Хімія - Великий довідник школяра - 2019

Неорганічна хімія
Неметали
Нітроген і Фосфор. Сполуки Нітрогену та фосфору

Нітроген і Фосфор

Елементи Нітроген і Фосфор розташовані в V групі Періодичної системи, Нітроген у 2-му періоді, Фосфор — у 3-му.

Електронна конфігурація атома Нітрогену:

Валентність Нітрогену: III і IV, ступінь окиснення в сполуках: від –3 до +5.

Будова молекули азоту: , .

Електронна конфігурація атома Фосфору:

Електронна конфігурація атома Фосфору в збудженому стані:

Валентність Фосфору: III і V, ступінь окиснення в сполуках: –3, 0, +3, +5.

Фізичні властивості азоту. Безбарвний газ без смаку й запаху, небагато легший за повітря г/моль, г/моль), погано розчинний у воді. Температура плавлення –210 °С, кипіння –196 °С.

Алотропні модифікації Фосфору. Серед простих речовин, що утворює елемент Фосфор, найбільш поширені білий, червоний і чорний фосфор.

Поширення Нітрогену в природі. Нітроген у природі зустрічається головним чином у вигляді молекулярного азоту . У повітрі об’ємна частка азоту складає 78,1 %, масова — 75,6 %. Сполуки Нітрогену в невеликих кількостях містяться в ґрунті. У складі органічних сполук (білки, нуклеїнові кислоти, АТФ) Нітроген міститься в живих організмах.

Поширення Фосфору в природі. Фосфор зустрічається в хімічно зв’язаному стані в складі мінералів: фосфоритів, апатитів, основна складова яких . Фосфор — життєво важливий елемент, входить до складу ліпідів, нуклеїнових кислот, АТФ, кальцій ортофосфату (у кістках і зубах).

Одержання азоту й фосфору.

Азот одержують у промисловості з рідкого повітря: оскільки азот має найнижчу температуру кипіння з усіх атмосферних газів, із рідкого повітря він випаровується першим. У лабораторії азот одержують при термічному розкладанні амоній нітриту: .

Фосфор одержують з апатитів чи фосфоритів при прожарюванні їх із коксом і піском за температури :

Хімічні властивості азоту.

1)  Взаємодія з металами. Речовини, що утворюються в результаті цих реакцій, називаються нітридами.

    За кімнатної температури азот реагує тільки з літієм:

З іншими металами азот реагує за високих температур:

— алюміній нітрид

2)  Взаємодія з неметалами.

    Із воднем азот взаємодіє в присутності каталізатора за високого тиску і температури:

— амоніак

    За дуже високих температур (близько ) азот реагує з киснем:

— нітроген(ІІ) оксид

Хімічні властивості фосфору.

1)  Взаємодія з металами.

    При нагріванні фосфор реагує з металами:

— кальцій фосфід

2)  Взаємодія з неметалами.

    Білий фосфор самозаймається, а червоний горить при підпалюванні:

— фосфор(V) оксид

За недостачі кисню утворюється фосфор(ІІІ) оксид (дуже отруйна речовина):

Взаємодія з галогенами:

Взаємодія із сіркою:

Амоніак

Молекулярна формула амоніаку: .

Електронна формула:

Структурна формула:

Фізичні властивості амоніаку. Безбарвний газ із характерним різким запахом, майже у два рази легший за повітря, отруйний. При збільшенні тиску чи охолодженні легко скраплюється в безбарвну рідину, температура кипіння , температура плавління . Амоніак дуже добре розчиняється у воді: при в 1 об’ємі води розчиняється до 700 об’ємів амоніаку, при — 1200 об’ємів.

Одержання амоніаку.

1)  Амоніак у лабораторії одержують нагріванням сухої суміші кальцій гідроксиду (гашеного вапна) і амоній хлориду (нашатирю):

2)  Амоніак у промисловості одержують із простих речовин — азоту й водню:

Хімічні властивості амоніаку. Нітроген в амоніаку має найменший ступінь окиснення і тому виявляє тільки відновні властивості.

1)  Горіння в атмосфері чистого кисню чи в підігрітому повітрі:

2)  Окиснення до нітроген(II) оксиду в присутності каталізатора (розпечена платина):

3)  Оборотна взаємодія з водою:

Наявність йонів обумовлює лужне середовище розчину амоніаку. Отриманий розчин називається нашатирний спирт чи амоніачна вода. Йони амонію існують тільки в розчині. Виділити амоній гідроксид як самостійну сполуку неможливо.

4)  Відновлення металів з їхніх оксидів:

5)  Взаємодія з кислотами з утворенням солей амонію (реакція з’єднання):

     — амоній нітрат.

