درس "اسید نیتریک، ترکیب، ساختار مولکولی، خواص فیزیکی و شیمیایی، آماده سازی." اسید نیتریک: خواص، تهیه و کاربرد

اسید نیتریک(HNO 3) یک اسید مونوبازیک قوی است. اسید نیتریک جامد دو تغییر کریستالی را با شبکه های مونوکلینیک و ارتورومبیک تشکیل می دهد. اسید نیتریک به هر نسبت با آب مخلوط می شود. در محلول های آبی تقریباً به طور کامل به یون تجزیه می شود. یک مخلوط آزئوتروپیک با آب با غلظت 68.4 درصد و نقطه جوش 120 درجه سانتی گراد در فشار اتمسفر تشکیل می دهد. دو هیدرات جامد شناخته شده اند: مونوهیدرات (HNO 3 · H 2 O) و تری هیدرات (HNO 3 · 3H 2 O).

نیتروژن در اسید نیتریک چهار ظرفیتی، حالت اکسیداسیون +5 است. اسید نیتریک یک گاز بی رنگ، بی بو، مایع گازدار در هوا، نقطه ذوب است؟ 41.59 درجه سانتیگراد، جوش + 82.6 درجه سانتیگراد با تجزیه جزئی. حلالیت اسید نیتریک در آب محدود نیست. محلول های آبی HNO 3 با کسر جرمی 0.95-0.98 "اسید نیتریک گازدار" نامیده می شود، با کسر جرمی 0.6-0.7 - اسید نیتریک غلیظ. یک مخلوط آزئوتروپیک با آب تشکیل می دهد (کسر جرمی 68.4٪). د 20 = 1.41 گرم در سانتی متر، T جوش = 120.7 درجه سانتی گراد). هنگامی که از محلول های آبی متبلور می شود، اسید نیتریک هیدرات های کریستالی تشکیل می دهد:

• مونوهیدرات HNO 3 H 2 O، T pl =?37.62 درجه سانتی گراد
• تری هیدرات HNO 3 3H 2 O, T pl =?18.47 درجه سانتی گراد

اسید نیتریک جامد دو تغییر کریستالی ایجاد می کند:

• مونوکلینیک، گروه فضایی پ 2 1/a، آ= 1.623 نانومتر، ب= 0.857 نانومتر، ج= 0.631، b = 90 درجه، Z = 16.
• · لوزی

مونوهیدرات بلورهای سیستم اورتومبیک، گروه فضایی را تشکیل می دهد پ na2، آ= 0.631 نانومتر، ب= 0.869 نانومتر، ج= 0.544، Z = 4;

چگالی محلول های آبی اسید نیتریک به عنوان تابعی از غلظت آن توسط معادله توصیف می شود

که در آن d چگالی بر حسب گرم بر سانتی متر است، c کسر جرمی اسید است. این فرمول رفتار چگالی را در غلظت های بیشتر از 97% به خوبی توصیف نمی کند.

تحت تأثیر نور، اسید نیتریک با انتشار NO 2 تا حدی تجزیه می شود و به همین دلیل رنگ قهوه ای روشن به دست می آورد:

N 2 + O 2 تخلیه الکتریکی صاعقه > 2NO

• 2NO + O 2 > 2NO 2
• نور 4HNO 3 > 4NO 2 ^ (گاز قهوه ای)+ 2H 2 O + O 2

اسید نیتریک بسیار غلیظ گازهایی را در هوا آزاد می کند که در یک بطری بسته به صورت بخارهای قهوه ای (اکسیدهای نیتروژن) شناسایی می شوند. این گازها بسیار سمی هستند، بنابراین باید مراقب باشید که آنها را استنشاق نکنید. اسید نیتریک بسیاری از مواد آلی را اکسید می کند. کاغذ و پارچه در اثر اکسید شدن مواد تشکیل دهنده این مواد از بین می روند. اسید نیتریک غلیظ باعث سوختگی شدید با تماس طولانی مدت و زرد شدن پوست برای چند روز با تماس کوتاه می شود. زرد شدن پوست نشان دهنده تخریب پروتئین و آزاد شدن گوگرد است (واکنش کیفی به اسید نیتریک غلیظ - رنگ زرد ناشی از آزاد شدن گوگرد عنصری در اثر اثر اسید روی پروتئین - واکنش زانتوپروتئین). یعنی سوختگی پوست است. برای جلوگیری از سوختگی، هنگام پوشیدن دستکش لاستیکی باید با اسید نیتریک غلیظ کار کنید.

یکی از مهم ترین محصولات مورد استفاده انسان، اسید نیترات است. فرمول این ماده HNO 3 است و همچنین دارای ویژگی های فیزیکی و شیمیایی مختلفی است که آن را از سایر اسیدهای معدنی متمایز می کند. در مقاله خود به بررسی خواص اسید نیتریک می پردازیم، با روش های تهیه آن آشنا می شویم و همچنین دامنه کاربرد این ماده را در صنایع مختلف، پزشکی و کشاورزی در نظر می گیریم.

