3. Азот қышқылының құрылымдық формуласы
(донор-акцепторлық байланыс көрсеткі арқылы көрсетілген)

Бірақ қос байланыстың екі оттегі атомы арасында біркелкі таралатыны тәжірибе жүзінде дәлелденген. Азот қышқылында азоттың тотығу дәрежесі +5, ал валенттілігі (ескерту) төртке тең, себебі тек төрт ортақ электрон жұбы бар.

Азот қышқылының физикалық қасиеттері

Мұғалім.Сіздің алдыңызда сұйылтылған және концентрлі азот қышқылының құтылары бар. Сіз байқаған физикалық қасиеттерді сипаттаңыз.

Оқушылар азот қышқылын судан ауыр, сарғыш түсті, өткір иісі бар сұйықтық деп сипаттайды. Азот қышқылының ерітіндісі түссіз және иіссіз.

Мұғалім. Мен азот қышқылының қайнау температурасы +83 °C, қату температурасы -41 °C, яғни. қалыпты жағдайда бұл сұйықтық. Өткір иіс пен сақтау кезінде сарғайып кетуі концентрлі қышқылдың жарықтың немесе қыздырудың әсерінен тұрақсыз және жартылай ыдырайтындығымен түсіндіріледі.

Қышқылдың химиялық қасиеттері

Мұғалім. Қышқылдар қандай заттармен әрекеттеседі?(Оқушылардың аты-жөні.)

Міне, реагенттер, аталған реакцияларды * орындаңыз және өз бақылауларыңызды жазыңыз (реакциялар TED жарығында жазылуы керек).

Енді азот қышқылының ерекше қасиеттеріне тоқталайық.

Сақтау кезінде қышқылдың сарғаятынын атап өттік, енді оны дәлелдейміз. химиялық реакция:

4HNO 3 \u003d 2H 2 O + 4NO 2 + O 2.

(Оқушылар реакцияның электронды балансын өз бетінше жазады.)

Шығарылатын «қоңыр газ»(NO2) қышқылды бояйды.

Бұл қышқыл әсіресе металдарға қатысты әрекет етеді. Металдардың қышқыл ерітінділерінен сутегін ығыстыратынын білесіз, бірақ азот қышқылымен әрекеттескен кезде бұл болмайды.

Әртүрлі концентрациядағы қышқылдар металдармен әрекеттескенде қандай газдар бөлінетінін үстеліңіздегі диаграммаға қараңыз (4-сурет). (Схемамен жұмыс.)

Күріш. 4. Азот қышқылының металдармен әрекеттесу схемасы

Демо тәжірибесі:
концентрлі азот қышқылының мыспен әрекеттесуі

Азот қышқылының (конс.) мыс ұнтағымен немесе майдалап туралған кесектермен реакциясын өте тиімді көрсету. мыс сым:

Оқушылар реакцияның электронды балансын өз бетінше жазады:

Қышқыл өндірісі

Мұғалім. Азот қышқылын алу мәселесін қарастырмасақ сабақ толық болмайды.

Зертханалық әдіс: концентрлі күкірт қышқылының нитраттарға әсері (5-сурет).

NaNO 3 + H 2 SO 4 \u003d NaHSO 4 + HNO 3.

Өнеркәсіпте қышқыл негізінен аммиак әдісімен өндіріледі.

Күріш. 5. Әзірге зертханада азот қышқылын алу
ескі химиялық шыны ыдысты пайдалану ыңғайлы - реторт

Азот пен оттегіден 2000°С жоғары температурада қышқыл алу әдісі (электр доғасы) көп тараған жоқ.

Ресейде азот қышқылын алу тарихы инженер-химик Иван Иванович Андреевтің (1880–1919) есімімен байланысты.

1915 жылы ол аммиактан қышқыл өндіретін бірінші қондырғыны жасап, әзірленген әдісті 1917 жылы зауыттық масштабта енгізді. Бірінші зауыт Донецк қаласында салынды.

Бұл әдіс бірнеше қадамдарды қамтиды.

1) Аммиак-ауа қоспасын дайындау.

2) Аммиактың платина торында атмосфералық оттегімен тотығуы:

4NH 3 + 5O 2 \u003d 4NO + 6H 2 O.

3) Азот оксидінің (II) азот оксидіне (IV) одан әрі тотығуы:

2NO + O 2 \u003d 2NO 2.

4) Азот оксидін (IV) суда еріту және қышқыл алу:

3NO 2 + H 2 O \u003d 2HNO 3 + NO.

Егер еріту оттегінің қатысуымен жүргізілсе, онда барлық азот оксиді (IV) азот қышқылына өтеді.

