Vrsta lekcije: Lekcija o prenošenju i sticanju novih znanja i vještina.

Ciljevi: Ponoviti i konsolidovati znanje o opštim hemijskim svojstvima kiselina; proučavati strukturu molekula dušične kiseline, fizičke i specifične kemijske osobine dušične kiseline – njenu interakciju s metalima; upoznati studente sa industrijskim i laboratorijskim metodama za proizvodnju čiste dušične kiseline.

Kao rezultat lekcije morate znati:

1. Sastav i struktura molekula dušične kiseline; broj kovalentnih veza koje formira atom dušika i stepen oksidacije dušika u molekulu dušične kiseline.
2. Opšta hemijska svojstva azotne kiseline: interakcija sa indikatorima (lakmus i metilnarandžasta), sa bazičnim i amfoternim oksidima, bazama, sa solima slabijih i isparljivijih kiselina.
3. Specifična hemijska svojstva dušične kiseline: njena interakcija s metalima.
4. Laboratorijske i industrijske metode za proizvodnju dušične kiseline.

Morate biti u mogućnosti:

1. Sastaviti jednadžbe hemijskih reakcija iz perspektive teorije elektrolitičke disocijacije.
2. Sastaviti jednadžbe reakcije za interakciju koncentriranih i razrijeđenih kiselina s metalima metodom ravnoteže elektrona.

Metode i metodološke tehnike:

1. Razgovor.
2. Samostalni rad učenika na sastavljanju jednačina hemijskih reakcija azotne kiseline sa metalima.
3. Laboratorijski rad za proučavanje općih kemijskih svojstava dušične kiseline;
4. Izrada pratećeg nacrta.
5. Kreativni rad: izvještaj učenika o dobijanju azotne kiseline.
6. Demonstracija eksperimenata: interakcija razrijeđene i koncentrirane dušične kiseline s bakrom.
7. Prikažite slajdove pomoću multimedijalnog projektora.
8. Međusobna provjera i međusobna ocjena rezultata samostalnog rada.

Oprema i reagensi:

Na studentskim stolovima: rastvori azotne kiseline HNO 3 (20 - 25%), indikatori lakmusa i metil narandže, rastvor natrijum hidroksida NaOH, rastvor bakar (II) sulfata CuSO 4, rastvor gvožđa (II) sulfata FeSO 4, bakar (II) oksid CuO, aluminijum oksid Al2O 3, rastvor natrijum karbonata Na 2 CO 3, epruvete, držači epruveta.
Na učiteljskom stolu: koncentrirana azotna kiselina HNO 3 (60 - 65%), razrijeđena azotna kiselina HNO 3 (30%), stalak sa epruvetama, bakarna žica (komadi), cijev za odvod plina, kristalizator sa vodom, držač epruvete, multimedijalna instalacija (računar, projektor, platno).

Plan lekcije:
Plan časa je ispisan na tabli i odštampan za sastavljanje referentne bilješke na učeničkim stolovima (Prilog 1)

Tokom nastave:

I Ponavljanje.

Učitelj: U prethodnim lekcijama proučavali smo neka jedinjenja azota. Prisjetimo ih se.
student: To su amonijak, amonijeve soli, dušikovi oksidi.
Učitelj: Koji su dušikovi oksidi kiseli?
student: Dušikov oksid (III) N 2 O 3 - azotni anhidrid i azot oksid (V) N 2 O 5 - azotni anhidrid, odgovara azotnoj kiselini HNO3.
Učitelj: Kakav je kvalitativni i kvantitativni sastav dušične kiseline?

Nastavnik zapisuje formulu azotne kiseline na tabli i traži od učenika da rasporedi oksidaciona stanja

student: Molekul se sastoji od tri hemijska elementa: H, N, O - jedan atom vodonika, jedan atom azota i tri atoma kiseonika.

II Sastav i struktura HNO 3

Učitelj: Kako nastaje molekul dušične kiseline?

Nastavnik pokazuje prezentaciju o azotnoj kiselini (Prilog 2 - prezentacija, Prilog 3 - tekst objašnjenja za prezentaciju)

III Fizička svojstva:

Učitelj: Sada prelazimo na proučavanje fizičkih svojstava dušične kiseline.

Učenici pišu kratak opis fizičkih svojstava dušične kiseline.

Učitelj na demonstracijskoj tablici pokazuje što je koncentrirana dušična kiselinaHNO (60 – 65%) je bezbojna tečnost, koja se „puši u vazduhu“, oštrog mirisa. Koncentrirano 100%HNO 3 je ponekad žućkaste boje jer Isparljiv je i nestabilan, a na sobnoj temperaturi se raspada, oslobađajući dušikov oksid (IV) ili „smeđi“ gas, zbog čega se čuva u tamnim staklenim bocama.

Učitelj zapisuje na ploču jednačinu hemijske reakcije razgradnje azotne kiseline:

Učitelj: Dušična kiselina je higroskopna i može se mešati sa vodom u bilo kom odnosu. U vodenim rastvorima je jak elektrolit, stvrdnjava se na temperaturi od – 41,6 0 C. U praksi se koristi 65% azotna kiselina, ne dimi se, za razliku od 100% - oh.