ویژگی های خواص فیزیکی

اسید نیتریک به دست آمده در آزمایشگاه که فرمول ساختاری آن در زیر آورده شده است، مایعی بی رنگ با بوی نامطبوع و سنگین تر از آب است. به سرعت تبخیر می شود و دارای نقطه جوش کم +83 درجه سانتیگراد است. این ترکیب به راحتی با هر نسبت با آب مخلوط می شود و محلول هایی با غلظت های مختلف تشکیل می شود. علاوه بر این، اسید نیترات می تواند رطوبت هوا را جذب کند، یعنی یک ماده مرطوب کننده است. فرمول ساختاری اسید نیتریک مبهم است و می تواند دو شکل داشته باشد.

اسید نیترات به شکل مولکولی وجود ندارد. در محلول های آبی با غلظت های مختلف، این ماده به شکل ذرات زیر است: H 3 O + - یون های هیدرونیوم و آنیون های باقی مانده اسید - NO 3 -.

برهمکنش اسید و باز

اسید نیتریک که یکی از قوی ترین اسیدها است وارد تبادل و خنثی سازی می شود. بنابراین، این ترکیب با اکسیدهای پایه در فرآیندهای متابولیک شرکت می کند و در نتیجه نمک و آب تولید می کند. واکنش خنثی سازی خاصیت شیمیایی پایه همه اسیدها است. محصولات حاصل از برهمکنش بازها و اسیدها همیشه نمک و آب مربوطه خواهد بود:

NaOH + HNO 3 → NaNO 3 + H 2 O

واکنش با فلزات

در یک مولکول اسید نیتریک که فرمول آن HNO 3 است، نیتروژن بالاترین حالت اکسیداسیون را نشان می دهد که برابر با 5+ است، بنابراین این ماده دارای خاصیت اکسید کننده بارز است. به عنوان یک اسید قوی، قادر به واکنش با فلزات در سری فعالیت فلزات تا هیدروژن است. با این حال، بر خلاف سایر اسیدها، می تواند با عناصر فلزی غیرفعال، به عنوان مثال، مس یا نقره نیز واکنش نشان دهد. معرف ها و محصولات برهمکنش هم با غلظت خود اسید و هم با فعالیت فلز تعیین می شوند.

رقیق کردن اسید نیتریک و خواص آن

اگر کسر جرمی HNO 3 0.4-0.6 باشد، این ترکیب تمام خواص یک اسید قوی را نشان می دهد. به عنوان مثال، به کاتیون های هیدروژن و آنیون های باقی مانده اسید تجزیه می شود. نشانگرها در یک محیط اسیدی، مانند تورنسل بنفش، در حضور یون های H + اضافی رنگ خود را به قرمز تغییر می دهند. مهمترین ویژگی واکنش اسید نیترات با فلزات عدم توانایی در آزادسازی هیدروژن است که به آب اکسید می شود. در عوض، ترکیبات مختلفی تشکیل می شود - اکسیدهای نیتروژن. به عنوان مثال، در فرآیند برهمکنش نقره با مولکول های اسید نیتریک که فرمول آن HNO 3 است، مونوکسید نیتروژن، آب و یک نمک - نیترات نقره - کشف می شود. با اضافه شدن سه الکترون، درجه اکسیداسیون نیتروژن در آنیون کمپلکس کاهش می یابد.

اسید نیترات با عناصر فلزی فعال مانند منیزیم، روی، کلسیم واکنش می دهد و اکسید نیتریک تشکیل می دهد که ظرفیت آن کوچکترین است و برابر با 1 است. نمک و آب نیز تشکیل می شوند:

4Mg + 10HNO3 = NH4NO3 + 4Mg(NO3)2 + 3H2O

اگر اسید نیتریک که فرمول شیمیایی آن HNO 3 است بسیار رقیق باشد، در این صورت محصولات حاصل از برهمکنش آن با فلزات فعال متفاوت خواهد بود. این ممکن است آمونیاک، نیتروژن آزاد یا اکسید نیتریک (I) باشد. همه اینها به عوامل خارجی بستگی دارد که شامل درجه آسیاب فلز و دمای مخلوط واکنش است. برای مثال، معادله برهمکنش آن با روی به صورت زیر خواهد بود:

Zn + 4HNO 3 = روی (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

اسید HNO 3 غلیظ (96-98%) در واکنش با فلزات به دی اکسید نیتروژن کاهش می یابد و این معمولاً به موقعیت فلز در سری N. Beketov بستگی ندارد. این در بیشتر موارد هنگام تعامل با نقره اتفاق می افتد.

اجازه دهید استثنا قاعده را به خاطر بسپاریم: اسید نیتریک غلیظ در شرایط عادی با آهن، آلومینیوم و کروم واکنش نشان نمی دهد، بلکه آنها را غیرفعال می کند. این بدان معنی است که یک لایه اکسید محافظ روی سطح فلزات تشکیل می شود و از تماس بیشتر با مولکول های اسید جلوگیری می کند. مخلوطی از این ماده با اسید کلرید غلیظ به نسبت 3: 1 را آکوا رژیا می نامند. توانایی حل کردن طلا را دارد.