5) Соңғы кезеңазот қышқылы өндірісі - азот оксидтерінен атмосфераға тарайтын газдарды тазарту. Бұл газдардың құрамы: 98% дейін азот, 2–5% оттегі және 0,02–0,15% азот оксидтері. (Азот әуелі ауада аммиакты тотықтыру үшін алынған.) Егер бұл пайдаланылған газдардағы азот оксидтері 0,02%-дан жоғары болса, онда олар арнайы каталитикалық азотқа дейін тотықсызданады, өйткені бұл оксидтердің осындай аз мөлшерінің өзі үлкен экологиялық проблемаларға әкеледі.

Осы айтылғандардың бәрінен кейін сұрақ туындайды: қышқыл не үшін қажет?

Қышқылды қолдану

Мұғалім.Азот қышқылы өндірісте қолданылады: азот тыңайтқыштары, және ең алдымен аммоний нитраты(ол қалай алынады?); жарылғыш заттар (неге?); бояғыштар; келесі сабақта талқыланатын нитраттар.

Материалды бекіту

Фронтальды сыныпты зерттеу

- Неліктен азот қышқылында азоттың тотығу дәрежесі +5, ал валенттілігі төрт?

- Қандай металдармен азот қышқылыреакция бермейді?

-Тұз және азот қышқылдарын тану керек, үстелде үш металл бар - мыс, алюминий және темір. Сіз мұны қалай жасайсыз және неге?

Сынақ

1 нұсқа

1. Азот атомындағы энергетикалық деңгейлер бойынша электрондардың таралуы қандай сандар қатарына сәйкес келеді?

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

2. Іс жүзінде мүмкін болатын реакциялардың теңдеулерін аяқтаңыз:

1) HNO 3 (айырма) + Cu … ;

2) Zn + HNO 3 (конс.) ...;

3) HNO 3 + MgCO 3 ...;

4) CuO + KNO 3 ... .

3. Қай теңдеу азот қышқылының өнеркәсіптік өндірісінің кезеңдерінің бірін бейнелейтінін көрсетіңіз.

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 \u003d 2NO.

4. теріс қуаттотығу қосылыстағы азотпен көрінеді:

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

5. Мыс жоңқаларының концентрлі азот қышқылымен әрекеттесуі мыналардың түзілуіне әкеледі:

1) NO 2 ; 2) ЖОҚ; 3) N 2 ; 4) NH3.

2-нұсқа

1. Мағынасы ең жоғары валенттіліказот дегеніміз:

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

2. Концентрлі азот қышқылының келесі металдармен ықтимал әрекеттесуін жазыңыз: натрий, алюминий, мырыш, темір, хром.

3. Азот қышқылын алу үшін шикізат болып табылатын заттарды таңдаңыз:

1) азот және сутегі;

2) аммиак, ауа және су;

3) нитраттар.

4. Концентрлі азот қышқылы мыналармен әрекеттеспейді:

1) Көмір қышқыл газы;

2) тұз қышқылы;

3) көміртек;

4) барий гидроксиді.

5. Өте сұйылтылған қышқыл магниймен әрекеттескенде, ол түзеді:

1) NO 2 ; 2) ЖОҚ; 3) N 2 O; 4) NH4NO3.

Тест жауаптары 1 нұсқа. 1 – 4; 1) 8HNO 3 (айырма) + 3Cu = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O; 2) Zn + 4HNO 3 (конц.) = Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O; 3) 2HNO 3 + MgCO 3 = Mg(NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O; 3 – 1; 4 – 4; 5 – 1. V a r i a n t 2. 1 – 4; Na + 2HNO 3 (конс.) = NaNO 3 + NO 2 + H 2 O, Zn + 4HNO 3 (конс.) = Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O; 3 – 2; 4 – 1; 5 – 4.

* Мысалы, сіз жігіттерді келесі зертханалық тәжірибелерді жасауға шақыра аласыз.

1) Азот қышқылының ерітіндісі бар пробиркаға лакмус құйып, біртіндеп натрий гидроксиді ерітіндісін құйыңыз. Өз бақылауларыңызды жазыңыз.

2) Пробиркаға аздап бор салыңыз, сұйылтылған азот қышқылын қосыңыз.

3) Пробиркаға біраз мыс (II) оксидін құйыңыз, сұйылтылған азот қышқылын қосыңыз. Шешім қандай түсті? Пробирканы ұстағышқа қысып, жылытыңыз. Ерітіндінің түсі қалай өзгереді? Түсінің өзгеруі нені білдіреді? - Ескерту. ред.

: моногидрат (HNO 3 ·H 2 O) және тригидрат (HNO 3 ·3H 2 O).