Застосування амоніаку. Велика кількість амоніаку витрачається на одержання нітратної кислоти, нітрогеновмісних солей, сечовини, соди амоніачним методом. На легкому скрапленні й наступному випаровуванні з поглинанням теплоти засноване його застосування в холодильних установках. Водні розчини амоніаку використовують як нітратні добрива.

Солі амонію

Солі амонію — це солі, що містять як катіон групу . Наприклад, — амоній хлорид, — амоній нітрат, — амоній сульфат.

Фізичні властивості солей амонію. Білі кристалічні речовини, добре розчинні у воді.

Одержання солей амонію. Солі амонію утворюються при взаємодії газоподібного амоніаку чи його розчинів із кислотами:

Хімічні властивості солей амонію.

1)  Дисоціація:

2) Взаємодія з іншими солями:

3) Взаємодія з кислотами:

4) Взаємодія з лугами:

Ця реакція є якісною на солі амонію. Амоніак, що виділяється, визначають за запахом чи посинінням вологого індикаторного паперу.

5)  Розкладання при нагріванні:

Застосування солей амонію. Солі амонію застосовуються в хімічній промисловості і як мінеральні добрива в сільському господарстві.

Нітроген оксиди і фосфор оксиди

Нітроген утворює оксиди, у яких він виявляє ступінь окиснення від +1 до +5: ; NO; ; ; ; .

Усі нітроген оксиди отруйні. Оксид має наркотичні властивості, які на початковій стадії позначаються ейфорією, звідси й назва — «звеселяючий газ». Оксид подразнює дихальні шляхи і слизові оболонки очей. Шкідливий наслідок хімічного виробництва, він потрапляє в атмосферу у вигляді «лисячого хвоста» — червоно-брунатного забарвлення.

Фосфор оксиди: і . Фосфор(V) оксид — найбільш стабільний оксид за звичайних умов.

Одержання нітроген оксидів і фосфор оксидів.

При безпосередньому сполученні молекулярних азоту й кисню утворюється тільки нітроген(II) оксид:

Інші оксиди одержують непрямим шляхом.

Фосфор(V) оксид отримують при згорянні фосфору в надлишку кисню або повітря:

Хімічні властивості нітроген оксидів.

1)   — окисник, може підтримувати горіння:

Не реагує з водою і лугами.

2)  NO — легко окиснюється:

Не реагує з водою і лугами.

3)   — кислотний оксид:

4)   — сильний окисник, кислотний оксид:

У присутності надлишку кисню:

Димеризується, утворюючи оксид — безбарвну рідину: . Реакція оборотна. При –11 °С рівновагу практично зміщено в бік утворення , а при 140 °С — у бік утворення .

5)   — кислотний оксид:

Хімічні властивості фосфор(V) оксиду. Фосфоровмісні кислоти.

— типово кислотний оксид. Йому відповідають три кислоти: мета-, орто- і двофосфатна. При розчиненні у воді спершу утворюється метафосфатна кислота:

При тривалому кип’ятінні з водою — ортофосфатна кислота:

При обережному прожарюванні ортофосфатної кислоти утворюється двофосфатна кислота:

Застосування нітроген оксидів та фосфор оксидів.

Нітроген(IV) оксид використовується у виробництві нітратної кислоти, нітроген(І) оксид — у медицині.

Фосфор(V) оксид використовують для осушування газів і рідин, а в окремих випадках — для відщеплення від речовин хімічно зв’язаної води.

Нітратна й фосфатна кислоти

Фізичні властивості ортофосфатної (фосфатної) кислоти. За звичайних умов — тверда, безбарвна, кристалічна речовина. Температура плавлення +42,3 . У твердій і рідкій кислоті молекули поєднуються за рахунок водневих зв’язків. Цим зумовлена підвищена в’язкість концентрованих розчинів фосфатної кислоти. Вона добре розчинна у воді, її розчин — електроліт середньої сили.

Фізичні властивості нітратної кислоти. Безводна (100%-на) кислота — безбарвна рідина, що сильно пахне, температура кипіння . У разі зберігання на світлі поступово забарвлюється в бурий колір, внаслідок розкладання та утворення вищих нітроген оксидів, у тому числі й бурого газу . Добре змішується з водою в будь-яких співвідношеннях.

Одержання фосфатної кислоти.

1)  З її солей, що містяться у фосфатних мінералах (апатитах і фосфоритах), при дії сульфатної кислоти:

2)  Гідратацією фосфор(V) оксиду:

Одержання нітратної кислоти.

1)  Із сухих солей нітратної кислоти при дії на них концентрованої сульфатної кислоти:

2)  Із нітроген оксидів:

3)  Промисловий синтез нітратної кислоти:

     — каталітичне окиснення амоніаку, каталізатор — платина.