IV Hemijska svojstva

Učitelj: Pređimo na sljedeću fazu lekcije. Dušična kiselina je jak elektrolit. Prema tome, imat će sva opšta svojstva kiselina. Sa kojim materijama reaguju kiseline?
student: Sa indikatorima, sa bazičnim i amfoternim oksidima, sa bazama, sa solima slabijih i isparljivih kiselina, sa metalima.
Učitelj: Evo općih svojstava kiselina.

Multimedijalna instalacija je uključena. Nastavnik prikazuje prezentaciju o opštim hemijskim svojstvima kiselina (Prilog 4).

Učitelj: Hajde da sprovedemo eksperimentalnu fazu lekcije. Vaš zadatak je provesti kemijske reakcije koje potvrđuju kemijska svojstva kiselina, koristeći kao primjer dušičnu kiselinu. Radit ćete u grupama od 4 osobe. Na stolovima su upute za laboratorijske eksperimente (Prilog 5). U svojim sveskama treba da kreirate jednadžbe za hemijske reakcije u molekularnom i ionskom obliku.

Učitelj: Pređimo na specifična hemijska svojstva dušične kiseline. Treba napomenuti da dušična kiselina, kako razrijeđena tako i koncentrirana, ne oslobađa vodonik u interakciji s metalima, ali može oslobađati različita jedinjenja dušika - od amonijaka do dušikovog oksida (IV).

Multimedijalna instalacija je uključena. Nastavnik prikazuje prezentaciju o mogućim proizvodima redukcije azotne kiseline (Prilog 6).

Učitelj: Pogledajmo dijagram. Na svačijem stolu postoje šeme za redukciju dušične kiseline (razrijeđene i koncentrirane) metalima (Dodatak 7).

1. Reakcija razrijeđene dušične kiseline sa bakrom. Sakupljanje dušikovog oksida (II) preko vode.
2. Reakcija koncentrovane azotne kiseline sa bakrom. Dobivanje dušikovog oksida (IV).

Zapišite jednadžbe reakcija na ploču:

Učitelj: Na osnovu eksperimenata možemo izvući zaključke:

Učitelj: Koristeći sheme za redukciju koncentrirane i razrijeđene dušične kiseline metalima, kao i udžbenik na strani 127, prelazimo na samostalan rad na opcijama (Prilog 8). Svako radi svoju verziju. Nude vam se kartice - zadaci. Radno vrijeme je 5-7 minuta.

Multimedijalna instalacija je uključena. Nastavnik pokazuje tačne opcije odgovora (Prilog 9). Učenici provjeravaju da li je zadatak tačno urađen.

V Priprema azotne kiseline HNO 3

student:(poruka) U laboratoriji se dušična kiselina priprema reakcijom kalijevog ili natrijevog nitrata s koncentriranom sumpornom kiselinom sa ili bez zagrijavanja:

U industriji se dušična kiselina proizvodi katalitičkom oksidacijom amonijaka sintetiziranog iz atmosferskog dušika:

Učenik pokazuje dijagram za proizvodnju azotne kiseline (Prilog 10), a učenici zapisuju jednačine reakcija u svoje sveske.

VI Zaključak

Učitelj: U današnjoj lekciji smo učili o sastavu i strukturi dušične kiseline. Ponovili smo i konsolidirali opšta svojstva kiselina na primjeru dušične kiseline, učvrstili svoja znanja o teoriji TED-a, teoriji atomske strukture i kemijske veze. Proučavali smo specifična svojstva dušične kiseline, odnosno njenu interakciju s metalima. Učili smo o metodama za proizvodnju dušične kiseline.

D/z:§ 33, pr. 4 na strani 128 udžbenika;
zadaci: 4 – 35, 4 – 41 zadataka;
nauči beleške.

Bibliografija

1. Kuznjecova N.E., Titova I.M., Gara N.N., Zhegin A.Yu. Hemija: udžbenik za 9. razred opšteobrazovnih ustanova. – M.: Ventana – Graf, 2004.
2. Enciklopedija za djecu. hemija. – M.: Avanta, 2000.
3. Maksimenko O.O. hemija. Vodič za kandidate za univerzitete. – M.: Eksmo, 2003.
4. Polosin V.S., Prokopenko V.G. Radionica o metodici nastave hemije. Tutorial. – M.: Obrazovanje, 1989.
5. Martynenko B.V. Hemija: kiseline i baze. – M.: Obrazovanje, 2000.

Dušična kiselina i njena svojstva.

Čista azotna kiselina HNO 3 je bezbojna tečnost. U vazduhu se „dimi“, poput koncentrisane hlorovodonične kiseline, jer njene pare sa vlagom u vazduhu stvaraju male kapljice magle.

Dušična kiselina nije jaka. Već pod uticajem svetlosti postepeno se razgrađuje:

4HN0 3 = 4N0 2 + 0 2 + 2H 2 0.

Što je viša temperatura i što je kiselina više koncentrisana, raspadanje dolazi brže. Oslobođeni dušikov dioksid otapa se u kiselini i daje joj smeđu boju.

Dušična kiselina je jedna od najjačih kiselina: u razrijeđenim otopinama potpuno se raspada na H+ i N0_ ione.