Физикалық және физика-химиялық қасиеттері

Азот қышқылының сулы ерітіндісінің фазалық диаграммасы.

Азот қышқылының құрамындағы азот төрт валентті, тотығу дәрежесі +5. Азот қышқылы – ауада түтін шығатын түссіз сұйық, балқу температурасы −41,59 °C, қайнау температурасы +82,6 °C, ішінара ыдырайтын. Азот қышқылының суда ерігіштігі шектелмейді. Массалық үлесі 0,95-0,98 болатын HNO 3 сулы ерітінділері «түтіндік азот қышқылы», массалық үлесі 0,6-0,7 концентрлі азот қышқылы деп аталады. Сумен азеотропты қоспа түзеді (массалық үлесі 68,4%, г 20 = 1,41 г/см, T bp = 120,7 °C)

Су ерітінділерінен кристалданған кезде азот қышқылы кристалды гидраттарды түзеді:

• моногидрат HNO 3 H 2 O, T pl \u003d -37,62 ° C
• тригидрат HNO 3 3H 2 O, T pl \u003d -18,47 ° C

Қатты азот қышқылы екі кристалдық модификацияны құрайды:

• моноклиникалық, ғарыштық топ П 2 1/а, а= 1,623 нм, б= 0,857 нм, в= 0,631, β = 90°, Z = 16;

Моногидрат орторомбты кристалдар, кеңістіктік топ түзеді П na2, а= 0,631 нм, б= 0,869 нм, в= 0,544, Z = 4;

Азот қышқылының сулы ерітінділерінің тығыздығы оның концентрациясына байланысты теңдеумен сипатталады.

Мұндағы d – г/см³-дегі тығыздық, c – қышқылдың массалық үлесі. Бұл формула 97% жоғары концентрациялардағы тығыздық тәртібін нашар сипаттайды.

Химиялық қасиеттері

Жоғары концентрациялы HNO 3 әдетте жарықта ыдырау процесіне байланысты қоңыр түсті болады:

Қыздырған кезде азот қышқылы бірдей реакцияға сәйкес ыдырайды. Азот қышқылын төмендетілген қысымда ғана (ыдырамай) тазартуға болады (көрсетілген қайнау температурасы атмосфералық қысымэкстраполяция арқылы табылады).

в) тұздарынан әлсіз қышқылдарды ығыстырады:

Қайнағанда немесе жарықта азот қышқылы жартылай ыдырайды:

Кез келген концентрациядағы азот қышқылы тотықтырғыш қышқылдың қасиетін көрсетеді, ал азот +4-тен -3-ке дейінгі тотығу дәрежесіне дейін тотықсызданады. Тотықсыздану тереңдігі ең алдымен тотықсыздандырғыштың табиғатына және азот қышқылының концентрациясына байланысты. Тотықтырғыш қышқыл ретінде HNO 3 әрекеттеседі:

Нитраттар

Азот қышқылы – күшті қышқыл. Оның тұздары – нитраттар – металдарға, оксидтерге, гидроксидтерге немесе карбонаттарға HNO 3 әсер еткенде алынады. Барлық нитраттар суда жақсы ериді. Нитрат ионы суда гидролизденбейді.

Азот қышқылының тұздары қыздырғанда қайтымсыз ыдырайды, ал ыдырау өнімдерінің құрамы катионмен анықталады:

а) магнийдің сол жағындағы кернеулер қатарында тұрған металдардың нитраттары:

б) магний мен мыс арасындағы кернеу қатарында орналасқан металдардың нитраттары:

в) оң жақтағы кернеу қатарында орналасқан металдардың нитраттары:

Су ерітінділеріндегі нитраттар іс жүзінде тотықтырғыш қасиет көрсетпейді, бірақ жоғары температурақатты күйде күшті тотықтырғыштар болады, мысалы, қатты заттар балқығанда:

Тарихи мәліметтер

Селитраны алюминиймен және мыс сульфатымен құрғақ айдау арқылы сұйылтылған азот қышқылын алу әдісі алғаш рет 8 ғасырда Джабирдің (латын тіліндегі аудармаларында Гебер) трактаттарында сипатталған сияқты. Түрлі модификациялары бар бұл әдіс, ең маңыздысы мыс сульфатын темір сульфатына ауыстыру болды, 17 ғасырға дейін еуропалық және араб алхимиясында қолданылды.

17 ғасырда Глаубер ұшқыш қышқылдарды олардың тұздарын концентрлі күкірт қышқылымен, соның ішінде калий нитратынан алынған азот қышқылымен әрекеттесу арқылы алу әдісін ұсынды, бұл концентрлі азот қышқылын химиялық тәжірибеге енгізуге және оның қасиеттерін зерттеуге мүмкіндік берді. Әдіс

2018 жылғы 23 ақпан

Адам қолданатын ең маңызды өнімдердің бірі – нитрат қышқылы. Заттың формуласы HNO 3, ол сондай-ақ әртүрлі физикалық және химиялық сипаттамаларыбасқа бейорганикалық қышқылдардан айырмашылығы. Біздің мақалада біз азот қышқылының қасиеттерін зерттейміз, оны алу әдістерімен танысамыз, сонымен қатар әртүрлі салаларда, медицинада және Ауыл шаруашылығы.

Физикалық қасиеттердің ерекшеліктері

Құрылымдық формуласы төменде келтірілген азот қышқылы зертханада алынған түссіз сұйықтық болып табылады. жағымсыз иіссудан ауыр. Ол тез буланады және төмен қайнау температурасы +83 ° C. Қосылыс сумен кез келген пропорцияда оңай араласып, әртүрлі концентрациядағы ерітінділер түзеді. Оның үстіне нитрат қышқылы ауадан ылғалды сіңіре алады, яғни гигроскопиялық зат. Азот қышқылының құрылымдық формуласы екі мағыналы және екі пішінді болуы мүмкін.

Молекулалық түрде нитрат қышқылы жоқ. Әртүрлі концентрациядағы сулы ерітінділерде зат келесі бөлшектер түрінде болады: H 3 O + - гидроний иондары және қышқыл қалдығының аниондары - NO 3 -.

Қышқылдық-негіздік әрекеттесу

Күшті қышқылдардың бірі болып табылатын азот қышқылы орын басу, алмасу және бейтараптандыру реакцияларына түседі. Сонымен, негізгі оксидтермен қосылыс метаболикалық процестерге қатысады, нәтижесінде тұз және су алынады. Бейтараптандыру реакциясы барлық қышқылдардың негізгі химиялық қасиеті болып табылады. Негіздер мен қышқылдардың әрекеттесу өнімдері әрқашан сәйкес тұздар мен су болады:

NaOH + HNO 3 → NaNO 3 + H 2 O

Қатысты бейнелер

Металдармен реакциялар

Формула HNO 3 болатын азот қышқылының молекуласында азот ең көп көрсетеді. жоғары дәрежетотығуы +5 тең, сондықтан зат айқын тотықтырғыш қасиетке ие. Күшті қышқыл ретінде металдардың сутегіге дейінгі белсенділік қатарындағы металдармен әрекеттесуге қабілетті. Дегенмен, басқа қышқылдардан айырмашылығы, ол мыс немесе күміс сияқты пассивті металл элементтерімен де әрекеттесе алады. Реагенттер мен әрекеттесу өнімдері қышқылдың өзінің концентрациясымен де, металдың белсенділігімен де анықталады.

Сұйылтылған азот қышқылы және оның қасиеттері

Егер HNO 3 массалық үлесі 0,4-0,6 болса, онда қосылыс күшті қышқылдың барлық қасиеттерін көрсетеді. Мысалы, ол сутегі катиондарына және қышқыл қалдығы аниондарына диссоциацияланады. Қышқыл ортадағы индикаторлар, мысалы, күлгін лакмус, H + иондарының артық болуы кезінде оның түсін қызылға өзгертеді. Ең маңызды ерекшелігінитрат қышқылының металдармен реакциясы - суға дейін тотыққан сутегінің бөлінбеуі. Оның орнына әртүрлі қосылыстар – азот оксидтері түзіледі. Мысалы, күмістің азот қышқылының молекулаларымен әрекеттесу процесінде формуласы HNO 3, азот оксиді, су және тұз – күміс нитраты кездеседі. Комплекс анионында азоттың тотығу дәрежесі төмендейді, өйткені үш электрон қосылған.

Магний, мырыш, кальций сияқты белсенді металл элементтерімен нитрат қышқылы әрекеттесіп, валенттілігі ең кіші азот оксидін түзеді, ол 1. Тұз бен су да түзіледі:

4Mg + 10HNO 3 \u003d NH 4 NO 3 + 4Mg (NO 3) 2 + 3H 2 O

Егер азот қышқылы химиялық формулаол HNO 3 өте сұйылтылған, бұл жағдайда оның белсенді металдармен әрекеттесу өнімдері әртүрлі болады. Бұл аммиак, бос азот немесе азот оксиді (I) болуы мүмкін. Мұның бәрі байланысты сыртқы факторлар, олар металды ұнтақтау дәрежесін және температурасын қамтиды реакция қоспасы. Мысалы, оның мырышпен әрекеттесу теңдеуі келесідей болады:

Zn + 4HNO 3 \u003d Zn (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Концентрлі HNO 3 (96-98%) қышқылы металдармен әрекеттескенде азот диоксидіне дейін тотықсызданады және бұл әдетте Н.Бекетов қатарындағы металдың орнына байланысты емес. Бұл көп жағдайда, мысалы, күміспен әрекеттесу кезінде орын алады.

