Взаимодействие азотной кислоты с металлами 9 класс
Обновлено: 04.10.2024
За лето ребенок растерял знания и нахватал плохих оценок? Не беда! Опытные педагоги помогут вспомнить забытое и лучше понять школьную программу. Переходите на сайт и записывайтесь на бесплатный вводный урок с репетитором.
Вводный урок бесплатно, онлайн, 30 минут
Предварительный просмотр:
ОТНОШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ К КИСЛОТАМ
Чаще всего в химической практике используются такие сильные кислоты как серная H 2 SO 4 , соляная HCl и азотная HNO 3 .
Соляная кислота (HCl)
Соляная кислота – это техническое название хлороводородной кислоты. Получают ее путем растворения в воде газообразного хлороводорода – HCl. Ввиду невысокой его растворимости в воде, концентрация соляной кислоты при обычных условиях не превышает 38%. Поэтому независимо от концентрации соляной кислоты процесс диссоциации ее молекул в водном растворе протекает активно:
Образующиеся в этом процессе ионы водорода H + выполняют роль окислителя , окисляя металлы, расположенные в ряду активности левее водорода . Взаимодействие протекает по схеме:
Me + HCl соль + H 2 ↑
При этом соль представляет собой хлорид металла (NiCl 2 , CaCl 2 , AlCl 3 ), в котором число хлорид-ионов соответствует степени окисления металла.
Соляная кислота является слабым окислителем, поэтому металлы с переменной валентностью окисляются ей до низших положительных степеней окисления :
Mn 0 → Mn 2+ и др.
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2 ↑
2│Al 0 – 3 e - → Al 3+ - окисление
3│2H + + 2 e - → H 2 – восстановление
Соляная кислота пассивирует свинец (Pb). Пассивация свинца обусловлена образованием на его поверхности трудно растворимого в воде хлорида свинца (II), который защищает металл от дальнейшего воздействия кислоты:
Pb + 2 HCl → PbCl 2 ↓ + H 2 ↑
Серная кислота (H 2 SO 4 )
В промышленности получают серную кислоту очень высокой концентрации (до 98%). Следует учитывать различие окислительных свойств разбавленного раствора и концентрированной серной кислоты по отношению к металлам.
Разбавленная серная кислота
В разбавленном водном растворе серной кислоты большинство ее молекул диссоциируют:
H 2 SO 4 H + + HSO 4 -
HSO 4 - H + + SO 4 2-
Образующиеся ионы Н + выполняют функцию окислителя .
Как и соляная кислота, разбавленный раствор серной кислоты взаимодействует только с металлами активными и средней активности (расположенными в ряду активности до водорода).
Химическая реакция протекает по схеме:
Ме + H 2 SO 4(разб.) → соль + H 2 ↑
2 Al + 3 H 2 SO 4(разб.) → Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 H 2 ↑
1│2Al 0 – 6 e - → 2Al 3+ - окисление
Металлы с переменной валентностью окисляются разбавленным раствором серной кислоты до низших положительных степеней окисления :
Свинец (Pb) не растворяется в серной кислоте (если ее концентрация ниже 80%) , так как образующаяся соль PbSO 4 нерастворима и создает на поверхности металла защитную пленку.
Концентрированная серная кислота
В концентрированном растворе серной кислоты (выше 68%) большинство молекул находятся в недиссоциированном состоянии, поэтому функцию окислителя выполняет сера , находящаяся в высшей степени окисления (S +6 ). Концентрированная H 2 SO 4 окисляет все металлы, стандартный электродный потенциал которых меньше потенциала окислителя – сульфат-иона SO 4 2- (0,36 В). В связи с этим, с концентрированной серной кислотой реагируют и некоторые малоактивные металлы .
Процесс взаимодействия металлов с концентрированной серной кислотой в большинстве случаев протекает по схеме:
Me + H 2 SO 4 (конц.) соль + вода + продукт восстановления H 2 SO 4
Продуктами восстановления серной кислоты могут быть следующие соединения серы:
Практика показала, что при взаимодействии металла с концентрированной серной кислотой выделяется смесь продуктов восстановления, состоящая из H 2 S, S и SO 2. Однако, один из этих продуктов образуется в преобладающем количестве. Природа основного продукта определяется активностью металла : чем выше активность, тем глубже процесс восстановления серы в серной кислоте.
Взаимодействие металлов различной активности с концентрированной серной кислотой можно представить схемой:
Алюминий (Al) и железо (Fe) не реагируют с холодной концентрированной H 2 SO 4 , покрываясь плотными оксидными пленками, однако при нагревании реакция протекает.
Ag, Au, Ru, Os, Rh, Ir, Pt не реагируют с серной кислотой.
Концентрированная серная кислота является сильным окислителем , поэтому при взаимодействии с ней металлов, обладающих переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления , чем в случае с разбавленным раствором кислоты:
Свинец (Pb) окисляется до двухвалентного состояния с образованием растворимого гидросульфата свинца Pb(HSO 4 ) 2 .