چگونه اسید نیترات با نافلزات واکنش نشان می دهد؟

خواص اکسید کننده قوی ماده منجر به این واقعیت می شود که در واکنش های آن با عناصر غیر فلزی، دومی به شکل اسیدهای مربوطه تبدیل می شود. به عنوان مثال، گوگرد به اسید سولفات، بور به اسید بوریک و فسفر به اسید فسفات اکسید می شود. معادلات واکنش زیر این را تایید می کند:

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

تهیه اسید نیتریک

راحت ترین روش آزمایشگاهی برای به دست آوردن یک ماده، برهمکنش نیترات ها با غلیظ است که با حرارت کم انجام می شود و از افزایش دما جلوگیری می شود، زیرا در این حالت محصول حاصل تجزیه می شود.

در صنعت، اسید نیتریک را می توان به روش های مختلفی تولید کرد. به عنوان مثال، از نیتروژن و هیدروژن هوا به دست می آید. تولید اسید در چند مرحله انجام می شود. محصولات میانی اکسیدهای نیتروژن خواهند بود. ابتدا مونوکسید نیتروژن NO تشکیل می شود، سپس توسط اکسیژن اتمسفر اکسید می شود و به دی اکسید نیتروژن تبدیل می شود. در نهایت در واکنش با آب و اکسیژن اضافی، اسید نیترات رقیق (40-60%) از NO 2 تولید می شود. اگر با اسید سولفات غلیظ تقطیر شود، کسر جرمی HNO 3 در محلول را می توان به 98 افزایش داد.

روش فوق برای تولید اسید نیترات اولین بار توسط بنیانگذار صنعت نیتروژن در روسیه I. Andreev در آغاز قرن بیستم ارائه شد.

کاربرد

همانطور که به یاد داریم، فرمول شیمیایی اسید نیتریک HNO 3 است. اگر اسید نیترات یک محصول در مقیاس بزرگ تولید مواد شیمیایی باشد، چه ویژگی از خواص شیمیایی استفاده از آن را تعیین می کند؟ این توانایی اکسیداسیون بالای یک ماده است. در صنعت داروسازی برای تهیه دارو استفاده می شود. این ماده به عنوان ماده اولیه برای سنتز ترکیبات انفجاری، پلاستیک ها و رنگ ها عمل می کند. اسید نیترات در فناوری نظامی به عنوان یک عامل اکسید کننده برای سوخت موشک استفاده می شود. حجم زیادی از آن در تولید مهم ترین انواع کودهای نیتروژنی - نمکدان استفاده می شود. آنها به افزایش عملکرد مهم ترین محصولات کشاورزی و افزایش محتوای پروتئین در میوه ها و توده سبز کمک می کنند.

زمینه های کاربرد نیترات ها

پس از بررسی خواص اساسی، تولید و استفاده از اسید نیتریک، ما بر روی استفاده از مهمترین ترکیبات آن - نمک ها تمرکز خواهیم کرد. آنها نه تنها کودهای معدنی هستند، بلکه برخی از آنها در صنایع نظامی اهمیت زیادی دارند. به عنوان مثال، مخلوطی از 75% نیترات پتاسیم، 15% زغال سنگ ریز و 5% گوگرد را پودر سیاه می نامند. آمونال، یک ماده منفجره، از نیترات آمونیوم و همچنین زغال سنگ و پودر آلومینیوم به دست می آید. یکی از ویژگی‌های جالب نمک‌های اسید نیترات توانایی تجزیه آن‌ها هنگام گرم شدن است.

علاوه بر این، محصولات واکنش بستگی به این دارد که کدام یون فلزی در نمک موجود است. اگر یک عنصر فلزی در سری فعالیت در سمت چپ منیزیم قرار گیرد، نیتریت ها و اکسیژن آزاد در محصولات یافت می شوند. اگر فلز موجود در نیترات از منیزیم تا مس شامل شود، پس از گرم شدن نمک، دی اکسید نیتروژن، اکسیژن و اکسید عنصر فلزی تشکیل می شود. نمک های نقره، طلا یا پلاتین فلز آزاد، اکسیژن و دی اکسید نیتروژن را در دمای بالا تشکیل می دهند.

در مقاله ما متوجه شدیم که فرمول شیمیایی اسید نیتریک در شیمی چیست و چه ویژگی هایی از خواص اکسید کننده آن مهم است.

اسید نیتریک HNO 3 یک مایع بی رنگ است، بوی تند دارد و به راحتی تبخیر می شود. در صورت تماس با پوست، اسید نیتریک می تواند باعث سوختگی شدید شود (لکه زرد مشخصی روی پوست ایجاد می شود، باید بلافاصله با آب فراوان شسته شود و سپس با سودا NaHCO 3 خنثی شود).