Dušična kiselina je jedan od najsnažnijih oksidacionih agenasa. Mnogi nemetali se njime lako oksidiraju, pretvarajući se u odgovarajuće kiseline. Tako se sumpor, kada se prokuva sa dušičnom kiselinom, postepeno oksidira u sumpornu kiselinu, fosfor u fosfornu kiselinu.

Dušična kiselina djeluje na gotovo sve metale (vidi odjeljak 11.3.2), pretvarajući ih u nitrate, a neke metale u okside.

Koncentrovani HNO 3 pasivira neke metale.

Oksidacijsko stanje dušika u dušičnoj kiselini je +5. Djelujući kao oksidacijsko sredstvo, HNO 3 se može reducirati na različite proizvode:

4 +3 +2 +1 0 -3

N0 2 N 2 0 3 NO N 2 O N 2 NH 4 N0 3

Koja od ovih supstanci nastaje, odnosno koliko duboko se dušična kiselina redukuje u datom slučaju, zavisi od prirode redukcionog sredstva i od uslova reakcije, prvenstveno od koncentracije kiseline. Što je veća koncentracija HNO3, to je manje duboko smanjena. Pri reakciji s koncentriranom kiselinom najčešće se oslobađa NO2. Kada razrijeđena dušična kiselina reagira sa nisko aktivnim metalima, na primjer, bakrom, oslobađa se NO. U slučaju aktivnijih metala - gvožđa, cinka - nastaje N2O. Jako razrijeđena dušična kiselina reagira s aktivnim metalima - cinkom, magnezijem, aluminijem - da nastane amonijum jon, koji sa kiselinom daje amonijum nitrat. Obično se nekoliko proizvoda formira istovremeno.

Cu + HN0 3(konc.) - Cu(N0 3) 2 + N0 2 + H 2 0;

Cu + HN0 3 (razrijeđen) -^ Cu(N0 3) 2 + N0 + H 2 O;

Mg + HN0 3 (razrijeđen) -> Mg(N0 3) 2 + N 2 0 + n 2 0;

Zn + HN0 3 (veoma razrijeđen) - Zn(N0 3) 2 + NH 4 N0 3 + H 2 0.

Kada dušična kiselina djeluje na metale, vodik se po pravilu ne oslobađa.

Kada se nemetali oksidiraju, koncentrirana dušična kiselina, kao u slučaju metala, reducira se na NO 2, npr.

S + 6HNO 3 = H 2 S0 4 + 6N0 2 + 2H 2 0.

ZR + 5HN0 3 + 2N 2 0 = ZN 3 RO 4 + 5N0

Dati dijagrami ilustruju najtipičnije slučajeve interakcije azotne kiseline sa metalima i nemetalima. Generalno, redoks reakcije koje uključuju HNO 3 su složene.

Smjesa koja se sastoji od 1 volumena dušične kiseline i 3-4 volumena koncentrirane hlorovodonične kiseline naziva se carska voda. Aqua regia otapa neke metale koji ne reagiraju s dušičnom kiselinom, uključujući i "kralja metala" - zlato. Njegovo djelovanje se objašnjava činjenicom da dušična kiselina oksidira klorovodičnu kiselinu uz oslobađanje slobodnog klora i stvaranje dušikovog hloroksida (1P), odnosno nitrozil hlorida, N0C1:

HN0 3 + ZNS1 = C1 2 + 2H 2 0 + N0C1.

Nitrozil hlorid je međuprodukt reakcije i razlaže se:

2N0C1 = 2N0 + C1 2.

Klor se u trenutku oslobađanja sastoji od atoma, što određuje visoku oksidacijsku sposobnost carske vode. Reakcije oksidacije zlata i platine teku uglavnom prema sljedećim jednadžbama:

Au + HN0 3 + ZNS1 = AuCl 3 + NO + 2H 2 0;

3Pt + 4HN0 3 + 12HC1 = 3PtCl 4 + 4N0 + 8H 2 0.

Dušična kiselina djeluje na mnoge organske tvari na način da se jedan ili više atoma vodika u molekuli organskog spoja zamjenjuje nitro grupama - NO 2. Ovaj proces se zove nitracija i od velikog je značaja u organskoj hemiji.

Soli dušične kiseline nazivaju se nitrati. Svi se dobro otapaju u vodi, a kada se zagriju, razgrađuju se oslobađajući kisik. U ovom slučaju, nitrati najaktivnijih metala pretvaraju se u nitrite:

2KN0 3 = 2KN0 2 +O 2

Industrijska proizvodnja dušične kiseline. Moderne industrijske metode za proizvodnju dušične kiseline temelje se na katalitičkoj oksidaciji amonijaka atmosferskim kisikom. Prilikom opisivanja svojstava amonijaka naznačeno je da gori u kisiku, a produkti reakcije su voda i slobodni dušik. Ali u prisustvu katalizatora, oksidacija amonijaka kisikom može se odvijati drugačije. Ako se mješavina amonijaka i zraka prođe preko katalizatora, tada pri 750 °C i određenom sastavu smjese dolazi do gotovo potpune konverzije NH 3 u N0:

4NH 3 (r) + 5O 2 (g) = 4NO (r) + 6H 2 O (g), AN = -907 kJ.

Rezultirajući NO2 se lako pretvara u NO2, koji s vodom u prisustvu atmosferskog kisika proizvodi dušičnu kiselinu.

