§ 37.1. Оксиды азота(II) и (IV)

Азот образует с кислородом ряд оксидов: , , , , . Два из этих оксидов — N₂O, NO — относятся к несолеобразующим, остальные — к кислотным. 

Оксид азота(II). Получение и химические свойства

Оксид азота(II) NO в обычных условиях представляет собой бесцветный газ (t_кип. = −151,7 °С, t_пл. = −163,7 °С).

В природе он образуется в результате взаимодействия простых веществ при грозовых разрядах (около 3000 °С):

N₂ + O₂ 2NO – Q,

в промышленности — как промежуточный продукт превращения аммиака в азотную кислоту:

4NH₃ + 5O₂ 4NО + 6H₂O.

В лаборатории его получают действием разбавленной азотной кислоты на медь:

3Cu + 8HNO_3(разб) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O.

Оксид азота(II) образуется при работе двигателей внутреннего сгорания из азота и кислорода под действием высокой температуры и давления.

Оксид азота(II) не реагирует ни с кислотами, ни со щелочами. Однако легко вступает в окислительно-восстановительные реакции. Так, оксид азота(II) быстро окисляется кислородом с образованием оксида азота(IV):

.

Оксид азота(IV). Получение и химические свойства

Молекула NO₂ имеет угловую форму (рис. 94.1). Предполагается, что атом азота находится в состоянии sp²-гибридизации, длина связи N—O равна 0,119 нм, что соответствует полуторной связи.

Оксид азота(IV) NO₂, диоксид азота — газ бурого цвета (t_пл. = −11,2 °С, t_кип. = 21 °С), в жидком и твёрдом состоянии бесцветен и состоит из молекул N₂O₄ вследствие димеризации:

2NO₂ N₂O₄ + Q.

Димеризация легко происходит из-за наличия неспаренного электрона. В газообразном состоянии оксид азота(IV) димеризован частично.

В лаборатории обычно его получают известной вам реакцией концентрированной азотной кислоты с медью:

Cu + 4HNO_3(конц) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

или разложением некоторых нитратов (§ 38, с. 211).

Оксид азота(IV) взаимодействует с водой. В зависимости от условий образуются различные продукты. Так, при комнатной температуре образуются азотная и азотистая кислоты:

.

При растворении NO₂ в воде при повышенной температуре в избытке кислорода образуется азотная кислота:

.

Равновесие этой обратимой реакции при промышленном получении азотной кислоты смещают вправо, повышая давление.

При растворении NO₂ в щелочах образуются нитраты вместе с нитритами:

Недостаточная очистка газов, выделяемых в окружающую среду предприятиями, производящими азотную кислоту, котлами электростанций, газотурбинными установками, двигателями автомобилей и самолётов, приводит к загрязнению атмосферы оксидами азота. Под действием кислорода NO превращается в NO₂. Во влажной атмосфере образуется азотная кислота, и на землю выпадают кислотные дожди, вредные не только для человека и животных, но и для растений. Под действием кислотных дождей разрушаются строительные сооружения.

Газообразный оксид азота(I) N₂O при вдыхании приводит к снижению болевой чувствительности, поэтому его иногда применяют в смеси с кислородом для наркоза.

Оксид N₂O₃ устойчив только при низких температурах (t_пл. −102 °С, t_кип. 4 °С, t_разл. 4,5 °С) и представляет собой жидкость голубого цвета. При взаимодействии с водой образует азотистую кислоту:

.

Оксид азота(V) N₂O₅ — твёрдое вещество белого цвета. Реагируя с водой, образует азотную кислоту:

.

Вопросы, задания, задачи

1. Выпишите формулы солеобразующих оксидов: N₂O₅, NO₂, N₂O₃, NO, N₂O.

2. Запишите формулы оксидов, которые соответствуют кислотам HNO₂ и HNO₃.

3. Какие из оксидов азота можно собирать методом вытеснения воды?

4. Какие из оксидов азота могут реагировать со щелочами? Запишите формулы этих оксидов.

5. Запишите уравнения реакций, соответствующих взаимодействию оксида азота(IV) с водой в различных условиях.

6. Определите сумму электронов в молекуле: а) оксида азота(II); б) оксида азота(IV).

7. Укажите, в какую сторону сместится равновесие в реакции 2NO_2(г) N₂O_4(г) + Q:

• а) при увеличении давления;
• б) при понижении температуры.

Как изменяется окраска реакционной смеси в каждом случае?

8. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса:

NaOH + O₂ + NO₂ = NaNO₃ + H₂O.

9. Составьте уравнения реакций согласно схеме:

.

10. Определите массовую долю (%) соли, которая образовалась в растворе при пропускании оксида азота(IV) объёмом 1,12 дм³ (н. у.) в смеси с избытком кислорода через раствор гидроксида кальция массой 300 г с массовой долей щёлочи 0,166 %.

Самоконтроль

1. Несолеобразующими оксидами являются:

• а) NO;
• б) N₂O₅;
• в) N₂O₃;
• г) N₂O.

2. Как окислителем, так и восстановителем в химических реакциях могут быть:

• а) NН₃;
• б) NO;
• в) N₂O₃;
• г) N₂O₅.

3. Продуктами взаимодействия NO₂ с водой могут быть:

• а) HNO₃;
• б) HNO₂;
• в) NO;
• г) N₂O₅.

4. Оксид азота NO₂ образует соли, реагируя с:

• а) водой;
• б) гидроксидом бария;
• в) гидроксидом кальция;
• г) углеводородами.

5. Объём газа (н. у.), полученного в реакции меди массой 3,2 г с концентрированной азотной кислотой при выходе продукта 85 %, равен:

• а) 1,9 дм³;
• б) 2,24 дм³;
• в) 2,56 дм³;
• г) 2,64 дм³.