В соответствии с расположением азота в периодической системе и его строением атома, азот может проявлять высшую Степень окисления +5 и низшую -3. Необходимо обратить внимание на особенность азота: не совпадения валентности по номеру группы. То есть азот не может быть пятивалентным. В основном состоянии атом азота имеет три неспаренных электрона, поэтому валентность азота равна трем.
Другая особенность азота: что во всех промежуточных степенях окисления: -2,-1,+1,+2,3,+4 азот образует устойчивые соединения. В низшей степени окисления -3 и + 5 малоустойчивые соединения.
Важнейшие соединения в различных степенях окисления азота (табл. 1).
Таблица 1
|
-3 |
-2 |
-1 |
+1 |
+2 |
+3 |
+4 |
+5 |
|
Аммиак NH 3 |
N 2 H 4 гидразин |
NH 2 OH гидроксил амин |
Несолеобразующие оксиды |
Кислотные оксиды | |||
|
N 2 O 3 |
NO 2 |
N 2 O 5 | |||||
|
N 2 O |
NO | ||||||
|
Нитриды металлов Ca 3 N 2 |
Азотистая кислота HNO 2 |
Азотная | |||||
|
кислота HNO 3 | |||||||
|
Соли аммония NH 4 Cl |
Нитриты KNO 2 |
Нитраты KNO 3 | |||||
Хотя азот занимает третье место по электроотрицательности после фтора и кислорода, он как простое вещество химически мало активен. Это связано с большой прочностью тройной связи его молекулы. Только с литием азот реагирует при обычных условиях, образую нитрид лития:
6Li + N 2 → 2Li 3 N
С металлами, стоящими в ряду напряжения до алюминия, реакция идет только при нагревании: 2Al + N
2
Необходимо запомнить, что с кислородом азот образует оксид азота (II)
N
2
+ O
2
Важнейшее соединение азота — аммиак, где атом азота проявляет низшую степень окисления, поэтому аммиак проявляет восстановительные свойства.
Как восстановитель аммиак взаимодействует и со многими другими окислителями, причем в подавляющем большинстве случаев продуктом окисления аммиака является азот.
4NH 3 + 3O 2 →2 N 2 + 6H 2 O
2NH 3 + 3CuO → N 2 +3Cu + 3H 2 O
2NH 3 + 3H 2 O 2 → N 2 + 6H 2 O
2NH 3 + 3KMnO 4 →N 2 +3MnO 2 + 3KOH + 3H 2 O
Надо учесть, что в присутствии катализатора- металлической платины аммиак окислится до оксида азота (II):
4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O
Особыми свойствами обладают соли аммония, они являются термически неустойчивыми. Все соли аммония разлагаются при нагревании. Состав продуктов термического разложения зависит от того, проявляет ли анион соли окислительные свойства.
Если анион не проявляет окислительных свойств, то соль аммония при нагревании разлагается на аммиак и соответствующих кислоту:
(NH 4 ) 2 HPO 4 =2NH 3 +H 3 PO 4
NH 4 Cl=NH 3 +HCl
(NH 4 ) 2 CO 3 =2NH 3 +H 2 O+CO 2
Необходимо обратить внимание на то, что продуктами разложения, например, хлорида аммония являются только газообразные вещества. В таких случаях говорят, что соль разлагается без образования сухого остатка. Так же, без сухого остатка разлагаются карбонат и гидрокарбонат аммония. Эти вещества используют в пищевой промышленности как разрыхлители теста.
Если в состав соли входит анион, обладающий окислительными свойствами, ее термическое разложение протекает с изменением степени окисления азота:
NH 4 NO 3 =N 2 O+2H 2 O
(NH 4 ) 2 Cr 2 =N 2 +Cr 2 O 3 +4H 2 O
Азотная кислота — это ловушка, в которой на ЕГЭ можно потерять баллы. Особенностью азотной кислоты являются её сильные окислительные свойства. Прежде всего при взаимодействии с металлами. Схема взаимодействия любого металла выглядит так:
Me + HNO 3 → Me(NO 3 ) n + H 2 O + X
X = NH 4 NO 3 — N 2 -N 2 O — NO — NO 2
Как узнать какой продукт образуется, используем правило: чем правее металл в ряду напряжения, тем правее продукт из схемы. И чем более концентрированная кислота, тем правее продукт.
Продукты взаимодействия простых веществ с азотной кислотой (табл. 2).
Таблица 2
|
Простое вещество |
HNO 3 концентрированная |
HNO 3 разбавленная |
|
Mg |
Mg(NO 3 ) 2 + N 2 O |
Mg(NO 3 ) 2 + NH 4 NO 3 / N 2 |
|
Al |
пассивирует |
Al(NO 3 ) 3 + NH 4 NO 3 / N 2 |
|
Zn |
Mg(NO 3 ) 2 + NO 2 |
Zn(NO 3 ) 2 + NH 4 NO 3 / N 2 |
|
Fe |
пассивирует |
Fe(NO 3 ) 3 + N 2 O |
|
Cr |
пассивирует |
Cr(NO 3 ) 3 + NO |
|
Cu |
Cu(NO 3 ) 2 + NO 2 |
Cu(NO 3 ) 2 + NO |
|
P |
H 3 PO 4 + NO 2 |
H 3 PO 4 + NO |
|
S |
H 2 SO 4 + NO 2 |
H 2 SO 4 +NO |
Азотная кислота окисляется также многие неметаллы и сложные вещества. Обычно для осуществления таких реакций используют горячую концентрированию HNO 3 . Неметалл, как правило, при этом образует высшую кислоту.
Особенностью солей азотной кислоты — нитратов, является их термическая неустойчивость. Нитраты разлагаются по следующему правилу:
- Нитраты щелочных и щелочноземельных металлов, кроме лития образуют их нитриты и кислород:
2KNO
3
- Нитраты металлов, стоящих от магния до меди включительно и нитрат лития, кроме марганца и железа, образуют оксид металла, оксид азота (IV) и кислород:
2Mg(NO
3
)
2
- Нитраты серебра и ртути разлагаются до чистого металла, оксида азота IV и кислорода:
2AgNO
3
- Нитрат аммония разлагается по схеме:
NH
4
NO
3
- Нитрат марганца разлагается по схеме:
Mn(NO
3
)
2
- Нитрат железа II разлагается по схеме:
Fe(NO
3
)
2
Азотная кислота является сильной кислотой. Но при нагревании и на свету частично разлагается:
4HNO
3
В обычных условиях окислительные свойства нитратов слабее чем у азотной кислоты, но в расплавленном виде нитраты очень сильны как окислители. Например, если кусочек серы или уголь поместить в расплав селитры, происходит бурная реакция:
2KNO 3 расплав + S → 2 KNO 2 + SO 2
2KNO 3 расплав + C → 2 KNO 2 + CO 2
В выполнения заданий ЕГЭ необходимо знать получение азота.
Небольшое количество азота можно получить лабораторным способом при термическом разложении нитрита аммония:
NH
4
NO
2
Или смешиванием растворов нитрита натрия и хлорида аммония:
NH
4
Cl + NaNO
2
Использование систематизированного теоретического материала по теме азот, практических заданий и типовых экзаменационных упражнений способствует углублению знаний, развитию химического мышления и формированию навыков самостоятельного решения задач.
Литература:
1. А. А. Каверина, Ю. Н. Медведев, Г. Н. Молчанова — Химия. Курс самоподготовки. Технология решения заданий. Издательство «Просвещение» 2018.
2. О. С. Габриелян — Химия. Готовимся к ЕГЭ. Издательство ООО «Дрофа 2011