Legure na bazi platine koriste se kao katalizatori za oksidaciju amonijaka.

Dušična kiselina dobijena oksidacijom amonijaka ima koncentraciju koja ne prelazi 60%. Po potrebi se koncentriše.

Industrija proizvodi razrijeđenu azotnu kiselinu u koncentracijama od 55, 47 i 45 % i koncentrovanu dušičnu kiselinu 98 i 97 %. Koncentrovana kiselina se transportuje u aluminijumskim rezervoarima, a razblažena kiselina se transportuje u rezervoarima od čelika otpornog na kiseline.

Ulaznica 5

2. Uloga gvožđa u životnim procesima organizma.

Gvožđe u telu. Gvožđe je prisutno u tijelima svih životinja iu biljkama (u prosjeku oko 0,02%); neophodan je uglavnom za metabolizam kiseonika i oksidativne procese. Postoje organizmi (tzv. koncentratori) sposobni da ga akumuliraju u velikim količinama (na primjer, željezne bakterije - do 17-20% željeza). Gotovo svo željezo u životinjama i biljkama vezano je za proteine. Nedostatak željeza uzrokuje usporavanje rasta i hlorozu u biljkama povezanu sa smanjenim stvaranjem hlorofila. Višak gvožđa takođe štetno utiče na razvoj biljaka, uzrokujući, na primer, sterilnost cvetova pirinča i hlorozu. U alkalnim tlima nastaju jedinjenja željeza koja su nepristupačna za apsorpciju korijenjem biljaka, a biljke ga ne primaju u dovoljnim količinama; u kiselim zemljištima, gvožđe se u suvišnim količinama pretvara u rastvorljiva jedinjenja. Kada u tlu postoji nedostatak ili višak jedinjenja gvožđa koja se mogu asimilirati, biljne bolesti se mogu uočiti na velikim površinama.

Gvožđe u organizam životinja i čoveka ulazi sa hranom (najbogatiji izvori u njemu su jetra, meso, jaja, mahunarke, hleb, žitarice, spanać, cvekla). Normalno, osoba dobija 60-110 mg gvožđa u svojoj ishrani, što znatno premašuje njihove dnevne potrebe. Apsorpcija gvožđa dobijenog hranom odvija se u gornjem delu tankog creva, odakle ono ulazi u krv u obliku vezanom za proteine ​​i sa krvlju se prenosi u različite organe i tkiva, gde se deponuje u obliku gvožđa. proteinski kompleks - feritin. Glavni depo gvožđa u telu su jetra i slezena. Zbog feritina dolazi do sinteze svih spojeva u tijelu koji sadrže željezo: respiratorni pigment hemoglobin se sintetizira u koštanoj srži, mioglobin se sintetizira u mišićima, citohromi i drugi enzimi koji sadrže željezo sintetiziraju se u različitim tkivima. Gvožđe se iz organizma oslobađa uglavnom kroz zid debelog creva (kod ljudi oko 6-10 mg dnevno) i u maloj meri putem bubrega.

Uvod

Zainteresovani ste za cvećarstvo i došli ste u radnju da kupite đubrivo za vaše cveće. Dok ste pregledavali različite nazive i sastave, primijetili ste bočicu s natpisom "Azotno gnojivo". Čitamo njen sastav: "Fosfor, kalcijum, ovo i ono... Azotna kiselina? Kakva je ovo životinja?!" Obično se u takvom okruženju upoznaje sa azotnom kiselinom. I mnogi će tada htjeti da saznaju više o tome. Danas ću pokušati da zadovoljim vašu radoznalost.

Definicija

Dušična kiselina (formula HNO 3) je jaka jednobazna kiselina. U neoksidiranom stanju izgleda kao na slici 1. U normalnim uslovima je tečno, ali se može pretvoriti u čvrsto agregacijsko stanje. I u njemu podsjeća na kristale koji imaju monoklinsku ili rombičnu rešetku.

Hemijska svojstva dušične kiseline

Ima sposobnost da se dobro meša sa vodom, pri čemu dolazi do skoro potpune disocijacije ove kiseline na jone. Koncentrirana dušična kiselina je smeđe boje (fotografija). Nastaje razgradnjom na dušikov dioksid, vodu i kisik, što nastaje zbog sunčeve svjetlosti koja pada na njega. Ako ga zagrijete, doći će do iste razgradnje. S njim reaguju svi metali, osim tantala, zlata i platinoida (rutenijum, rodijum, paladijum, iridijum, osmijum i platina). Međutim, njegova kombinacija sa klorovodičnom kiselinom može čak i otopiti neke od njih (ovo je takozvana „regia vodka“). Dušična kiselina, u bilo kojoj koncentraciji, može djelovati kao oksidant. Mnoge organske supstance mogu se spontano zapaliti u interakciji s njima. I neki metali u ovoj kiselini će biti pasivirani. Kada im je izložena (kao i pri reakciji s oksidima, karbonatima i hidroksidima), dušična kiselina stvara svoje soli, koje se nazivaju nitrati. Potonji se dobro otapaju u vodi. Ali nitratni joni se u njemu ne hidroliziraju. Ako zagrijete soli ove kiseline, doći će do njihovog nepovratnog raspadanja.