Ережеден ерекшелікті еске түсірейік: қалыпты жағдайда концентрлі азот қышқылы темірмен, алюминиймен және хроммен әрекеттеспейді, бірақ оларды пассивтендіреді. Бұл металл бетінде қышқыл молекулаларымен одан әрі жанасуды болдырмайтын қорғаныш оксидті қабықша пайда болғанын білдіреді. Концентрлі тұз қышқылымен 3:1 қатынасындағы заттың қоспасы акварегия деп аталады. Оның алтынды еріту қабілеті бар.

Нитрат қышқылы бейметалдармен қалай әрекеттеседі

Заттың күшті тотықтырғыштық қасиеті оның металл емес элементтермен реакцияларында соңғыларының сәйкес қышқылдар түріне өтуіне әкеледі. Мысалы, күкірт сульфатқа, бордан борға дейін, фосфордан фосфат қышқылдарына дейін тотығады. Төмендегі реакция теңдеулері мұны растайды:

S 0 + 2HN V O 3 → H 2 S VI O 4 + 2N II O

Азот қышқылын алу

Зат алудың ең қолайлы зертханалық әдісі – нитраттардың концентрлі сульфат қышқылымен әрекеттесуі. Ол температураның көтерілуіне жол бермей, төмен қыздыру арқылы жүзеге асырылады, өйткені бұл жағдайда алынған өнім ыдырайды.

Өнеркәсіпте азот қышқылын бірнеше жолмен алуға болады. Мысалы, атмосфералық азот пен сутектен алынған аммиактың тотығуы. Қышқыл өндірісі бірнеше сатыда жүреді. Азот оксидтері аралық өнім болады. Алдымен азот оксиді NO түзіледі, содан кейін ол атмосфералық оттегімен азот диоксидіне дейін тотығады. Соңында сумен және артық оттегімен әрекеттескенде NO 2-ден сұйылтылған (40-60%) нитрат қышқылы түзіледі. Егер оны концентрлі сульфат қышқылымен тазартса, ерітіндідегі HNO 3 массалық үлесін 98-ге дейін арттыруға болады.

Нитрат қышқылын алудың жоғарыда аталған әдісін алғаш рет Ресейдегі азот өнеркәсібінің негізін салушы И.Андреев 20 ғасырдың басында ұсынған.

Қолдану

Біздің есімізде азот қышқылының химиялық формуласы HNO 3. Қандай ерекшелігі химиялық қасиеттеріоның қолданылуын анықтайды, егер нитрат қышқылы химиялық өндірістің үлкен тонналық өнімі болса? Бұл заттың жоғары тотықтырғыш қабілеті. Оны алу үшін фармацевтика өнеркәсібінде қолданылады дәрілер. Зат қызмет етеді шикізатжарылғыш қосылыстарды, пластмассаларды, бояғыштарды синтездеу үшін. Нитрат қышқылы қолданылады әскери техниказымыран отыны үшін тотықтырғыш ретінде. Оның үлкен көлемі азотты тыңайтқыштардың маңызды түрі – селитра өндірісінде қолданылады. Олар ең маңызды дақылдардың өнімділігін арттыруға және жемістер мен жасыл массадағы ақуыздың мазмұнын арттыруға көмектеседі.

Нитраттардың қолданылуы

Азот қышқылының негізгі қасиеттерін, алынуын және қолданылуын қарастыра отырып, оның ең маңызды қосылыстары – тұздарын қолдануға тоқталамыз. Олар тек қана емес минералды тыңайтқыштар, олардың кейбіреулері бар үлкен мәнәскери өнеркәсіпте. Мысалы, 75% калий нитраты, 15% ұсақ көмір және 5% күкірт қоспасы қара ұнтақ деп аталады. Аммоналды, жарылғыш зат аммоний селитрасынан, сондай-ақ көмір мен алюминий ұнтағынан алынады. Қызықты мүлікнитрат қышқылының тұздары – олардың қыздырғанда ыдырау қабілеті.

Сонымен қатар, реакция өнімдері тұздың құрамына қандай металл ионының кіретініне байланысты болады. Егер металл элементі магнийдің сол жағындағы белсенділік қатарында болса, өнімдерде нитриттер мен бос оттегі кездеседі. Егер нитрат құрамына кіретін металл магнийден мысға дейін орналасса, тұзды қыздырғанда азот диоксиді, оттегі және оксид түзіледі. металл элементі. Жоғары температурада күміс, алтын немесе платина тұздары бос металды, оттегі мен азот диоксидін түзеді.