اسید نیتریک

فرمول مولکولی: HNO 3، B(N) = IV، C.O. (N) = 5+

اتم نیتروژن 3 پیوند با اتم های اکسیژن توسط مکانیسم تبادل و 1 پیوند توسط مکانیسم دهنده - گیرنده ایجاد می کند.

مشخصات فیزیکی

HNO 3 بی آب در دمای معمولی یک مایع فرار بی رنگ با بوی خاص (bp 82.6 اینچ) است.

HNO 3 "فوم" غلیظ دارای رنگ قرمز یا زرد است، زیرا تجزیه می شود و NO 2 آزاد می شود. اسید نیتریک به هر نسبت با آب مخلوط می شود.

روش های به دست آوردن

I. صنعتی - سنتز 3 مرحله ای طبق این طرح: NH 3 → NO → NO 2 → HNO 3

مرحله 1: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O

مرحله 2: 2NO + O 2 = 2NO 2

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

II. آزمایشگاهی - حرارت دهی طولانی مدت نیترات با کانکس. H2SO4:

2NaNO 3 (جامد) + H 2 SO 4 (مجموع) = 2HNO 3 + Na 2 SO 4

Ba(NO 3) 2 (tv) + H 2 SO 4 (مجموع) = 2HNO 3 + BaSO 4

خواص شیمیایی

HNO 3 به عنوان یک اسید قوی تمام خواص کلی اسیدها را نشان می دهد

HNO 3 → H + + NO 3 -

HNO 3 یک ماده بسیار واکنش پذیر است. در واکنش های شیمیایی خود را به عنوان یک اسید قوی و به عنوان یک عامل اکسید کننده قوی نشان می دهد.

تعامل HNO 3:

الف) با اکسیدهای فلزی 2HNO 3 + CuO = Cu (NO 3) 2 + H 2 O

ب) با بازها و هیدروکسیدهای آمفوتریک 2HNO 3 + Cu(OH) 2 = Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O

ج) با نمک اسیدهای ضعیف 2HNO 3 + CaCO 3 = Ca(NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O

د) با آمونیاک HNO 3 + NH 3 = NH 4 NO 3

تفاوت بین HNO 3 و سایر اسیدها

1. هنگامی که HNO 3 با فلزات برهمکنش می کند، H 2 تقریبا هرگز آزاد نمی شود، زیرا یون های اسید H + در اکسیداسیون فلزات شرکت نمی کنند.

2. به جای یون های H+، آنیون های NO 3 اثر اکسید کننده دارند.

3. HNO 3 قادر است نه تنها فلزات واقع در سری فعالیت در سمت چپ هیدروژن، بلکه فلزات کم فعال - مس، نقره، جیوه را نیز حل کند. طلا و پلاتین نیز در مخلوطی با HCl حل می شوند.

HNO 3 یک عامل اکسید کننده بسیار قوی است

1. اکسیداسیون فلزات:

برهمکنش HNO 3: الف) با Me با فعالیت کم و متوسط: 4HNO 3 (conc.) + Cu = 2NO 2 + Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O

8HNO 3 (dil.) + 3Сu = 2NO + 3Cu(NO 3) 2 + 4H 2 O

ب) با Me فعال: 10HNO 3 (رقیق شده) + 4Zn = N 2 O + 4Zn (NO 3) 2 + 5H 2 O

ج) با خاک قلیایی و قلیایی Me: 10HNO 3 (فوق رقیق) + 4Ca = NH 4 NO 3 + 4Ca (NO 3) 2 + 3H 2 O

HNO 3 بسیار غلیظ در دماهای معمولی برخی از فلزات از جمله Fe، Al، Cr را در خود حل نمی کند.

II. اکسیداسیون غیر فلزات:

HNO 3 P، S، C را به بالاترین CO ها اکسید می کند و خود به NO (HNO 3 dil.) یا به NO 2 (HNO 3 conc.) کاهش می یابد.

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

2HNO3 + S = 2NO + H2SO4

III. اکسیداسیون مواد پیچیده:

به ویژه واکنش های اکسیداسیون برخی از سولفیدهای Me که در اسیدهای دیگر نامحلول هستند، مهم است. مثال ها:

8HNO 3 + PbS = 8NO 2 + PbSO 4 + 4H 2 O

22HNO 3 + 3Сu 2 S = 10NO + 6Cu(NO 3) 2 + 3H 2 SO 4 + 8H 2 O

HNO 3 - عامل نیترات کننده در واکنش های سنتز آلی

R-H + HO-NO 2 → R-NO 2 + H 2 O

C 2 H 6 + HNO 3 → C 2 H 5 NO 2 + H 2 O نیترو اتان

C 6 H 5 CH 3 + 3HNO 3 → C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 + 3H 2 O تری نیتروتولوئن

C 6 H 5 OH + 3HNO 3 → C 6 H 5 (NO 2) 3 OH + 3 H 2 O تری نیتروفنول

HNO 3 الکل ها را استری می کند

R-OH + HO-NO 2 → R-O-NO 2 + H 2 O

C 3 H 5 (OH) 3 + 3HNO 3 → C 3 H 5 (ONO 2) 3 + 3 H 2 O گلیسرول تری نیترات

تجزیه HNO3

مولکول‌های HNO 3 وقتی در نور ذخیره می‌شوند و مخصوصاً وقتی گرم می‌شوند، به دلیل کاهش اکسیداسیون درون مولکولی تجزیه می‌شوند:

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

گاز سمی NO 2 قرمز قهوه ای آزاد می شود که خاصیت اکسید کننده تهاجمی HNO 3 را افزایش می دهد.

نمک های اسید نیتریک - نیترات ها Me(NO 3) n

نیترات ها مواد کریستالی بی رنگی هستند که به خوبی در آب حل می شوند. آنها دارای خواص شیمیایی مشخصه نمک های معمولی هستند.

ویژگی های متمایز کننده:

1) تجزیه ردوکس هنگام گرم شدن.

2) خواص اکسید کننده قوی نیترات های فلز قلیایی مذاب.

تجزیه حرارتی

1. تجزیه نیترات های فلزات قلیایی و قلیایی خاکی:

Me(NO 3) n → Me(NO 2) n + O 2

2. تجزیه نیترات های فلزی در سری فعالیت فلزات از منیزیم به مس:

Me(NO 3) n → Me x O y + NO 2 + O 2

3. تجزیه نیترات های فلزی که در سری فعالیت فلزات بیشتر از مس هستند:

Me(NO 3) n → Me + NO 2 + O 2

نمونه هایی از واکنش های معمولی:

1) 2NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2

2) 2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

3) 2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2

اثر اکسیداتیو مذاب نیترات فلزات قلیایی

در محلول های آبی، نیترات ها، بر خلاف HNO 3، تقریباً هیچ فعالیت اکسیداتیو نشان نمی دهند. با این حال، مذاب نیترات های فلز قلیایی و آمونیوم (نمک) عوامل اکسید کننده قوی هستند، زیرا با آزاد شدن اکسیژن فعال تجزیه می شوند.

اسید نیتریک: خواص و واکنش ها،
تولید زیربنایی

کلاس نهم

وقتی بچه‌ها به درس شیمی می‌آیند، می‌خواهند چیزهای جدیدی بیاموزند و دانش خود را به کار ببرند. ساختار این درس به گونه ای است که دانش آموزان هنگام مطالعه مطالب جدید می توانند از دانش قبلی استفاده کنند: ساختار اتم نیتروژن، انواع پیوندهای شیمیایی، تفکیک الکترولیتی، واکنش های ردوکس، اقدامات احتیاطی ایمنی هنگام انجام آزمایش.

اهدافطبقه بندی و خواص اکسیدهای نیتروژن و همچنین خواص کلی اسید نیتریک را در پرتو تئوری تفکیک الکترولیتی (ED) مرور کنید. با استفاده از مثالی از برهمکنش اسید رقیق و غلیظ با فلزات، دانش آموزان را با خواص اکسیداتیو اسید نیتریک آشنا کنید. روش های تولید اسید نیتریک و زمینه های کاربرد آن را ارائه دهید.

تجهیزات.روی هر میز در مقابل دانش آموزان یک طرح درس، نموداری از برهمکنش اسید نیتریک با فلزات، مجموعه ای از معرف ها و آزمایش هایی برای تجمیع مطالب مورد مطالعه قرار دارد.

طرح

اکسیدهای نیتروژن

ترکیب و ساختار مولکول اسید نیتریک.

خواص فیزیکی اسید نیتریک

خواص شیمیایی اسید نیتریک

تهیه اسید نیتریک.

کاربرد اسید نیتریک

ادغام مواد (تست بر اساس گزینه ها).

در طول کلاس ها

اکسیدهای نیتروژن

معلم.فرمول اکسیدهای نیتروژن را به خاطر بسپارید و بنویسید. کدام اکسیدها را نمک‌ساز و به کدام‌ها غیر نمک‌ساز می‌گویند؟ چرا؟

دانش آموزان به طور مستقل فرمول پنج اکسید نیتروژن را یادداشت می کنند، آنها را نام می برند، اسیدهای اکسیژن حاوی نیتروژن را به خاطر می آورند و بین اکسیدها و اسیدها مطابقت دارند. یکی از دانش آموزان روی تخته (جدول) می نویسد.

جدول

مقایسه اکسیدهای نیتروژن، اسیدها و نمک ها

تجربه نمایش:
برهمکنش اکسید نیتروژن (IV) با آب

معلم. در یک ظرف با NO 2 کمی آب اضافه کنید و محتویات را تکان دهید، سپس محلول حاصل را با تورنسل تست کنید.

ما چه می بینیم؟ محلول به دلیل تشکیل دو اسید قرمز می شود.

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

درجه اکسیداسیون نیتروژن در NO 2 برابر با 4 است، یعنی بین +3 و +5 است که در محلول پایدارتر هستند، بنابراین دو اسید مربوط به اکسید نیتریک (IV) - نیتروژن و نیتریک است.