Potvrda

Za proizvodnju dušične kiseline, sintetički amonijak se oksidira pomoću platina-rodij katalizatora kako bi se proizvela mješavina azotnih plinova, koji se zatim apsorbiraju u vodu. Takođe nastaje kada se kalijum nitrat i gvožđe sulfat pomešaju i zagreju.

Aplikacija

Dušična kiselina se koristi za proizvodnju mineralnih đubriva, eksploziva i nekih otrovnih materija. Koristi se za jetkanje štamparskih formi (ploče za jetkanje, magnezijum klišei, itd.), kao i za zakiseljavanje rastvora za nijansiranje fotografija. Dušična kiselina se koristi za proizvodnju boja i lijekova, a koristi se i za određivanje prisustva zlata u zlatnim legurama.

Fiziološki efekti

S obzirom na stepen uticaja azotne kiseline na organizam, svrstava se u klasu opasnosti 3 (umereno opasna). Udisanje njegovih para dovodi do iritacije respiratornog trakta. Kada dušična kiselina dođe u kontakt s kožom, ostavlja mnoge dugo zacjeljujuće čireve. Područja kože u koja uđe postaju karakteristične žute boje (fotografija). Naučno govoreći, dolazi do ksantoproteinske reakcije. Dušikov dioksid, koji nastaje kada se dušična kiselina zagrije ili razgradi na svjetlosti, vrlo je toksičan i može uzrokovati plućni edem.

Zaključak

Dušična kiselina je korisna za ljude iu razblaženom iu čistom stanju. Ali najčešće se nalazi u tvarima, od kojih su vam mnoge vjerojatno poznate (na primjer, nitroglicerin).

Dušična kiselina: svojstva i reakcije,
osnovna proizvodnja

9. razred

Kada djeca dođu na sat hemije, žele naučiti nove stvari i primijeniti svoje znanje, a posebno vole samostalno dobivati ​​informacije i eksperimentirati. Ova lekcija je konstruisana tako da prilikom proučavanja novog gradiva učenici mogu koristiti prethodno stečena znanja: struktura atoma azota, vrste hemijskih veza, elektrolitička disocijacija, redoks reakcije, mere predostrožnosti pri izvođenju eksperimenta.

Ciljevi. Pregledati klasifikaciju i svojstva dušikovih oksida, kao i opšta svojstva dušične kiseline u svjetlu teorije elektrolitičke disocijacije (ED). Upoznati učenike sa oksidativnim svojstvima dušične kiseline na primjeru interakcije razrijeđene i koncentrirane kiseline s metalima. Dajte ideju o metodama za proizvodnju dušične kiseline i područjima njene primjene.

Oprema. Na svakom stolu ispred učenika je plan časa, dijagram interakcije azotne kiseline sa metalima, set reagensa i testovi za konsolidaciju proučenog materijala.

PLAN

Oksidi dušika.

Sastav i struktura molekula dušične kiseline.

Fizička svojstva dušične kiseline.

Hemijska svojstva dušične kiseline.

Priprema azotne kiseline.

Primjena dušične kiseline.

Konsolidacija materijala (test prema opcijama).

TOKOM NASTAVE

Oksidi dušika

Učitelju.Zapamtite i napišite formule dušikovih oksida. Koji oksidi se nazivaju soli koji stvaraju, a koji ne-soli? Zašto?

Učenici samostalno zapisuju formule pet dušikovih oksida, imenuju ih, pamte kisikove kiseline koje sadrže dušik i uspostavljaju korespondenciju između oksida i kiselina. Jedan od učenika piše na tabli (tabela).

Table

Poređenje dušikovih oksida, kiselina i soli

Demonstraciono iskustvo:
interakcija azot(IV) oksida sa vodom

Učitelju. U posudi sa NE 2 dodajte malo vode i promućkajte sadržaj, a zatim testirajte dobiveni rastvor lakmusom.

šta vidimo? Otopina postaje crvena zbog stvaranja dvije kiseline.

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

Stepen oksidacije azota u NE 2 jednako +4, tj. on je međuprostor između +3 i +5, koji su stabilniji u rastvoru, stoga dve kiseline odgovaraju azotnom oksidu (IV) - azot i azot.

Sastav i struktura molekula

Učitelju.Zapišite molekulsku formulu dušične kiseline na ploču, izračunajte njenu molekulsku masu i zabilježite oksidaciona stanja elemenata. Napišite strukturne i elektronske formule.

Učenici sastavljaju sljedeće formule (slika 1).

Rice. 1. Netačne strukturne i elektronske formule azotne kiseline

Učitelju.Prema ovim formulama, deset elektrona rotira oko azota, ali to ne može biti, jer... Azot je u drugom periodu i može imati najviše osam elektrona u svom vanjskom sloju. Ova kontradikcija se eliminira ako pretpostavimo da se između atoma dušika i jednog od atoma kisika formira kovalentna veza prema mehanizmu donor-akceptor(Sl. 2).

Rice. 2. Elektronska formula dušične kiseline.
Elektroni atoma dušika označeni su crnim tačkama

Tada bi se strukturna formula dušične kiseline mogla prikazati na sljedeći način(sl. 3) :

Rice. 3. Strukturna formula dušične kiseline
(donor-akceptorska veza prikazana strelicom)

Međutim, eksperimentalno je dokazano da je dvostruka veza ravnomjerno raspoređena između dva atoma kisika. Oksidacijsko stanje dušika u dušičnoj kiselini je +5, a valencija (napomena) je četiri, jer postoje samo četiri zajednička elektronska para.