Біздің мақалада азот қышқылының химиялық формуласы химияда қандай екенін және оның тотықтырғыш қасиеттерінің қандай ерекшеліктері маңызды екенін білдік.

Күріш. 97. Азот қышқылында скипидар жануы

Таза – түссіз сұйықтық соғуы. салмағы 1,53, 86° қайнап, -41° қатып, мөлдір кристалды массаға айналады. Ауада ол концентрлі тұз қышқылы сияқты «түтіндейді», өйткені оның булары ауа ылғалдылығымен тұманның ұсақ тамшыларын құрайды.

Ол кез келген қатынаста сумен араласады, ал 68% ерітінді 120,5° қайнап, өзгеріссіз тазартылады. Бұл композицияның кәдімгі сатылым ырғағы бар. салмағы 1.4. Құрамында 96-98% HNO 3 және құрамында еріген азот диоксиді бар қызыл-қоңыр түсті концентрлі қышқыл түтін азот қышқылы деп аталады.

Азот қышқылы ерекше химиялық беріктігі бойынша ерекшеленбейді. Жарықтың әсерінен ол бірте-бірте ыдырайдысу және азот диоксиді:

4HNO 3 \u003d 2H 2 O + 4NO 2 + O 2

Температура неғұрлым жоғары болса және қышқылдың концентрациясы соғұрлым жоғары болса, соғұрлым жоғары болады жылдамырақ жүредіыдырау. Сондықтан селитрадан алынған азот қышқылы азот диоксидімен әрқашан сарғыш түске боялады. Ыдырауды болдырмау үшін дистилляция төмендетілген қысыммен жүзеге асырылады, оның астында азот қышқылы 20 ° жақын температурада қайнайды.

Азот қышқылы - ең күшті қышқылдардың бірі; сұйылтылған ерітінділерде ол толығымен Н және NO3' иондарына ыдырайды.

Азот қышқылының ең сипатты қасиеті оның айқын тотықтырғыш қасиеті болып табылады. Азот қышқылы - ең қуатты тотықтырғыштардың бірі.Көптеген металлоидтар онымен оңай тотығады, сәйкес қышқылдарға айналады. Мәселен, мысалы, азот қышқылымен қайнатқанда ол бірте-бірте күкірт қышқылына, фосфор қышқылына т.б тотығады. Концентрлі азот қышқылына батырылған жанып тұрған шоқ сөніп қана қоймайды, біраққызыл-қоңыр азот диоксиді түзе отырып, қышқылды ыдыратып, жарқырайды.

Кейде тотығу кезінде көп жылу бөлінетіні сонша, тотықтырғыш зат алдын ала қыздырмай-ақ өздігінен тұтанады.

Мысалы, фарфор шыныаяққа аздап ысталған азот қышқылын құйып алайық, шыныаяқты кең стаканның түбіне қойып, тамшуырға скипидар жинап, оны қышқылы бар шыныаяққа тамшылатып жібереміз. Әрбір тамшы қышқылға түсіп, тұтанып, жанып, үлкен жалын мен күйе бұлтын құрайды (97-сурет). Жылытылған үгінділерсонымен қатар түтін шығаратын азот қышқылының бір тамшысынан өрт шығады. Азот қышқылы алтын, платина және кейбір сирек металдарды қоспағанда, барлығына дерлік әсер етіп, оларды нитрат тұздарына айналдырады. Соңғылары суда жақсы еритіндіктен, азот қышқылы металдарды, әсіресе басқа қышқылдар әсер етпейтін немесе өте баяу әрекет ететін металдарды еріту үшін үнемі қолданылады.

Бір қызығы, MV да анықтағандай, сұйылтылған азот қышқылында оңай еритін кейбір (және т.б.) суық концентрлі азот қышқылында ерімейді. Шамасы, бұл олардың бетінде металды қышқылдың одан әрі әсер етуінен қорғайтын жұқа, өте тығыз оксид қабатының пайда болуына байланысты. Мұндай, концентрлі азот қышқылымен өңдегеннен кейін «пассивті» болады, яғни сұйылтылған қышқылдарда да еру қабілетін жоғалтады.