8 A1 + 15 H 2 SO 4(конц.) →4A1 2 (SO 4 ) 3 + 12H 2 O + 3H 2 S
4│2Al 0 – 6 e - → 2Al 3+ - окисление
3│ S 6+ + 8e → S 2- – восстановление
Металл средней активности
2Cr + 4 H 2 SO 4(конц.) → Cr 2 (SO 4 ) 3 + 4 H 2 O + S
1│ 2Cr 0 – 6e →2Cr 3+ - окисление
1│ S 6+ + 6e → S 0 - восстановление
2Bi + 6H 2 SO 4(конц.) → Bi 2 (SO 4 ) 3 + 6H 2 O + 3SO 2
1│ 2Bi 0 – 6e → 2Bi 3+ – окисление
3│ S 6+ + 2e →S 4+ - восстановление
Азотная кислота (HNO 3 )
Особенностью азотной кислоты является то, что азот, входящий в состав NO 3 - имеет высшую степень окисления +5 и поэтому обладает сильными окислительными свойствами. Максимальное значение электродного потенциала для нитрат-иона равно 0,96 В, поэтому азотная кислота – более сильный окислитель, чем серная. Роль окислителя в реакциях взаимодействия металлов с азотной кислотой выполняет N 5+ . Следовательно, водород H 2 никогда не выделяется при взаимодействии металлов с азотной кислотой ( независимо от концентрации ). Процесс протекает по схеме:
Me + HNO 3 соль + вода + продукт восстановления HNO 3
Продукты восстановления HNO 3 :
Обычно при взаимодействии азотной кислоты с металлом образуется смесь продуктов восстановления, но как правило, один из них является преобладающим. Какой из продуктов будет основным, зависит от концентрации кислоты и активности металла.
Концентрированная азотная кислота
Концентрированным считают раствор кислоты плотностью ρ > 1,25 кг/м 3 , что соответствует
концентрации > 40%. Независимо от активности металла реакция взаимодействия с HNO 3 (конц.) протекает по схеме:
Me + HNO 3 (конц.) → соль + вода + NO 2
С концентрированной азотной кислотой не взаимодействуют благородные металлы ( Au, Ru, Os, Rh, Ir, Pt ), а ряд металлов ( Al, Ti, Cr, Fe, Co, Ni ) при низкой температуре пассивируются концентрированной азотной кислотой. Реакция возможна при повышении температуры, она протекает по схеме, представленной выше.
Al + 6HNO 3(конц.) → Al(NO 3 ) 3 + 3H 2 O + 3NO 2 ↑
1│ Al 0 – 3e → Al 3+ - окисление
3│ N 5+ + e → N 4+ - восстановление
Fe + 6HNO 3(конц.) → Fe(NO 3 ) 3 + 3H 2 O + 3NO↑
1│ Fe 0 – 3e → Fe 3+ - окисление
Ag + 2HNO 3(конц.) → AgNO 3 + H 2 O + NO 2 ↑
1│ Ag 0 – e →Ag + - окисление
1│ N 5+ + e → N 4+ - восстановление
Разбавленная азотная кислота
Продукт восстановления азотной кислоты в разбавленном растворе зависит от активности металла , участвующего в реакции:
8Al + 30HNO 3(разб.) → 8Al(NO 3 ) 3 + 9H 2 O + 3NH 4 NO 3
8│ Al 0 – 3e → Al 3+ - окисление
3│ N 5+ + 8e → N 3- - восстановление
Выделяющийся в процессе восстановления азотной кислоты аммиак сразу взаимодействует с избытком азотной кислоты, образуя соль – нитрат аммония NH 4 NO 3 :
NH 3 + HNO 3 → NH 4 NO 3.
10Cr + 36HNO 3(разб.) → 10Cr(NO 3 ) 3 + 18H 2 O + 3N 2
10│ Cr 0 – 3e → Cr 3+ - окисление
3│ 2N 5+ + 10e → N 2 0 - восстановление
Кроме молекулярного азота (N 2 ) при взаимодействии металлов средней активности с разбавленной азотной кислотой образуется в равном количестве оксид азота (I) – N 2 O. В уравнении реакции нужно писать одно из этих веществ .
3Ag + 4HNO 3(разб.) → 3AgNO 3 + 2H 2 O + NO
3│ Ag 0 – e →Ag + - окисление
1│ N 5+ + 3e → N 2+ - восстановление
«Царская водка» (ранее кислоты называли водками) представляет собой смесь одного объема азотной кислоты и трех-четырех объемов концентрированной соляной кислоты, обладающую очень высокой окислительной активностью. Такая смесь способна растворять некоторые малоактивные металлы, не взаимодействующие с азотной кислотой. Среди них и «царь металлов» - золото. Такое действие «царской водки» объясняется тем, что азотная кислота окисляет соляную с выделением свободного хлора и образованием хлороксида азота (III), или хлорида нитрозила – NOCl:
HNO 3 + 3 HCl → Cl 2 + 2 H 2 O + NOCl
Хлорид нитрозила далее разлагается по схеме:
2 NOCl → 2 NO + Cl 2
Хлор в момент выделения состоит из атомов. Атомарный хлор является сильнейшим окислителем, что и позволяет «царской водке» воздействовать даже на самые инертные «благородные металлы».
Реакции окисления золота и платины протекают согласно следующим уравнениям:
Урок на тему "Взаимодействие азотной кислоты с металлами" (9 класс)
Программа занятия составлена в соответствии с требованиями ФГОС.
Базовая программа предмета не предполагает углубленного изучения особенностей химических свойств азотной кислоты. Решение проблемы возможно на элективных занятиях.
Главная задача учителя этого занятия, создание условий для исследования взаимодействия азотной кислоты с металлами. Учащиеся работают в парах. Все химические реакции проводят в вытяжном шкафу.
Результаты опытов обсуждаются в микрогруппах, затем идет сравнение результатов и подведение итога. Результаты работы оформляются в виде схемы. Для закрепления материала предлагается работа с текстом.
На этом занятии продолжается процесс формирования всех четырех видов УУД:
На данном занятии возникает проблема: азотная кислота окисляет только N +5 (в разбавленном и концентрированном виде). Этот вопрос решается в индивидуальном порядке с заинтересованными учащимися или в старшей школе.