Fizička svojstva dušične kiseline

Učitelju.Pred vama su boce razrijeđene i koncentrovane dušične kiseline. Opišite fizička svojstva koja opažate.

Učenici opisuju azotnu kiselinu kao tečnost težu od vode, žućkaste boje, oštrog mirisa. Rastvor dušične kiseline je bezbojan i bez mirisa.

Učitelju. Dodaću da je tačka ključanja azotne kiseline +83 °C, tačka smrzavanja je –41 °C, tj. u normalnim uslovima je tečnost. Oštar miris i to što požuti tokom skladištenja objašnjava se činjenicom da je koncentrirana kiselina nestabilna i da se djelomično raspada kada je izložena svjetlosti ili zagrijavanju.

Hemijska svojstva kiseline

Učitelju. Sjetite se s kojim supstancama kiseline u interakciji?(Ime studenta.)

Ispred vas su reagensi, izvršite navedene reakcije* i zapišite svoja zapažanja (reakcije moraju biti zapisane u svjetlu TED-a).

Sada se okrenimo specifičnim svojstvima dušične kiseline.

Primijetili smo da kiselina postaje žuta tijekom skladištenja, sada ćemo to dokazati kemijskom reakcijom:

4HNO3 = 2H2O + 4NO2 + O2.

(Učenici samostalno bilježe elektronsku ravnotežu reakcije.)

Emituje "smeđi gas"(NO2) boji kiselinu.

Ova kiselina se posebno ponaša prema metalima. Znate da metali istiskuju vodonik iz kiselih otopina, ali to se ne događa u interakciji s dušičnom kiselinom.

Pogledajte dijagram na svom stolu (slika 4), koji pokazuje koji se plinovi oslobađaju kada kiseline različitih koncentracija reagiraju s metalima. (Rad sa dijagramom.)

Rice. 4. Šema interakcije dušične kiseline sa metalima

Demonstraciono iskustvo:
interakcija koncentrirane dušične kiseline sa bakrom

Veoma efikasna demonstracija reakcije azotne kiseline (konc.) sa bakrenim prahom ili sitno iseckanim komadima bakarne žice:

Učenici samostalno bilježe elektronski balans reakcije:

Proizvodnja kiseline

Učitelju. Lekcija će biti nepotpuna ako ne razmotrimo pitanje dobivanja dušične kiseline.

Laboratorijska metoda: uticaj koncentrovane sumporne kiseline na nitrate (slika 5).

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

U industriji kiselina se uglavnom proizvodi metodom amonijaka.

Rice. 5. Do sada u laboratoriji dobiti dušičnu kiselinu
Zgodno je koristiti staro hemijsko posuđe - retortu

Metoda proizvodnje kiseline iz dušika i kisika na temperaturama iznad 2000 °C (električni luk) nije posebno rasprostranjena.

U Rusiji je istorija proizvodnje azotne kiseline povezana sa imenom kemičara-tehnologa Ivana Ivanoviča Andreeva (1880–1919).

Godine 1915. stvorio je prvu instalaciju za proizvodnju kiseline iz amonijaka i implementirao razvijenu metodu u fabričkim razmerama 1917. Prvo postrojenje je izgrađeno u Donjecku.

Ova metoda uključuje nekoliko koraka.

1) Priprema mješavine amonijaka i zraka.

2) Oksidacija amonijaka kisikom zraka na platinastoj mrežici:

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

3) Dalja oksidacija dušikovog oksida (II) u dušikov oksid (IV):

2NO + O 2 = 2NO 2.

4) Otapanje dušikovog oksida (IV) u vodi i stvaranje kiseline:

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

Ako se rastvaranje vrši u prisustvu kisika, tada se sav dušikov oksid (IV) pretvara u dušičnu kiselinu.

5) Završna faza dobijanja azotne kiseline je prečišćavanje gasova koji se oslobađaju u atmosferu od azotnih oksida. Sastav ovih gasova: do 98% azota, 2–5% kiseonika i 0,02–0,15% azotnih oksida. (Azot je u početku bio u zraku uzet za oksidaciju amonijaka.) Ako je dušikovih oksida u tim izduvnim plinovima više od 0,02%, onda se oni posebno katalitički redukuju u dušik, jer čak i tako male količine ovih oksida dovode do velikih ekoloških problema.

Nakon svega rečenog, postavlja se pitanje zašto nam je potrebna kiselina?

Primjena kiseline

Učitelju.Dušična kiselina se koristi za proizvodnju: azotnih đubriva, a prvenstveno amonijum nitrata (kako se dobija?); eksploziv (zašto?); boje; nitrati, o čemu će biti reči u sledećoj lekciji.

Učvršćivanje materijala

Frontalno ispitivanje razreda

– Zašto je oksidaciono stanje azota u azotnoj kiselini +5, a valencija četiri?

– Sa kojim metalima ne reaguje azotna kiselina?

– Treba da prepoznate hlorovodoničnu i azotnu kiselinu, na stolu su tri metala – bakar, aluminijum i gvožđe. Šta ćete raditi i zašto?

Test

Opcija 1

1. Koji niz brojeva odgovara raspodjeli elektrona po energetskim nivoima u atomu dušika?

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

2. Dopunite jednadžbe za praktično izvodljive reakcije:

1) HNO 3 (razrijeđen) + Cu...;

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

3) HNO 3 + MgCO 3 ... ;

4) CuO + KNO 3 ... .

3. Navedite koja jednačina ilustruje jednu od faza procesa industrijske proizvodnje dušične kiseline.

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. Negativno oksidacijsko stanje manifestira se dušikom u spoju:

1) N 2 O; 2) NE; 3) NE 2; 4) Na 3 N.

5. Interakcija bakrenih strugotina s koncentriranom dušičnom kiselinom dovodi do stvaranja:

1) NE 2; 2) NE; 3) N 2; 4) NH 3.

Opcija 2

1. Vrijednost najveće valencije dušika je:

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

2. Zapišite moguću interakciju koncentrirane dušične kiseline sa sljedećim metalima: natrijum, aluminij, cink, željezo, hrom.

3. Odaberite tvari koje su sirovine za proizvodnju dušične kiseline:

1) azot i vodonik;

2) amonijak, vazduh i voda;

3) nitrati.

4. Koncentrirana dušična kiselina ne reagira sa:

1) ugljen dioksid;

2) hlorovodonična kiselina;

3) ugljenik;

4) barijum hidroksid.

5. Kada veoma razblažena kiselina reaguje sa magnezijumom, formira se:

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

* Na primjer, možete pozvati djecu da rade sljedeće laboratorijske eksperimente.

1) Dodajte lakmus u epruvetu sa rastvorom azotne kiseline i postepeno dodajte rastvor natrijum hidroksida. Zapišite svoja zapažanja.

2) Stavite malo krede u epruvetu i dodajte razrijeđenu dušičnu kiselinu.

3) Stavite malo bakar(II) oksida u epruvetu i dodajte razrijeđenu dušičnu kiselinu. Koje je boje rješenje? Pričvrstite epruvetu u držač i zagrijte je. Kako se mijenja boja otopine? Šta znači promjena boje? – Bilješka edit.

Jedan od najvažnijih proizvoda koje ljudi koriste je nitratna kiselina. Formula supstance je HNO 3, a ima i različite fizičke i hemijske karakteristike koje je razlikuju od drugih neorganskih kiselina. U našem članku ćemo proučavati svojstva dušične kiseline, upoznati se s metodama njezine pripreme, a također ćemo razmotriti opseg primjene tvari u različitim industrijama, medicini i poljoprivredi.

Osobine fizičkih svojstava

Dušična kiselina dobijena u laboratoriji, čija je strukturna formula data u nastavku, je bezbojna tečnost neprijatnog mirisa, teža od vode. Brzo isparava i ima nisku tačku ključanja od +83 °C. Jedinjenje se lako miješa s vodom u bilo kojem omjeru, formirajući otopine različitih koncentracija. Osim toga, nitratna kiselina može apsorbirati vlagu iz zraka, odnosno higroskopna je tvar. Strukturna formula dušične kiseline je dvosmislena i može imati dva oblika.

Nitratna kiselina ne postoji u molekularnom obliku. U vodenim otopinama različitih koncentracija, tvar ima oblik sljedećih čestica: H 3 O + - hidronijev ioni i anioni kiselinskog ostatka - NO 3 -.

Acid-bazna interakcija

Dušična kiselina, koja je jedna od najjačih kiselina, ulazi u izmjenu i neutralizaciju. Dakle, spoj sudjeluje u metaboličkim procesima s bazičnim oksidima, što rezultira proizvodnjom soli i vode. Reakcija neutralizacije je osnovno hemijsko svojstvo svih kiselina. Proizvodi interakcije baza i kiselina uvijek će biti odgovarajuće soli i voda:

NaOH + HNO 3 → NaNO 3 + H 2 O

Reakcije sa metalima

U molekulu dušične kiseline, čija je formula HNO 3, dušik pokazuje najviše oksidacijsko stanje, jednako +5, pa supstanca ima izražena oksidirajuća svojstva. Kao jaka kiselina, sposobna je da reaguje sa metalima u nizu aktivnosti metala do vodonika. Međutim, za razliku od drugih kiselina, može reagirati i s pasivnim metalnim elementima, na primjer, bakrom ili srebrom. Reagensi i produkti interakcije određeni su i koncentracijom same kiseline i aktivnošću metala.

Razrijeđena dušična kiselina i njena svojstva

Ako je maseni udio HNO 3 0,4-0,6, tada spoj pokazuje sva svojstva jake kiseline. Na primjer, disocira na vodikove katione i anjone kiselinskog ostatka. Indikatori u kiseloj sredini, kao što je ljubičasti lakmus, menjaju svoju boju u crvenu u prisustvu viška H+ jona. Najvažnija karakteristika reakcija nitratne kiseline s metalima je nemogućnost oslobađanja vodika koji se oksidira u vodu. Umjesto toga nastaju različiti spojevi - dušikovi oksidi. Na primjer, u procesu interakcije srebra s molekulama dušične kiseline, čija je formula HNO 3, otkriveni su dušikov monoksid, voda i sol - srebrni nitrat. Stupanj oksidacije dušika u kompleksnom anjonu opada kako se dodaju tri elektrona.

Nitratna kiselina reaguje sa aktivnim metalnim elementima, kao što su magnezijum, cink, kalcijum, da bi se formirao azot oksid, čija je valencija najmanja, jednaka je 1. Nastaju i so i voda:

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

Ako je dušična kiselina, čija je kemijska formula HNO 3, vrlo razrijeđena, u ovom slučaju proizvodi njene interakcije s aktivnim metalima bit će drugačiji. To može biti amonijak, slobodni dušik ili dušikov oksid (I). Sve ovisi o vanjskim faktorima, koji uključuju stupanj mljevenja metala i temperaturu reakcione smjese. Na primjer, jednadžba za njegovu interakciju s cinkom bit će sljedeća:

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

Koncentrovana HNO 3 (96-98%) kiselina u reakcijama sa metalima se redukuje u azot dioksid, a to obično ne zavisi od položaja metala u nizu N. Beketova. To se dešava u većini slučajeva pri interakciji sa srebrom.

Prisjetimo se izuzetka od pravila: koncentrirana dušična kiselina u normalnim uvjetima ne reagira sa željezom, aluminijumom i hromom, već ih pasivira. To znači da se na površini metala formira zaštitni oksidni film koji sprječava daljnji kontakt s molekulama kiseline. Mješavina tvari s koncentriranom hloridnom kiselinom u omjeru 3:1 naziva se carska voda. Ima sposobnost rastvaranja zlata.

Kako nitratna kiselina reaguje sa nemetalima

Snažna oksidacijska svojstva tvari dovode do činjenice da se u svojim reakcijama s nemetalnim elementima, potonji pretvaraju u oblik odgovarajućih kiselina. Na primjer, sumpor se oksidira u sulfatnu kiselinu, bor u bornu kiselinu, a fosfor u fosfatnu kiselinu. Reakcione jednadžbe u nastavku to potvrđuju:

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

Priprema azotne kiseline

Najprikladnija laboratorijska metoda za dobivanje tvari je interakcija nitrata s koncentriranim. Izvodi se uz nisko zagrijavanje, izbjegavajući povećanje temperature, jer se u ovom slučaju nastali proizvod raspada.

U industriji se dušična kiselina može proizvesti na nekoliko načina. Na primjer, dobiven iz zraka dušikom i vodonikom. Proizvodnja kiseline odvija se u nekoliko faza. Međuproizvodi će biti dušikovi oksidi. Prvo nastaje dušikov monoksid NO, a zatim se kisikom iz atmosfere oksidira u dušikov dioksid. Konačno, u reakciji s vodom i viškom kisika, iz NO 2 nastaje razrijeđena (40-60%) nitratna kiselina. Ako se destilira s koncentriranom sulfatnom kiselinom, maseni udio HNO 3 u otopini može se povećati na 98.

Gore opisani način proizvodnje nitratne kiseline prvi je predložio osnivač azotne industrije u Rusiji I. Andreev početkom 20. vijeka.

Aplikacija

Kao što se sjećamo, hemijska formula dušične kiseline je HNO 3. Koja karakteristika hemijskih svojstava određuje njenu upotrebu ako je nitratna kiselina veliki proizvod hemijske proizvodnje? Ovo je visoka oksidaciona sposobnost neke supstance. Koristi se u farmaceutskoj industriji za dobivanje lijekova. Supstanca služi kao početni materijal za sintezu eksplozivnih jedinjenja, plastike i boja. Nitratna kiselina se koristi u vojnoj tehnici kao oksidaciono sredstvo za raketno gorivo. Velika količina se koristi u proizvodnji najvažnije vrste azotnih đubriva - salitre. Pomažu u povećanju prinosa najvažnijih poljoprivrednih kultura i povećanju sadržaja proteina u voću i zelenoj masi.

Područja primjene nitrata

Nakon što smo ispitali osnovna svojstva, proizvodnju i upotrebu dušične kiseline, fokusirat ćemo se na upotrebu njenih najvažnijih spojeva – soli. To nisu samo mineralna đubriva, neka od njih imaju veliki značaj u vojnoj industriji. Na primjer, mješavina koja se sastoji od 75% kalijum nitrata, 15% sitnog uglja i 5% sumpora naziva se crni prah. Amonal, eksploziv, dobija se iz amonijum nitrata, kao i uglja i aluminijumskog praha. Zanimljivo svojstvo soli nitratne kiseline je njihova sposobnost da se razgrađuju pri zagrijavanju.

Štaviše, produkti reakcije će ovisiti o tome koji metalni ion je uključen u sol. Ako se metalni element nalazi u nizu aktivnosti lijevo od magnezija, u proizvodima se nalaze nitriti i slobodni kisik. Ako se metal uključen u nitrat nalazi od magnezija do uključujući bakar, tada se pri zagrijavanju soli formiraju dušikov dioksid, kisik i oksid metalnog elementa. Soli srebra, zlata ili platine na visokim temperaturama stvaraju slobodni metal, kisik i dušikov dioksid.

U našem članku saznali smo koja je kemijska formula dušične kiseline u hemiji i koje su karakteristike njenih oksidacijskih svojstava najvažnije.