ترکیب و ساختار مولکول

معلم.فرمول مولکولی اسید نیتریک را روی تخته بنویسید، جرم مولکولی آن را محاسبه کنید و حالت اکسیداسیون عناصر را یادداشت کنید. فرمول های ساختاری و الکترونیکی را بنویسید.

دانش آموزان فرمول های زیر را می سازند (شکل 1).

برنج. 1. فرمول های ساختاری و الکترونیکی نادرست اسید نیتریک

معلم.طبق این فرمول ها، ده الکترون به دور نیتروژن می چرخند، اما این نمی تواند باشد، زیرا ... نیتروژن در دوره دوم است و فقط می تواند حداکثر هشت الکترون در لایه بیرونی خود داشته باشد. اگر فرض کنیم که یک پیوند کووالانسی بین اتم نیتروژن و یکی از اتم های اکسیژن بر اساس مکانیسم دهنده-گیرنده تشکیل شده است، این تناقض از بین می رود.(شکل 2).

برنج. 2. فرمول الکترونیکی اسید نیتریک.
الکترون های اتم نیتروژن با نقاط سیاه نشان داده می شوند

سپس فرمول ساختاری اسید نیتریک را می توان به صورت زیر نشان داد(شکل 3) :

برنج. 3. فرمول ساختاری اسید نیتریک
(پیوند دهنده-پذیرنده با فلش نشان داده شده است)

با این حال، به طور تجربی ثابت شده است که پیوند دوگانه به طور مساوی بین دو اتم اکسیژن توزیع شده است. حالت اکسیداسیون نیتروژن در اسید نیتریک 5+ و ظرفیت (نکته) چهار است، زیرا تنها چهار جفت الکترون مشترک وجود دارد.

خواص فیزیکی اسید نیتریک

معلم.در مقابل شما بطری های اسید نیتریک رقیق و غلیظ است. خواص فیزیکی که مشاهده می کنید را شرح دهید.

دانش‌آموزان اسید نیتریک را مایعی سنگین‌تر از آب، به رنگ زرد، با بوی تند توصیف می‌کنند. محلول اسید نیتریک بی رنگ و بی بو است.

معلم. من اضافه می کنم که نقطه جوش اسید نیتریک +83 درجه سانتیگراد، نقطه انجماد -41 درجه سانتیگراد است، یعنی. در شرایط عادی مایع است. بوی تند و زرد شدن آن در طول ذخیره سازی با این واقعیت توضیح داده می شود که اسید غلیظ ناپایدار است و در هنگام قرار گرفتن در معرض نور یا گرما تا حدی تجزیه می شود.

خواص شیمیایی اسید

معلم. به یاد داشته باشید اسیدها با چه موادی تعامل دارند؟(نام دانش آموز.)

در مقابل شما معرف ها هستند، واکنش های لیست شده* را انجام دهید و مشاهدات خود را یادداشت کنید (واکنش ها باید در پرتو TED نوشته شوند).

حال اجازه دهید به خواص خاص اسید نیتریک بپردازیم.

ما متذکر شدیم که اسید در هنگام ذخیره سازی زرد می شود، اکنون این را با یک واکنش شیمیایی ثابت می کنیم:

4HNO3 = 2H2O + 4NO2 + O2.

(دانش آموزان به طور مستقل تعادل الکترونیکی واکنش را ثبت می کنند.)

منتشر شده "گاز قهوه ای"(NO2) اسید را رنگ می کند

این اسید رفتار خاصی نسبت به فلزات دارد. می دانید که فلزات هیدروژن را از محلول های اسیدی جابجا می کنند، اما در تعامل با اسید نیتریک این اتفاق نمی افتد.

به نمودار روی میز خود نگاه کنید (شکل 4)، که نشان می دهد چه گازهایی در هنگام واکنش اسیدهای با غلظت های مختلف با فلزات آزاد می شوند. (با نمودار کار کنید.)

برنج. 4. طرح برهمکنش اسید نیتریک با فلزات

تجربه نمایش:
برهمکنش اسید نیتریک غلیظ با مس

نمایش بسیار موثر از واکنش اسید نیتریک (مغلط) با پودر مس یا قطعات ریز خرد شده سیم مسی:

دانش آموزان به طور مستقل تعادل الکترونیکی واکنش را ثبت می کنند:

تولید اسید

معلم. اگر موضوع بدست آوردن اسید نیتریک را در نظر نگیریم، درس ناقص خواهد بود.

روش آزمایشگاهی: اثر اسید سولفوریک غلیظ بر نیترات ها (شکل 5).

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

در صنعت اسید عمدتاً با روش آمونیاک تولید می شود.

برنج. 5. برای به دست آوردن اسید نیتریک در آزمایشگاه تاکنون
استفاده از ظروف قدیمی شیمیایی راحت است - یک توالت

روش تولید اسید از نیتروژن و اکسیژن در دماهای بالاتر از 2000 درجه سانتیگراد (قوس الکتریکی) به ویژه گسترده نیست.

در روسیه، تاریخچه تولید اسید نیتریک با نام شیمیدان-تکنولوژیست ایوان ایوانوویچ آندریف (1880-1919) مرتبط است.

در سال 1915، او اولین تاسیسات تولید اسید از آمونیاک را ایجاد کرد و روش توسعه یافته را در مقیاس کارخانه در سال 1917 اجرا کرد. اولین کارخانه در دونتسک ساخته شد.

این روش شامل چندین مرحله است.

1) تهیه مخلوط آمونیاک-هوا.

2) اکسیداسیون آمونیاک با اکسیژن هوا بر روی مش پلاتین:

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

3) اکسیداسیون بیشتر اکسید نیتریک (II) به اکسید نیتریک (IV):

2NO + O 2 = 2NO 2.

4) حل کردن اکسید نیتریک (IV) در آب و تولید اسید:

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

اگر انحلال در حضور اکسیژن انجام شود، تمام اکسید نیتروژن (IV) به اسید نیتریک تبدیل می شود.

5) مرحله نهایی بدست آوردن اسید نیتریک تصفیه گازهای آزاد شده در جو از اکسیدهای نیتروژن است. ترکیب این گازها: تا 98٪ نیتروژن، 2-5٪ اکسیژن و 0.02-0.15٪ اکسیدهای نیتروژن. (نیتروژن در ابتدا در هوا برای اکسیداسیون آمونیاک گرفته می شد.) اگر اکسیدهای نیتروژن در این گازهای خروجی بیش از 0.02٪ باشد، آنها به طور خاص به صورت کاتالیزوری به نیتروژن کاهش می یابند، زیرا حتی چنین مقادیر کمی از این اکسیدها منجر به مشکلات زیست محیطی بزرگی می شود.

پس از تمام آنچه گفته شد، این سوال پیش می آید: چرا به اسید نیاز داریم؟

کاربرد اسید

معلم.اسید نیتریک برای تولید: کودهای نیتروژن و در درجه اول نیترات آمونیوم (چگونه به دست می آید؟) استفاده می شود. مواد منفجره (چرا؟)؛ رنگها؛ نیترات که در درس بعدی مورد بحث قرار خواهد گرفت.

تعمیر مواد

نظرسنجی کلاس جلویی

– چرا حالت اکسیداسیون نیتروژن در اسید نیتریک 5+ و ظرفیت آن چهار است؟

- اسید نیتریک با چه فلزاتی واکنش نشان نمی دهد؟

- شما باید اسیدهای هیدروکلریک و نیتریک را بشناسید که سه فلز روی میز وجود دارد - مس، آلومینیوم و آهن. چه خواهید کرد و چرا؟

تست

انتخاب 1

1. کدام سری از اعداد مربوط به توزیع الکترون در سطوح انرژی در اتم نیتروژن است؟

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

2. معادلات واکنش های عملا امکان پذیر را کامل کنید:

1) HNO 3 (رقیق شده) + Cu...;

2) Zn + HNO 3 (conc.) ... ;

3) HNO 3 + MgCO 3 ... ;

4) CuO + KNO 3 ... .

3. مشخص کنید کدام معادله یکی از مراحل فرآیند تولید صنعتی اسید نیتریک را نشان می دهد.

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. حالت اکسیداسیون منفی توسط نیتروژن در ترکیب ظاهر می شود:

1) N 2 O; 2) خیر 3) NO 2; 4) Na 3 N.

5. تعامل براده های مس با اسید نیتریک غلیظ منجر به تشکیل موارد زیر می شود:

1) NO 2; 2) خیر 3) N 2; 4) NH 3.

گزینه 2

1. مقدار بالاترین ظرفیت نیتروژن عبارت است از:

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

2. برهمکنش احتمالی اسید نیتریک غلیظ با فلزات زیر را بنویسید: سدیم، آلومینیوم، روی، آهن، کروم.

3. موادی را انتخاب کنید که مواد اولیه برای تولید اسید نیتریک هستند:

1) نیتروژن و هیدروژن؛

2) آمونیاک، هوا و آب؛

3) نیترات ها

4. اسید نیتریک غلیظ با:

1) دی اکسید کربن؛

2) اسید کلریدریک؛

3) کربن؛

4) هیدروکسید باریم.

5. هنگامی که یک اسید بسیار رقیق با منیزیم واکنش می دهد، موارد زیر تشکیل می شود:

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

جواب تست ها انتخاب 1. 1 – 4; 1) 8HNO 3 (رقیق شده) + 3Cu = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O. 2) Zn + 4HNO 3 (conc.) = 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. گزینه 2. 1 – 4; Na + 2HNO 3 (conc.) = NaNO 3 + NO 2 + H 2 O، Zn + 4HNO 3 (conc.) = Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O; 3 – 2; 4 – 1; 5 – 4.

* برای مثال می توانید از بچه ها برای انجام آزمایش های آزمایشگاهی زیر دعوت کنید.