Актуальность предлагаемого занятия :
учащиеся, изучая свойства кислот, часто делают ошибки, в продуктах взаимодействия азотной кислоты с металлами. Выделяется водород, что в корне не верно. Я часто сталкиваюсь с этим не только на своих занятиях, но и проверяя Олимпиадные задания и задания ОГЭ и ЕГЭ (тренировочные).
Цель: создание условий для развития навыков исследовательской деятельности при изучении темы « Взаимодействие азотной кислоты с металлами ».
Задачи : образовательная - расширить знания о свойствах кислот; совершенствовать умения экспериментальной работы, оформление результатов, умение делать выводы.
развивающая -развитие научно-познавательного интереса; формирование навыков самостоятельной работы учащихся; развитие умений сравнивать, делать выводы.
воспитательная - формирование культуры работы с реактивами; воспитывать сотрудничество с учителем и одноклассниками; способствовать развитию грамотной химической речи.
I Личностные: 1. Самоопределение-повысить мотивацию учащихся через химический эксперимент.
2.Смыслообразование-способствовать проявлению интереса к новому; умение использовать имеющиеся знания и личный опыт при изучении химических свойств азотной кислоты.
II Коммуникативные : умение планировать парную и групповую работу на занятии (уроке), умение слушать и понимать речь учителя, одноклассников, обмениваться мнениями при работе.
III Познавательные : формировать цели урока; устанавливать причинно-следственные связи при изучении химических свойств азотной кислоты; выдвигать гипотезу и доказывать её посредством химического эксперимента.
IV Регулятивные : обеспечивают управление познавательной деятельностью посредством постановки целей, планирования, контроля, коррекции своих действий, оценки успешности усвоения.
Оборудование и реактивы.
-металлы Fe; Zn; Cu; Ca; Al, растворы кислот-соляной, серной, азотной
индикаторы; метиловый оранжевый, универсальный желтый.
Все опыты проводим в вытяжном шкафу.
I организация учащихся
2. Проверка готовности к учебному занятию.
3. Организация внимания.
II Актуализация знаний ( опрос по вопросам изученных тем ).
1. Дайте определение классу кислот.
2. Назовите, с какими веществами вступают во взаимодействие кислоты.
3. Напишите уравнения реакций молекулярные и ионные (полные и сокращенные).
4. Выполните упражнения, снимающие усталость (физминутка).
5. Выполняется один из опытов, подтверждающий общие свойства кислот.
NaOH + HCl →
Учащиеся записывают молекулярные и ионные уравнения. Обращают внимание на похожий результат: сокращенное ионное уравнение реакции нейтрализации.
Опыт 2-ой: растворы всех трех кислот испытывают универсальным индикатором. Результат одинаковый – цвет красно-розовый.
Учащиеся делают вывод: общие свойства кислот обусловлены наличием катиона водорода.
Ребята уже знают, что растворы кислот при взаимодействии с металлами, стоящими до водорода (за исключением щелочных металлов, которые в первую очередь, реагируют с водой) вытесняют его из растворов кислот. И не реагируют с металлами, стоящими в ряду напряжений металлов после водорода.
Предположим, р-р азотной кислоты будет реагировать так же, как и HCl ; H 2 SO 4 . Один из учащихся демонстрирует опыт «Взаимодействие №1 - NiHCl ; №2 - H 2 SO 4 ; №3 - HNO 3 c Zn ».
В пробирках с HCl и H 2 SO 4 выделился водород. Это определили при поджигании содержимого пробирок. В пробирках с соляной и серной кислотами слышится характерный звук сгорании чистого кислорода.
Учащиеся записывают ОВР методом электронного баланса и делают выводы.
В пробирке №3 ничего не происходит. Выделяется бесцветный газ со сладковатым запахом. Возникает проблема: азотная кислота реагирует с металлами, иначе чем другие.
III этап урока . Получение новых знаний.
Учащиеся формируют гипотезу: азотная кислота при взаимодействии с металлами является окислителем за счет N +5.
Постановка цели : экспериментально выяснить, что азотная кислота (как p - p , так и концентрированная) окисляет азотом +5.
2. Определить методику проведения опытов.
3. Проделать химические реакции HNO 3 (конц) и p HNO 3 с металлами: Fe , Al , Ca , Cu .
4. Оформить результаты в виде таблицы.
5. Сформировать выводы.
I. В пронумерованные пробирки с р-р HNO 3 (№1, 2, 3, 4) помещаем Ca , Al , Fe , Cu . (опыты проводим в вытяжном шкафу).
II. В пронумерованные пробирки (№5, 6, 7, 8) с k HNO 3 помещаем Ca , Al , Fe , Cu . (опыты проводим в вытяжном шкафу).
Результат каждого опыта заносим в таблицу.
Исходные вещества
Признаки реакции
Уравнение реакций с позиции ОВР
р-р HNO 3 + Ca →
или HNO 3(разб) + Ca
Нет видимых признаков реакции
10HN +5 O3+4Ca 0 →
Окисл . N +5 +8e N -3 2 1
Восст . Ca 0 -2e Ca + 2 8 4
р-р HNO 3 + Al →
или HNO 3(разб) + Al
Нет видимых признаков реакции (выделение бесцветного газа, не горящего и не поддерживающего горение)
Al 0 -3 e Al 3+ 10
HN +5 O 3 - окислитель за счет N +5
Al 0 - восстановитель
р-р HNO 3 + Fe →
или HNO 3(разб) + Fe
Выделение газа без цвета и запаха (железо окисляется Fe +3 )
Fe 0 -3 e Fe +3 3 1
HN +5 O 3 – окислитель за счет N +5
р-р HNO 3 + Cu →
или HNO 3(разб) + Cu
Выделение газа без цвета и запаха
II . HNO 3 концентрированный
HNO 3(конц) + Ca →
Выделяется газ без цвета. Запах сладковатый
Ca 0 -2 Ca +2 4 2
H +5 +4 e N +1 2 1
H +5 – окислитель
HNO 3(конц) + Al →
HNO 3(конц) пассивирует Al
HNO 3(конц) + Fe →
HNO 3(конц) + Cu →
Выделение бурого ядовитого газа
Результат опытов и вывода обсуждается в паре, а затем каждая пара учащихся высказывает свое мнение.
Все суждения обобщаются при помощи схемы.
I (концентрированная) II (разбавленная)
Fe и Al Al до Al ( NO 3 )3; и вода
(пассивирует) Fe до Fe ( NO 3 )3; NO +2 и вода
Ca Соль; вода Ca ; Соль; вода и еще N -3 H 4 NO 3
газ) Cu ; Соль Вода + N +2 O
(Бурый ядовитый газ)
Глубина восстановления нитрат иона зависит от концентрации кислоты и положения металла в электрохимическом ряду напряжений металла. Это можно представить в виде следующей схемы:
Увеличивается концентрация кислоты
Возрастает активность металла
Гипотеза о том, что азотная кислота, как концентрированная, так и разбавленная окисляет своим N +5 .
Водород при взаимодействии кислоты с металлами не выделяется.
Прочтите текст сказки: «Как металлы с азотной кислотой воевали» и выполните задание (после текста).
«Как металлы с Азотной кислотой воевали».
В одной сказочной стране был Город Мастеров. Жили в нем очень трудолюбивые и талантливые жители – металлы. Славился этот город красивыми домами с блестящими на солнце крышами, искусными резными чугунными решетками и оградами. Над городом разносился мелодичный перезвон тысяч колоколов и колокольчиков!
А по соседству с Городом Мастеров было царство герцогини Азотной. Герцогиня считала себя сильной и могущественной. Давно хотелось ей покорить металлы. И решила Азотная пойти войной.
Узнав о надвигающейся беде, металлы решили защищаться! Ведь среди них было немало храбрых рыцарей. А еще у них был проворный разведчик – индикатор. Он узнавал о количестве войск герцогини Азотной и предупреждал металлы.
И вот, настал первый день сражения. Индикатор сообщил, что войска противника немногочисленны, концентрация их слабая. Тогда рыцарь Цинк в цинковых доспехах решил дать отпор кислотному войску. Но, он пал на поле боя. В воздух наполнился странным газом со сладковатым запахом, без цвета. И, хотя товарищам жаль было героя, всех охватил судорожный смех! Металлы, почувствовав опасность, решили отступать. Азотная была несказанно рада. Как легко дается ей победа! Но, на всякий случай она усилила свои отряды, о чем незамедлительно металлам сообщил индикатор.
Настал второй день. На защиту Города Мастеров вышел рыцарь Купрум в сияющих медных доспехах. Но, и он не устоял. А в воздухе появился токсичный газ без цвета и запаха. Опять металлам стало нехорошо, и они отступили!
Герцогиня Азотная подумала, что она непобедима, уже видны были крепостные стены Города Мастеров. Кислотные войска были максимально усилены, и началась осада крепости металлов. Разведчик индикатор доложил, что концентрация войск Азотной очень велика. И тогда рыцарь Аргентум в ослепительных серебряных доспехах решил вступить в бой. Он был храбр и долго сопротивлялся, но герцогиня Азотная задушила его «лисьим хвостом» своей шубы.
У металлов оставалось совсем немного шансов спасти свой город. Тогда рыцарь Аурум в доспехах из чистого золота, сверкающих в лучах осеннего солнца, вышел на бой. Он доблестно сражался, ему даже удалось потеснить кислотные войска. У герцогини Азотной впервые появилось сомнение в победе. Послала она за помощью к своей сестре графине Соляной, просила у нее самые отборные войска. Помощь от Соляной пришла быстро, рыцарь Аурум не смог устоять и погиб! Металлы совсем поуныли, но сдаваться не собирались!
Пришла зима с лютыми морозами. Осада продолжалась. И тут на военный совет металлов пришли рыцари Феррум, Алюминий и Хром. Они сказали, что с наступлением холодов смогут побороться с войсками Азотной кислоты.
И вот в морозный ясный день три доблестных рыцаря вышли на бой. Они разбили войска Азотной на три части и одержали победу. Герцогиня была повержена, Город мастеров спасен! Металлы вновь стали жить счастливы!
А герцогиня Азотная, вернувшись домой ни с чем, сильно обиделась.
Провести физминутку для снятия усталости.
Задания к тексту :
1. Как можно определить степень разбавления кислоты используя индикатор.
2. Назовите газ, который выделился при взаимодействии азотной кислоты с цинком. Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции используя метод электронного баланса.
3. Какой газ выделился при «сражении» меди с азотной кислотой.
4. Запишите его формулу, укажите степень окисления азота в ней.
5. Запишите формулу оксида азота, который в тексте назван «лисьим хвостом».
6. Почему «рыцари» Fe , Al , Cr «победили войско» азотной кислоты с наступлением морозной погоды.
7. Как называется «союз» соляной и азотной кислот.
8. В какую часть вашей схемы Вы поместите Zn , Cr , Ag .
1. Назовите тему сегодняшнего занятия.
2. Какая была поставлена цель.
3. Реализована ли цель, что этому способствовало.
4. С каким настроением Вы уходите с занятия. ( 😡 или 😐 или 🙂 )
Приложение 1. Ответы на вопросы
1. Степень разбавления кислоты можно определить по интенсивности окраски индикатора.
2. При взаимодействии азотной кислоты с цинком выделился оксид азота ( I ) тривиальное название «Веселящий газ». 4 Zn 0 +10 HN +5 O 3 → 4 Zn +2 ( NO 3 )2+ +5 H 2 O
Восстановитель Zn 0 – 2 e - → Zn +2 8 4
Окислитель 2 N +5 +8 e - = 2 N +1 2 1
3. При взаимодействии меди с HNO 3 выделился оксид азота ( II ).
4. N +2 O – оксид азота ( II ).
5. «Лисий хвост» - это NO 2 - оксид азота( IV ).
6. При низкой температуре HNO 3(конц) пассивирует Fe , Cr , Ni , Co , Al .
7. С золотом и платиной HNO 3(конц) не реагирует, но «союз» HCl HNO 3 в отношении1 HNO 3 : 4 HCl – это царская водка. Золото и платина растворяются.
8. Ag в первую часть схемы, рядом с Cu . Cr в правую часть, он пассивируется HNO 3(конц) . Zn во вторую часть, рядом с Al .
1. Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия 9 класс», 2-е изд. - М.: 2016. - 208с .
2. В. А. Красицкий «Взаимодействие азотной кислоты с металлами», авторская работа. 2009. 18с.
Разработка урока по химии на тему "Специфические свойства азотной кислоты" (9 класс)
Тема: Специфическое взаимодействие азотной кислоты с металлами. Азотная кислота как окислитель. Реакции азотной кислоты с оксидами, основаниями, солями других кислот. Качественная реакция на нитрат-ион.
Цель: обучающая : сформировать знания учеников о х имических свойствах азотной кислоты; с овершенствовать знания о свойствах кислот при рассмотрении особых свойств азотной кислоты; создать условия для формирования учебной, коммуникативной компетенции через освоение знаний по составлению уравнений реакций;
развивающая : развить умения работать в группах, логически мыслить, что будет способствовать развитию умственных способностей, познавательной активности;
воспитывающая : воспитать уважительное отношение учащихся к мнению других, чувство товарищества, сопереживания, интерес к предмету.
Оборудование и материалы: периодическая табл. Менделеева, учебник, раздаточный материал.
Тип урока: комбинированный.
Форма урока: игра — практикум.
ХОД УРОКА
Организационный этап
Для проведения урока класс делится на две команды.
Актуализация опорных знаний, навыков и умений учеников
1) Проверка выполнения домашней работы (правильность заполнения таблицы по теме «Оксиды азота»
2) Фронтальный опрос (за каждый правильный ответ команда получает 1 балл):
1.Элемент, который находится под порядковым номером 7 –
2.Общее число электронов у атома азота –
3. Степень окисления азота в азотной кислоте -
5. Степень окисления азота в аммиаке –
6 . «Азот – непременная составная часть живых организмов». Речь идет о простом веществе или химическом элементе?
7 . Аммиак при нормальных условиях – это …
8 . Оксид азота (II) – это …
9 . Оксид азота (IV) – это …
10. Почему оксид азота (I) называют «веселящий газ»?
Мотивация обучающей деятельности учеников
- Сегодня нам нужно изучить одно очень важное вещество, которое используется для производства комплексных удобрений, лекарств и красителей, через несколько секунд, мы узнаем, что это за соединение.
1) Это вещество было описано арабским химиком в VIII веке Джабиром ибн Хайяном (Гебер) в его труде «Ямщик мудрости», а с ХV века это вещество добывалось для производственных целей.
2) Благодаря этому веществу русский учёный В.Ф. Петрушевский в 1866 году впервые получил динамит.
Это вещество – прародитель большинства взрывчатых веществ (например, тротила, или тола).
- Это вещество является компонентом ракетного топлива, его использовали для двигателя первого в мире советского реактивного самолёта БИ – 1.
3) Это вещество в смеси с соляной кислотой растворяет платину и золото, признанное «царём» металлов. Сама смесь, состоящая из 1-ого объёма этого вещества и 3-ёх объёмов соляной кислоты, называется «царской водкой».
4) Впервые его получил Монах-алхимик Бонавентура в 1270 году в поисках универсального растворителя «алкагеста» решил нагреть смесь железного купороса с селитрой. Сосуд, в котором была смесь, вскоре наполнился красно-бурым «дымом». Монах в изумлении застыл, затем убрал огонь и увидел, как в колбу-приемник стала капать желтоватая жидкость. Она действовала на все металлы, даже на серебро и ртуть. Алхимики думали, что сидящий в жидкости рыжий дым является демоном, управляющим одной из стихий природы – водой. Поэтому желтоватую жидкость называли «крепкой водой» или «крепкой водкой». Это название сохранилось до времен М. В. Ломоносова. Как сейчас называют это вещество?
Объявление темы и целей урока
- Как вы уже догадались, сегодня мы будем изучать азотную кислоту, ее свойства. Но проводить это будем не стандартным уроком.
Изучение нового материала, его восприятие, осмысление
Химические свойства азотной кислоты
а) Общие свойства (свойства которые характерны для любых кислот неорганических соединений) (ученики приводят свои химические реакции)
1. Действие на индикаторы (лакмус — красный, фенолфталеин — бесцветный, метилоранж - розовый)
3. Взаимодействие с основными и амфотерными оксидами
2HNO3 + BaO = Ba(NO3)3 + H2O
6HNO3 + AI2O3 = 2AI(NO3)3 + 3H2O
4. Взаимодействие с основаниями
HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O
5. Взаимодействие с солями других кислот
2HNO3 + K2CO3 = 2KNO3 + H2O + CO2
1. Взаимодействие с металлами
Концентрированная и разбавленная азотная кислота взаимодействуе т со всеми металлами, расположенными до и после водорода, кроме золото и платины.
При взаимодействии азотной кислоты с металлами водород не выделяется, т. е. реакция по схеме Zn + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + H2 не происходит.
В зависимости от концентрации выделяются различные вещества :
Каждой группе раздается памятка «Специфические свойства азотной кислоты с металлами» (приложение 1) и предлагается составить по две реакции взаимодействия азотной кислоты с металлом при различной концентрации кислоты:
примеры возможных реакций
a) 4HNO3(k) + Zn = Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
б) 8HNO3(p) + 3Zn = 3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O
в) 10HNO3(p) + 4Zn = 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O
г) 12HNO3(p) + 5Zn = 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
д) 10HNO3(p) + 4Zn = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
е) 2HNO3(k) + Ag = AgNO3 + NO2 + H2O
ж) 4HNO3(p) + 3Ag = 3AgNO3 + NO + 2H2O
Металл пассивирует — это значит, что на поверхности металла появляется достаточно плотная плёнка ОКСИДА (азотная кислота - сильный окислитель) , препятствующая дальнейшей реакции.
2. Качественная реакция на нитрат- ион NO3-
Для определения нитрат ионов NO3- к исследуемо му веществ у , добавляют медных стружек, приливают концентрированную серную кислоту и нагревают (например) :
NaNO3 + H2SO4(k) = NaHSO4 + HNO3
4HNO3 + Cu =Cu(NO3)2 + 2NO2 ↑ + 2H2O
Выделение бурого газа свидетельствует о наличии нитрат- ионов.
Закрепление, систематизация и обобщение знаний учеников
1. Определите сумму коэффициентов в следующих уравнениях реакций:
а) Ca + HNO3 = … + NH4NO3 + H2O
б ) Cu + HNO3 = … + NO + H2O
1. Азотная кислота является сильным окислителем.
2. Азотная кислота взаимодействует только с растворимыми основаниями.
3 . Азотная кислота взаимодействует только с металлами стоящими в ряду активности до водорода.
4 . Азотная кислота пассивирует алюминий.
5 . Азотную кислоту в промышленности получают из аммиака.
6 . При взаимодействии азотной кислоты с металлами водород не выделяется.
Подведение итогов, оценивания результатов работы на уроке
Проводится подсчет баллов команд, определяются активные члены команд
Рефлексия
А) Что я узнал нового на уроке?
Б) Мне понравилось. (не понравилось)
В) Осталось не понятным.
Домашнее задание
проработать §27, выполнить упр. _______
творческое задание: разгадать кроссворд по теме «Азот и его соединения»
Разработка урока по теме "Азотная кислота взаимодействие с металлами" 9 класс
Цель урока : уметь составлять уравнения химических реакций, характеризующих особые свойства азотной кислоты, знать взаимодействие концентрированной и разбавленной HNO 3 с металлами, особенности образования солей азотной кислоты, нитратов – их значение в жизни человека, в народном хозяйстве.
Оборудование : на столе учителя: Cu , HNO 3, H 2 SO 4(конц.,), KNO 3, лучинка.
На столе учащихся:
Новые понятия: «Царская водка», нитраты, взаимодействие азотной кислоты с металлами.
Девиз урока «Знать хорошее важнее, чем знать многое». Ж.Ж. Руссо
1. Проверочная работа (10 минут). Осуществить цепочку превращений.
Cu--------- С u О ------CuSO4-----Cu(OH)2-------
2. Можно ли из металла Си получить Си . Мы должны ответить на этот вопрос. А начать объяснения нового материала мне хотелось бы рассказом-сказкой школьницы- ученицы 9 класса Юлии Гальпериной из г. Феодосии. Мы все из детства и любим слушать сказки «Сказка ложь, да в ней намек, добрым молодцам урок!»
Как стать звездой?
3. Она родилась в волшебной, в самой удивительной стране, в химической лаборатории. Ее папа – оксид азота ( IV )- был мужчиной злого нрава и носил прозвище «лисий хвост». Ее мама была простой, спокойной женщиной, звали ее вода- H 2 O .
Она появилась маленькая, бесцветная. Но когда к ней прибавили раствор лакмуса, все сразу поняли, что родилась девочка Н NO 3. Ей дали красивое женское имя – Кислота. Кислота унаследовала от отца не только фамилию Азотная. Она унаследовала его взрывной и неуравновешенный характер. Иногда, когда ее массовая доля в растворе была ближе к 1 (100%), она начинала вести себя так, что ее называли «дымящей».
Кислота HNO 3 дружила с металлами, дружба эта носила окислительно - восстановительный характер. Ее друзьями были ртуть и серебро, а благородные металлы Аи, Р t не дружили. Пассовала HNO 3 и перед Fe , Al , Ni , Co , Cr и разбавленная перед Ti . Обидно было кислоте HNO 3, она считала себя благородной и очень талантливой.
Кислота азотная заметила, что при попадании на древесные опилки или стружки они могут воспламеняться. Она разрушала шерсть и натуральный шелк, а на коже человека оставляла желтые пятна. Многие стали ее остерегаться. Но открыли важное свойство, что при взаимодействии с металлами, с основными оксидами, основаниями она образует соли, которые называются нитратами или селитрами. Ее продукцию стали поставлять в сельское хозяйство. Кислота работала не покладая рук, попадая в почву в вид е нитратов. Овощи и фрукты обрадовались нитратам, они стали употреблять их в неограниченном количестве. Скоро нитратов во фруктах и овощах стало так много, что что возник вопрос как от них избавиться. А к кислоте HNO 3 пришла настоящая слава. О ней стали писать газеты и журналы, говорить по телевидению. Кислот HNO 3 стала настоящей звездой.»
Азотная кислота и ее соли содержат NO 3 – нитрат ионы, называемые нитратами. Для определения нитрат –ионов в пробирку помещают немного исследуемого вещества, добавляют медных стружек, приливают концентрированную серную кислоту нагревают.
NaNO3 + H2SO4= NaHSO4 + HNO3
4 HNO3 + Cu = Cu (NO3)2 + 2 NO2 + H2O
Качественная реакция на HNO 3 и ее соли. При взаимодействии HNO 3 с металлами Н2 не выделяется, он окисляется образуя Н2О. Кислота же в зависимости от концентрации может восстанавливаться до соединений.
HNO3 NO2 HNO2 NO N2O N2 NH3
Восстановление HNO 3
Различной концентрации иллюстрируется схемой /смотри ниже/.
Алгоритм . Me + H2SO4 ( разб . ) = MeSO4 + H2
H2SO4( концентрированная ) + Me = MeSO4 + SO2 (H2S …..S…..) + H2O
HNO3 ( разбавленная ) + Me= MeNO3 + NO(NH3…….NH4NO3)+ H2O
HNO3 ( концентрированная ) + Me = MeNO3 + NO2 (N2O) + H2O
Что объединяет между собой концентрированную H 2 SO 4, разбавленную HNO 3и концентрированную HNO 3? По железнодорожным путям двигаются цистерны с концентрированной H 2 SO 4 и HNO 3. Почему мы с вами не видим химической реакции? Как будет реагировать концентрированная H 2 SO 4, концентрированная HNO 3 и разбавленная HNO 3 с А g .Составьте электронный баланс.
Комментирование вслух работ. Платина и золото не взаимодействуют не с H 2 SO 4, не с HNO 3, но растворяется в «царской водке» - смесь 3 V концентрированной соляной кислоты и 1 V концентрированной HNO 3.
Au+ 3HCl+ HNO3= AuCl3 + NO +2H2O
3 Pt + 4 HNO 3 + 12 HCl = 3 PtCl 4 + 4 NO + 8 H 2 O /смотри стихотворение ниже /
При взаимодействии азотной кислоты с металлами , основными и амфотерными оксидами , с основаниями , образуются соли нитраты. Где применяются ее соли и азотная кислота?
Аммиачная селитра, нитрат аммония, азотнокислый аммоний – NH 4 NO 3
Натриевая селитра, нитрат натрия ---------- NaNO 3
Калиевая селитра, нитрат калия ------- KNO 3
У этих солей 2 лица - также как у бога Януса, одно лицо- мирное- «Соли плодородия». 2 лицо – воинствующее- лица войны и крови,- входит в состав пороха, взрывчатые вещества.
Физические свойства: Все нитраты – твердые кристаллические вещества , хорошо растворимые в воде/ смотри таблицу растворимости/. А каковы же химические свойства нитратов.
Укажите признаки химической реакции. Напишите полные и сокращенные ионные уравнения.
Нитраты калия и натрия служат консервантами в пищевой промышленности. Опасность нитратов оценивается не только по их содержанию в среде, но и по наличию условий способствующих их восстановлению в нитриты /недостаток или избыток влаги, интенсивность солнечной радиации и др./ Нередки случаи тяжелые отравления людей с высоким содержанием нитратов, в частности дынями. При отравлении нитратами у человека появляется головные боли, головокружение, тошнота, рвота, снижение артериального давления, нарушение дыхания. Известны случаи гибели сельскохозяйственных животных, получавших корма , с повышенным содержанием нитратов. Жвачные особенно чувствительны к нитратам, поскольку у них процесс образования метчеглобина протекает значительно интенсивнее, чем у других животных. Высокое содержание нитратов характерно для шпината, салата, редиса, свеклы, сельдерея, петрушки, капусты. Для предотвращения загрязнения окружающей среды нитратами большое значение имеет -правильный выбор дозы, сроков и способов внесения удобрений.
Хомченко Г.Г. Сборник задач и упражнений для средней школы. Задача 13-44.
На смесь меди и оксида меди( II ) массой 75 г подействовали избытком HNO 3(конц). При этом образовался газ объемом 26,88 л. (н.у.). Определите массовую долю оксида меди в исходной смеси.
Азотная кислота
Азотная кислота HNO3 – это сильная одноосновная кислота-гидроксид. При обычных условиях бесцветная, дымящая на воздухе жидкость, температура плавления −41,59 °C, кипения +82,6 °C ( при нормальном атмосферном давлении). Азотная кислота смешивается с водой во всех соотношениях. На свету частично разлагается.
Валентность азота в азотной кислоте равна IV, так как валентность V у азота отсутствует. При этом степень окисления атома азота равна +5. Так происходит потому, что атом азота образует 3 обменные связи и одну донорно-акцепторную, является донором электронной пары.
Поэтому строение молекулы азотной кислоты можно описать резонансными структурами:
Обозначим дополнительные связи между азотом и кислородом пунктиром. Этот пунктир по сути обозначает делокализованные электроны. Получается формула:
Способы получения
В лаборатории азотную кислоту можно получить разными способами:
1. Азотная кислота образуется при действии концентрированной серной кислоты на твердые нитраты металлов. При этом менее летучая серная кислота вытесняет более летучую азотную.
Например , концентрированная серная кислота вытесняет азотную из кристаллического нитрата калия:
2. В промышленности азотную кислоту получают из аммиака . Процесс осуществляется постадийно.
1 стадия. Каталитическое окисление аммиака.
2 стадия. Окисление оксида азота (II) до оксида азота (IV) кислородом воздуха.
3 стадия. Поглощение оксида азота (IV) водой в присутствии избытка кислорода.
Химические свойства
Азотная кислота – это сильная кислота . За счет азота со степенью окисления +5 азотная кислота проявляет сильные окислительные свойства .
1. Азотная кислота практически полностью диссоциирует в водном растворе.
2. Азотная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами.
Например , азотная кислота взаимодействует с оксидом меди (II):
Еще пример : азотная кислота реагирует с гидроксидом натрия:
3. Азотная кислота вытесняет более слабые кислоты из их солей (карбонатов, сульфидов, сульфитов).
Например , азотная кислота взаимодействует с карбонатом натрия:
4. Азотная кислота частично разлагается при кипении или под действием света:
5. Азотная кислота активно взаимодействует с металлами. При этом никогда не выделяется водород! При взаимодействии азотной кислоты с металлами окислителем всегда выступает азот +5. Азот в степени окисления +5 может восстанавливаться до степеней окисления -3, 0, +1, +2 или +4 в зависимости от концентрации кислоты и активности металла.
металл + HNO3 → нитрат металла + вода + газ (или соль аммония)
С алюминием, хромом и железом на холоду концентрированная HNO3 не реагирует – кислота «пассивирует» металлы, т.к. на их поверхности образуется пленка оксидов, непроницаемая для концентрированной азотной кислоты. При нагревании реакция идет. При этом азот восстанавливается до степени окисления +4:
Золото и платина не реагируют с азотной кислотой, но растворяются в «царской водке» – смеси концентрированных азотной и соляной кислот в соотношении 1 : 3 (по объему):
HNO3 + 3HCl + Au → AuCl3 + NO + 2H2O
Концентрированная азотная кислота взаимодействует с неактивными металлами и металлами средней активности (в ряду электрохимической активности после алюминия). При этом образуется оксид азота (IV), азот восстанавливается минимально:
С активными металлами (щелочными и щелочноземельными) концентрированная азотная кислота реагирует с образованием оксида азота (I):
Разбавленная азотная кислота взаимодействует с неактивными металлами и металлами средней активности (в ряду электрохимической активности после алюминия). При этом образуется оксид азота (II).
С активными металлами (щелочными и щелочноземельными), а также оловом и железом разбавленная азотная кислота реагирует с образованием молекулярного азота:
При взаимодействии кальция и магния с азотной кислотой любой концентрации (кроме очень разбавленной) образуется оксид азота (I):
Очень разбавленная азотная кислота реагирует с металлами с образованием нитрата аммония:
Таблица . Взаимодействие азотной кислоты с металлами.
| Азотная кислота | ||||
| Концентрированная | Разбавленная | |||
| с Fe, Al, Cr | с неактивными металлами и металлами средней активности (после Al) | с щелочными и щелочноземельными металлами | с неактивными металлами и металлами средней активности (после Al) | с металлами до Al в ряду активности, Sn, Fe |
| пассивация при низкой Т | образуется NO2 | образуется N2O | образуется NO | образуется N2 |
6. Азотная кислота окисляет и неметаллы (кроме кислорода, водорода, хлора, фтора и некоторых других). При взаимодействии с неметаллами HNO3 обычно восстанавливается до NO или NO2, неметаллы окисляются до соответствующих кислот, либо оксидов (если кислота неустойчива).
Например , азотная кислота окисляет серу, фосфор, углерод, йод:
Безводная азотная кислота – сильный окислитель. Поэтому она легко взаимодействует с красным и белым фосфором . Реакция с белым фосфором протекает очень бурно. Иногда она сопровождается взрывом.
Видеоопыт взаимодействия фосфора с безводной азотной кислотой можно посмотреть здесь.
Видеоопыт взаимодействия угля с безводной азотной кислотой можно посмотреть здесь.
7. Концентрированная а зотная кислота окисляет сложные вещества (в которых есть элементы в отрицательной, либо промежуточной степени окисления): сульфиды металлов, сероводород, фосфиды, йодиды, соединения железа (II) и др. При этом азот восстанавливается до NO2, неметаллы окисляются до соответствующих кислот (или оксидов), а металлы окисляются до устойчивых степеней окисления.
Например , азотная кислота окисляет оксид серы (IV):
Еще пример : азотная кислота окисляет иодоводород:
Сера в степени окисления -2 окисляется без нагревания до простого вещества, при нагревании до серной кислоты.
Например , сероводород окисляется азотной кислотой без нагревания до молекулярной серы:
При нагревании до серной кислоты:
Соединения железа (II) азотная кислота окисляет до соединений железа (III):
8. Азотная кислота окрашивает белки в оранжево-желтый цвет («ксантопротеиновая реакция«).
Ксантопротеиновую реакцию проводят для обнаружения белков, содержащих в своем составе ароматические аминокислоты. К раствору белка прибавляем концентрированную азотную кислоту. Белок свертывается. При нагревании белок желтеет. При добавлении избытка аммиака окраска переходит в оранжевую.
Видеоопыт обнаружения белков с помощью азотной кислоты можно посмотреть здесь.
Читайте также: