Print bookPrint book

§ 37.1. Оксиды азота(II) и (IV)

Site: Профильное обучение
Course: Химия. 11 класс
Book: § 37.1. Оксиды азота(II) и (IV)
Printed by: Guest user
Date: Saturday, 25 May 2024, 3:13 PM

Азот образует с кислородом ряд оксидов: stack straight N subscript 2 with plus 1 on top straight O, straight N with plus 2 on top straight O, stack straight N subscript 2 with plus 3 on top straight O subscript 3, straight N with plus 4 on top straight O subscript 2, straight N with plus 5 on top subscript 2 straight O subscript 5. 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 (tкип. = −151,7 °С, tпл. = −163,7 °С).

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

N2 + O2 equals with t on top 2NO – Q,

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

4NH3 + 5O2 equals with t comma space Pt on top 4NО + 6H2O.

В лаборатории его получают действием разбавленной азотной кислоты на медь:

3Cu + 8HNO3(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):

2 straight N with plus 2 on top straight O space plus space straight O with 0 on top subscript 2 space rightwards arrow over leftwards arrow space 2 straight N with plus 4 on top straight O with negative 2 on top subscript 2.

img
Рис. 94.1. Масштабная модель молекулы оксида азота(IV); строение молекул NO2 и их димеризация с образованием N2O4

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 (tпл. = −11,2 °С, tкип. = 21 °С), в жидком и твёрдом состоянии бесцветен и состоит из молекул N2O4 вследствие димеризации:

2NO2 rightwards arrow over leftwards arrow 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 + 4HNO3(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:

straight H subscript 2 straight O space plus space 2 straight N with plus 4 on top straight O subscript 2 space equals space straight H straight N with plus 5 on top straight O subscript 3 space plus space straight H straight N with plus 3 on top straight O subscript 2.

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

4 straight N with plus 4 on top straight O subscript 2 space plus space straight O with 0 on top subscript 2 space plus space 2 straight H subscript 2 straight O space rightwards arrow over leftwards arrow space 4 straight H straight N with plus 5 on top straight O with negative 2 on top subscript 3.

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

При растворении NO2 в щелочах образуются нитраты вместе с нитритами:

2 straight N with plus 4 on top straight O subscript 2 space plus space stack 2 KOH with blank on top subscript blank equals space straight K straight N with plus 3 on top straight O subscript 3 plus space straight K straight N with plus 5 on top straight O subscript 2 space plus space straight H subscript 2 straight O. space

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.

img

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 (tпл. −102 °С, tкип. 4 °С, tразл. 4,5 °С) и представляет собой жидкость голубого цвета. При взаимодействии с водой образует азотистую кислоту:

begin mathsize 14px style straight N with plus 3 on top subscript 2 straight O subscript 3 space plus space straight H subscript 2 straight O space rightwards arrow over leftwards arrow space 2 straight H straight N with plus 3 on top straight O subscript 2 end style.

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

begin mathsize 14px style straight N with plus 5 on top subscript 2 straight O subscript 5 space plus space straight H subscript 2 straight O space equals space 2 straight H straight N with plus 5 on top straight O subscript 3 end style.

Оксид азота(II) — несолеобразующий оксид. При взаимодействии с кислородом превращается в оксид азота(IV).

Оксид азота(IV) проявляет окислительные свойства; при растворении в воде в присутствии кислорода 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 2NO2(г) rightwards arrow over leftwards arrow N2O4(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:

straight N subscript 2 not stretchy rightwards arrow with 1 on top NО not stretchy rightwards arrow with 2 on top NO subscript 2 rightwards arrow with straight H subscript 2 straight O comma space straight O subscript 2 on top space horizontal ellipsis not stretchy rightwards arrow with 4 on top KNO subscript 3.

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.