Азот қышқылының тотықтырғыш қасиеті оның молекулаларының тұрақсыздығына және оларда 5-ке тең оң валенттілікке сәйкес келетін ең жоғары тотығу дәрежесінде азоттың болуына байланысты. Тотықтыру арқылы азот қышқылы келесі қосылыстарға ретімен тотықсызданады:

HNO 3 →NO 2 →HNO 2 →NO→N 2 O→N 2 →NH 3

Азот қышқылының тотықсыздану дәрежесі оның концентрациясына да, тотықсыздандырғыштың % белсенділігіне де байланысты. Қышқыл неғұрлым сұйылтылған болса, соғұрлым ол азаяды. Концентрлі азот қышқылы әрқашан NO 2 дейін тотықсызданады. Сұйылтылған азот қышқылы әдетте NO дейін тотықсызданады немесе Fe, Zn, Mg сияқты активті металдардың әсерінен N 2 O. Қышқыл өте сұйылтылған болса, негізгі тотықсыздану өнімі аммоний түзетін NH 3 болады. қышқылдың артық мөлшері 4NO3 бар NH тұзы.

Түсіндіру үшін азот қышқылымен бірнеше тотығу реакцияларының схемаларын келтіреміз;

1) Pb + HNO 3 → Pb (NO 3) 2 + NO 2 + H 2 O

2) Cu + HNO 3 → Cu (NO 3) 2 + NO + H 2 O

сұйылтылған,

3) Mg + HNO 3 → Mg(NO 3) 2 + N 2 O + H 2 O

сұйылтылған,

4) Zn + HNO 3 → Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O

өте сұйылтылған.

Айта кету керек металдарға сұйылтылған азот қышқылының әсерінен, әдетте, шығарылмайды.

Металлоидтар тотыққанда азот қышқылы әдетте NO-ға дейін тотықсызданады.Мысалы:

S + 2HNO 3 \u003d H 2 SO 4 + 2NO

Жоғарыдағы диаграммалар ең типтік жағдайларды көрсетеді. тотығу әрекетіазот қышқылы. Жалпы алғанда

азот қышқылының қатысуымен жүретін барлық тотығу реакциялары бір мезгілде әртүрлі тотықсыздану өнімдерінің түзілуіне байланысты өте күрделі және әлі де толық түсіндірілді деп санауға болмайтынын атап өткен жөн.

1 көлем азот пен 3 көлемнен тұратын қоспа тұз қышқылы, акварегия деп аталады. Корольдік арақ азот қышқылында ерімейтін кейбір металдарды ерітеді, соның ішінде «металдар патшасы» -. Оның әрекеті азот қышқылының бос хлордың бөлінуімен және түзілуімен тұз қышқылын тотықтыратындығымен түсіндіріледі. нитрозилхлорид NOCl:

HNO 3 + 3HCl \u003d Cl 2 + 2H 2 O + NOCl

Нитрозилхлорид реакцияның аралық өнімі болып табылады және азот оксидіне ыдырайды және:

2NOCl \u003d 2NO + Cl 2

Бөлінген металдармен қосылып, металдар түзеді, сондықтан металдарды акварегияда еріткен кезде азот қышқылы емес, тұз қышқылының тұздары алынады:

Au + 3HCl + HNO 3 \u003d AuCl 3 + NO + 2H 2 O

Көптеген органикалық азот қышқылына молекуладағы бір немесе бірнеше сутегі атомдары әсер ететіндей әсер етеді. органикалық қосылыснитротоптармен ауыстырылады - NO 2 . Нитрлеу деп аталатын бұл процесс органикалық химияда өте маңызды рөл атқарады.

Фосфор ангидриді азот қышқылына әсер еткенде, соңғысы азот қышқылынан су элементтерін жояды және нәтижесінде азот ангидриді мен метафосфор қышқылы түзіледі.

2HNO 3 + P 2 O 5 \u003d N 2 O 5 + 2HPO 3

Азот қышқылы ең маңызды азот қосылысы болып табылады әртүрлі қолданбаларол халық шаруашылығында табады.

Азот қышқылы азотты тыңайтқыштар мен органикалық бояғыштар өндірісінде көп мөлшерде қолданылады. Көптеген химиялық процестерде тотықтырғыш ретінде қолданылады, азотты әдіспен күкірт қышқылын алуда қолданылады, металдарды ерітуге, нитраттарды алуға қызмет етеді және целлюлоза лактары, фильм және басқа да бірқатар химия өнеркәсібінде. Азот қышқылы ел қорғанысына қажетті және тау-кен өнеркәсібінде және әртүрлі салаларда кеңінен қолданылатын түтінсіз ұнтақ пен жарылғыш заттарды өндіру үшін де қолданылады. жер жұмыстары(каналдар, бөгеттер және т.б. салу).

АНЫҚТАУ

Таза азот қышқылы- түссіз сұйықтық, -42 o C мөлдір кристалдық массаға айналады (молекуланың құрылымы 1-суретте көрсетілген).

Ауада ол концентрлі тұз қышқылы сияқты «түтіндейді», өйткені оның булары ауа ылғалдылығымен тұманның ұсақ тамшыларын құрайды.

Азот қышқылы күшті емес. Жарықтың әсерінен ол бірте-бірте ыдырайды:

4HNO 3 \u003d 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O.

Температура неғұрлым жоғары болса және қышқылдың концентрациясы соғұрлым тезірек ыдырауы мүмкін. Бөлінген азот диоксиді қышқылда ериді және оған қоңыр түс береді.

Күріш. 1. Азот қышқылының молекуласының құрылысы.

Кесте 1. Азот қышқылының физикалық қасиеттері.

Азот қышқылын алу

Азот қышқылы тотықтырғыштардың азот қышқылына әсер етуі нәтижесінде түзіледі:

5HNO 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5HNO 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O.

Сусыз азот қышқылын қараңғыда майлаусыз барлық шыны жабдықтарда P 4 O 10 немесе H 2 SO 4 қатысуымен азот қышқылының концентрлі ерітіндісін төмендетілген қысыммен айдау арқылы алуға болады.

Азот қышқылын алудың өнеркәсіптік процесі аммиактың қыздырылған платина үстінен каталитикалық тотығуына негізделген:

NH 3 + 2O 2 \u003d HNO 3 + H 2 O.

Азот қышқылының химиялық қасиеттері

Азот қышқылы - ең күшті қышқылдардың бірі; сұйылтылған ерітінділерде ол иондарға толығымен диссоциацияланады. Оның тұздары нитраттар деп аталады.

HNO 3 ↔H + + NO 3 -.

Азот қышқылына тән қасиет оның айқын тотықтырғыш қабілеті болып табылады. Азот қышқылы - ең қуатты тотықтырғыштардың бірі. Көптеген бейметалдар онымен оңай тотығады, сәйкес қышқылдарға айналады. Сонымен күкіртті азот қышқылымен қайнатқанда бірте-бірте күкірт қышқылына, фосфор фосфор қышқылына тотығады. Концентрлі HNO 3-ке батырылған тұтанған шоқ қатты жанады.

Азот қышқылы барлық дерлік металдарға (алтын, платина, тантал, родий, иридийден басқа) әсер етіп, оларды нитраттарға, кейбір металдарды оксидтерге айналдырады.

Концентрлі азот қышқылы кейбір металдарды пассивтендіреді.

Сұйылтылған азот қышқылы белсенді емес металдармен, мысалы, мыспен әрекеттескенде, азот диоксиді бөлінеді. Белсендірек металдар болған жағдайда – темір, мырыш – динитроген оксиді түзіледі. Жоғары сұйылтылған азот қышқылы белсенді металдармен - мырыш, магний, алюминиймен әрекеттесіп, аммоний ионын түзеді, ол қышқылмен аммоний селитрасын береді. Әдетте бірнеше өнім бір уақытта қалыптасады.

Cu + HNO 3 (conc) = Cu(NO 3) 2 + NO 2 + H 2 O;

Cu + HNO 3 (сұйылтылған) = Cu(NO 3) 2 + NO + H 2 O;

Mg + HNO 3 (сұйылтылған) = Mg (NO 3) 2 + N 2 O + H 2 O;

Zn + HNO 3 (жоғары сұйылтылған) = Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O.

Азот қышқылының металдарға әсерінен сутегі, әдетте, бөлінбейді.

S + 6HNO 3 \u003d H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O;

3P + 5HNO 3 + 2H 2 O \u003d 3H 3 PO 4 + 5NO.

1 көлем азот қышқылы мен 3-4 көлем концентрлі тұз қышқылынан тұратын қоспаны акварегия деп атайды. Корольдік арақ азот қышқылымен әрекеттеспейтін кейбір металдарды, соның ішінде «металдар патшасы» - алтынды ерітеді. Оның әрекеті азот қышқылының бос хлордың бөлінуімен және азот (III) хлориді немесе нитрозилхлорид, NOCl түзілуімен тұз қышқылын тотықтыратындығымен түсіндіріледі:

HNO 3 + 3HCl \u003d Cl 2 + 2H 2 O + NOCl.

Азот қышқылын қолдану

Азот қышқылы ең маңызды азот қосылыстарының бірі болып табылады: ол азот тыңайтқыштары, жарылғыш заттар және органикалық бояғыштар өндірісінде көп мөлшерде тұтынылады, көптеген химиялық процестерде тотықтырғыш ретінде қызмет етеді, азотпен күкірт қышқылын өндіруде қолданылады. әдісі, және целлюлоза лактар, пленка жасау үшін қолданылады.

Есептерді шешу мысалдары

МЫСАЛ 1