1) تورنسل را با محلول اسید نیتریک به یک لوله آزمایش اضافه کنید و به تدریج محلول هیدروکسید سدیم را اضافه کنید. مشاهدات خود را بنویسید

2) مقداری گچ را در لوله آزمایش قرار دهید و اسید نیتریک رقیق را اضافه کنید.

3) مقداری اکسید مس (II) را در یک لوله آزمایش قرار دهید و اسید نیتریک رقیق را اضافه کنید. راه حل چه رنگی است؟ لوله آزمایش را در نگهدارنده محکم کنید و آن را گرم کنید. رنگ محلول چگونه تغییر می کند؟ تغییر رنگ به چه معناست؟ – توجه داشته باشید ویرایش کنید.

اسید نیتریک

HNO3

به طور تجربی ثابت شده است که در یک مولکول اسید نیتریک بین دو اتم اکسیژن و یک اتم نیتروژن، دو پیوند شیمیایی کاملاً یکسان هستند - پیوندهای یک و نیم. حالت اکسیداسیون نیتروژن 5+ و ظرفیت IV است.

مشخصات فیزیکی

اسید نیتریک HNO3 در شکل خالص آن - یک مایع بی رنگ با بوی خفه کننده تیز، بی نهایت محلول در آب؛ t°pl.= -41°C; t درجه جوش = 82.6 درجه سانتی گراد، r = 1.52 گرم در سانتی متر3 . در هنگام تخلیه رعد و برق به مقدار کم تشکیل می شود و در آب باران وجود دارد.

ن2 + O2 تخلیه الکتریکی صاعقه → 2NO2NO+O2 → 2 NO2

تحت تأثیر نور، اسید نیتریک تا حدی تجزیه می شود و NO آزاد می کند2 و به همین دلیل رنگ قهوه ای روشن به خود می گیرد:

4HNO3 نور → 4NO2 (گاز قهوه ای) + 2H2 O +در باره2

اسید نیتریک بسیار غلیظ گازهایی را در هوا آزاد می کند که در یک بطری بسته به صورت بخارهای قهوه ای (اکسیدهای نیتروژن) شناسایی می شوند. این گازها بسیار سمی هستند، بنابراین باید مراقب باشید که آنها را استنشاق نکنید. اسید نیتریک بسیاری از مواد آلی را اکسید می کند. کاغذ و پارچه در اثر اکسید شدن مواد تشکیل دهنده این مواد از بین می روند. اسید نیتریک غلیظ باعث سوختگی شدید با تماس طولانی مدت و زرد شدن پوست برای چند روز با تماس کوتاه می شود. زرد شدن پوست نشان دهنده تخریب پروتئین و آزاد شدن گوگرد است (واکنش کیفی به اسید نیتریک غلیظ - رنگ زرد ناشی از آزاد شدن گوگرد عنصری در اثر اثر اسید روی پروتئین - واکنش زانتوپروتئین). یعنی سوختگی پوست است. برای جلوگیری از سوختگی، هنگام پوشیدن دستکش لاستیکی باید با اسید نیتریک غلیظ کار کنید.

اعلام وصول

1. روش آزمایشگاهی KNO3 +H2 بنابراین4 (conc) → KHSO4 +HNO3 (هنگام گرم شدن)2. روش صنعتی در سه مرحله انجام می شود: الف) اکسیداسیون آمونیاک روی کاتالیزور پلاتین به NO 4NH3 +5O2 → 4NO + 6H2 O (شرایط: کاتالیزور - Pt، t = 500˚С)ب) اکسیداسیون NO به NO توسط اکسیژن اتمسفر2 2NO+O2 → 2 NO2 ج) عدم جذب2 آب در حضور اکسیژن اضافی4 NO2 + O2 + 2 ساعت2 O ↔ 4HNO3

خواص شیمیایی

1. اسید بسیار قوی. تقریباً به طور کامل در محلول آبی تجزیه می شود:

HNO 3 = H+ + NO 3 -

واکنش نشان می دهد:

2. با اکسیدهای اساسی

CuO + 2HNO 3 = مس (NO 3 ) 2 +H 2 O

CuO + 2H + +2NO 3 - = مس 2+ +2NO 3 - +H 2 O

یا CuO + 2H + = مس 2+ +H 2 O

3. با دلایل

HNO 3 + NaOH = NaNO 3 +H 2 O

اچ + + نه 3 - +نا + +اوه - = نه + + نه 3 - +H 2 O

یا اچ + +اوه - = اچ 2 O

4. اسیدهای ضعیف را از نمک آنها جابجا می کند


2HNO 3 +نا 2 CO 3 = 2 NaNO 3 +H 2 O+CO 2

2 ساعت + +2NO 3 - + 2 Na + + CO 3 2- = 2 Na + +2NO 3 - +H 2 O+CO 2

2 ساعت + + CO 3 2- = اچ 2 O+CO 2

خواص ویژه اسید نیتریک

عامل اکسید کننده قوی

1. در مواجهه با نور و گرما تجزیه می شود

درجه
4HNO 3 = 2 ساعت 2 O+4NO 2 +O 2