     — окиснення киснем повітря.

     — поглинання водою в присутності кисню.

Хімічні властивості фосфатної кислоти. Виявляє всі типові властивості кислот. Фосфатна кислота — триосновна, утворює два ряди кислих солей — дигідрофосфати і гідрофосфати.

1)  Дисоціація:

2)  Взаємодія з оксидами металів:

3)  Взаємодія з основами:

4)  Взаємодія із солями. Реакція з аргентум нітратом є якісною на йон — випадає жовтуватий осад аргентум фосфату:

5)  Взаємодія з металами, що стоять в електрохімічному ряді напруг до Гідрогену:

Хімічні властивості нітратної кислоти. Нітратна кислота — сильний окисник.

1)  Дисоціація:

2)  Взаємодія з оксидами металів:

3)  Взаємодія з основами:

4)   Взаємодія із солями:

5)  Взаємодія з металами. При взаємодії з металами концентрованої і розведеної нітратної кислоти утворюється сіль (нітрат), нітроген оксиди, азот або амоніак і вода.

Застосування ортофосфатної й нітратної кислот.

Ортофосфатна кислота широко використовується у виробництві мінеральних добрив. Вона не отруйна й використовується в харчовій промисловості для виготовлення сиропів, напоїв (кока-коли, пепсі-коли).

Нітратна кислота витрачається на виробництво нітратних добрив, вибухових речовин, ліків, барвників, пластмас, штучних волокон та інших матеріалів. Концентрована нітратна кислота застосовується в ракетній техніці як окисник ракетного палива.

Нітрати

Солі нітратної кислоти — нітрати. Це тверді кристалічні речовини, добре розчинні у воді, токсичні. Натрій, Калій, Кальцій і амоній нітрати називають також селітрами.

Одержання нітратів.

1)  Взаємодія нітратної кислоти з основами:

2)  Взаємодія нітратної кислоти з основними оксидами:

3)  Взаємодія нітратної кислоти з металами, амоніаком:

4)  Взаємодія нітратної кислоти із солями:

Хімічні властивості нітратів. Нітрати мають хімічні властивості, які є типовими для солей (взаємодія з кислотами, солями, основами). Характерним є розклад при нагріванні. Продукти розкладу визначаються місцем металу в електрохімічному ряді напруг.

Наприклад:

Якісною реакцією на нітрат-іон є нагрівання розчину випробуваної солі з концентрованою сульфатною кислотою і міддю. Сульфатна кислота витісняє нітратну з її солі та реагує з міддю, нарешті спостерігається виділення бурого газу:

Застосування нітратів. В основному нітрати застосовуються у виробництві добрив, вибухових речовин, нітратної кислоти, а також скла, ліків, для обробки та консервування харчових продуктів.

Фосфати

Солі фосфатної кислоти — фосфати. Ортофосфатна кислота — триосновна кислота, тому вона утворює три ряди солей: середні — фосфати і два ряди кислих солей — гідрофосфати і дигідрофосфати . Кислі солі розчиняються у воді краще, ніж середні.

Одержання фосфатів. Взаємодія ортофосфатної кислоти:

1)  з основами:

2)  оксидами металів:

3)  металами, що стоять в електрохімічному ряді напруг до Гідрогену:

4)  солями:

Хімічні властивості фосфатів. Фосфати мають усі типові хімічні властивості солей. Характерними для них є переходи від дигідро- до гідрофосфатів і фосфатів:

Кислі солі, до складу яких входять атоми Гідрогену, утворюються при надлишку кислоти в реакційній суміші.

Якісною реакцією на фосфат-йон є взаємодія досліджуваної солі з аргентум нітратом. При цьому випадає жовтий осад :

.

Застосування фосфатів. Фосфати в основному застосовуються як мінеральні добрива, а також для виробництва фосфатних кислот, фосфору.

Мінеральні добрива

Речовини, що вносяться в ґрунт для підвищення врожайності, називаються добривами.

Нітратні добрива поділяються на дві групи: мінеральні (селітри , , , , рідкий амоніак) та органічні (гній, компост, бобові рослини).

Фосфатні добрива. Мінеральні солі поглинаються рослинами тільки в розчиненому вигляді, тому використовуються фосфатні добрива як кислі солі — вони краще середніх розчиняються у воді.

Найважливіші фосфатні добрива:

—  подвійний суперфосфат ,

—  простий суперфосфат ,

—  преципітат ,

—  фосфоритне борошно .

Комбіновані добрива містять декілька необхідних рослині елементів, наприклад: , — амофоси містять Нітроген і Фосфор. Суміш амофосів із калійною селітрою називається «амофосна» і містить також калій.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити