Степень окисления химических элементов

Азотистая кислота

Азотистая кислота HNO2— слабая, одноосновная, химически неустойчивая кислота.

Получение азотистой кислоты.

Азотистую кислоту легко получить вытеснением из нитритов более сильной кислотой.

Например, соляная кислота вытесняет азотистую кислоту из нитрита серебра:

AgNO2      HCl   →    HNO2       AgCl

Химические свойства.

1.Азотистая кислота HNO2  существует только в разбавленных растворах, при нагревании она разлагается:

3HNO2   →  HNO3      2NO      H2O

без нагревания азотистая кислота также разлагается:

2HNO2    →    NO2       NO     H2O

2. Азотистая кислота взаимодействует с сильными основаниями.

Например, с гидроксидом натрия:

HNO2     NaOH   →   NaNO2      H2O

3.За счет азота в степени окисления 3 азотистая кислота проявляет слабые окислительные свойства. Окислительные свойства HNO2 проявляет только при взаимодействии с сильными восстановителями.

Например, HNO2 окисляет иодоводород:

2HNO2      2HI   →   2NO      I2       2H2O

Азотистая кислота также окисляет иодиды в кислой среде:

2НNO2      2KI     2H2SO4   →   K2SO4      I2   2NO    2H2O

Азотистая кислота окисляет соединения железа (II):

2HNO2       3H2SO4      6FeSO4  →   3Fe2(SO4)3      N2        4H2O

4. За счет азота в степени окисления 3 азотистая кислота проявляет сильные восстановительные свойства. Под действием окислителей азотистая кислота переходит в азотную.

Например, хлор окисляет азотистую кислоту до азотной кислоты:

HNO2     Cl2       H2O   →  HNO3     2HCl

Кислород и пероксид водорода также окисляют азотистую кислоту:

2HNO2       O2  →  2HNO3

HNO2       H2O2  →  HNO3      H2O

Соединения марганца (VII) окисляют HNO2:

5HNO2       2HMnO4  →   2Mn(NO3)2      HNO3       3H2O

Валентные возможности атома азота

Запишем электронно-графическую формулу внешнего энергетического уровня атома азота:

Как видно из иллюстрации выше, атом азота в своем обычном состоянии имеет 3 неспаренных электрона, в связи с чем логично предположить о его способности проявлять валентность, равную III. Действительно, валентность, равная трём, наблюдается в молекулах аммиака (NH3), азотистой кислоты (HNO2), треххлористого азота (NCl3) и т.д.

Выше было сказано, что валентность атома химического элемента зависит не только от количества неспаренных электронов, но также и от наличия неподеленных электронных пар. Связано это с тем, что ковалентная химическая связь может образоваться не только, когда два атома предоставляют друг другу по одному электрону, но  также и тогда, когда один атом, имеющий неподеленную пару электронов — донор( 

Несмотря на то что одна из ковалентных связей образуется по донорно-акцепторному механизму, все связи N-H в катионе аммония абсолютно идентичны и ничем друг от друга не отличаются.

Валентность, равную V, атом азота проявлять не способен. Связано это с тем, что для атома азота невозможен переход в возбужденное состояние, при котором происходит распаривание двух электронов с переходом одного из них на свободную орбиталь, наиболее близкую по уровню энергии.

Атом азота не имеет d-подуровня, а переход на 3s-орбиталь энергетически настолько затратен, что затраты энергии не покрываются образованием новых связей. Многие  могут задаться вопросом, а какая же тогда валентность у азота, например, в молекулах азотной кислоты HNO3 или оксида азота N2O5? Как ни странно, валентность там тоже IV, что видно из нижеследующих структурных формул:

Пунктирной линией на иллюстрации изображена так называемая делокализованнаяπ-связь. По этой причине концевые связи NO можно назвать «полуторными». Аналогичные полуторные связи имеются также в молекуле озона O3, бензола C6H6 и т.д.

em>Резюмируя информацию по валентным возможностям атома азота:

1) Для азота возможны валентности I, II, III и IV

2) Валентности V у азота не бывает!

3) В молекулах азотной кислоты и оксида азота N2O5 азот имеет валентность IV, а степень окисления 5 (!).

4) В соединениях, в которых атом азота четырехвалентен, одна из ковалентных связей образована по донорно-акцепторному механизму (соли аммония NH4 , азотная кислота и д.р).

Давайте порассуждаем вместе

1. Атом азота в азотной кислоте имеет степень окисления:

1) 0

2) 3

3) 5

4) -5

Ответ: Формула азотной кислоты HNO3, степень окисления водорода равна 1, кислорода -2, степень окисления азота обозначим за х и рассчитаем ее по уравнению: 1 х 3* (-2) = 0

х = 5

2. Степень окисления -2 атом серы проявляет в каждом из соединений

1) CuSO₄ и H₂S

2) SO₂ и Na₂S

3) H₂SO₃ и SO₃

4) CaS и FeS

Ответ: степень окисления -2 атом серы проявляет в бинарных соединениях с металлами (сульфидах) и водородом (H₂S), поэтому правильный ответ CaS и FeS

3. Максимально возможную степень окисления атом хлора проявляет в соединении

1) HCl

2) HClO₃

3) KClO₄

4) Ba(ClO₂)₂

Ответ: атом хлора расположен в 7 группе, поэтому может иметь максимальную степень окисления 7. Такую степень окисления атом хлора проявляет в веществе KClO₄. Проверим это. У калия степень окисления 1, у кислорода -2, у хлора х. Из уравнения: 1 х 4* (-2) = 0 находим х = 7

4. В соединениях NO2 и NH3 степени окисления азота соответственно равны:

1) 4 и -3

2) 2 и 3

3) 2 и -2

4) 5 и 3

Ответ: В оксиде азота (IV) у кислорода степень окисления -2, значит у азота степень окисления 4. В аммиаке у водорода степень окисления 1, значит у азота степень окисления -3.

5. Установите соответствие между схемами превращения веществ и изменением степени окисления хлора

Ответ:

В молекуле хлора Cl2 степень окисления хлора равна 0

В молекуле ClF3 у фтора степень окисления -1, значит у хлора 3

В молекуле ICl3 у хлора степень окисления -1

В молекуле ClO2 у кислорода степень окисления -2, значит у хлора 4

В молекуле HCl у водорода 1, а у хлора -1

6. Установите соответствие между схемами превращения веществ и изменением степени окисления серы

Ответ:

В молекуле сероводорода у водорода степень окисления 1, а у серы -2

В молекуле SO2 у кислорода степень окисления -2, а у серы 4

В молекуле сернистой кислоты у водорода степень окисления 1, у кислорода -2, значит у серы 4

В молекуле серной кислоты у водорода степень окисления 1, у кислорода -2, значит у серы 6

7. Установите соответствие между схемами превращения веществ и изменением степени окисления азота

Ответ:

В молекуле NO степень окисления у кислорода равна -2, а у азота 2

В молекуле азота N2 степень окисления азота равна 0

В молекуле NO2 степень окисления азота равна 4

В молекуле N2H4 степень окисления азота равна -2

8. В каких реакциях железо выступает в роли восстановителя?

1) Fe S = FeS

2) 2FeCl₃ H₂ = 2FeCl₂ 2HCl

3) 2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ 3H₂O

4) 3Fe 2O₂ = Fe₃O₄

5) 2FeCl₂ Cl₂ = 2FeCl₃

Ответ: 1, 4, 5 , т.к. в этих реакциях железо отдает электроны и повышает свою степень окисления.

9. В каких реакциях сера не изменяет степень окисления?

1) Cu S = CuS

2) 2HCl Na₂SO₃ = 2NaCl SO₂ H₂O

3) Cu 2H₂SO₄ = CuSO₄ SO₂ 2H₂O

4) SO₂ H₂O = H₂SO₃

5) SO₂ 2H₂ = S 2H₂O

Ответ: 2, 4, т.к. в этих реакциях сера не изменяет свою степень окисления.

10. В каком соединении фосфор проявляет степень окисления -3

1) P₂O₃

2) Na₃PO₄

3)Ca₃P₂

4) PCl₃

Ответ: степень окисления -3 фосфор проявляет в бинарных соединениях с металлами, значит в фосфиде кальция Ca3P2 у кальцая степень окисления 2, а у фосфора -3.

Оксид азота (iv)

Оксид азота (IV) — бурый газ. Очень ядовит!  Для NO2  характерна высокая химическая активность.

Способы получения.

1. Оксид азота (IV) образуется при окислении оксида азота (I) и оксида азота (II) кислородом или озоном:

2NO     O2  →   2NO2

2. Оксид азота (IV) образуется при действии концентрированной азотной кислоты на неактивные металлы.

Например, при действии концентрированной азотной кислоты на медь:

4HNO3(конц.)        Cu   →    Cu(NO3)2        2NO2      2H2O

3. Оксид азота (IV) образуется также при разложении нитратов металлов, которые в ряду электрохимической активности расположены правее магния (включая магний) и при разложении нитрата лития.

Например, при разложении нитрата серебра:

2AgNO3    →  2Ag      2NO2        O2

Химические свойства.

1. Оксид азота (IV) реагирует с водойс образованием двух кислот — азотной и азотистой:

2NO2       H2O   →  HNO3      HNO2

Если растворение NO2 в воде проводить в избытке кислорода, то образуется только азотная кислота:

4NO2      2H2O     O2   →  4HNO3

Поскольку азотистая кислота неустойчива, то при растворении NO2 в теплой воде образуются HNO3  и   NO:

3NO2       H2O   →  2HNO3      NO

2. При растворении оксида азота (IV) в щелочахобразуются нитраты и нитриты:

 2NO2       2NaOH   →  NaNO3      NaNO2      H2O

4NO2       2Ca(OH)2  →   Ca(NO2)2      Ca(NO3)2         2H2O

В присутствии кислорода образуются только нитраты:

4NO2       4NaOH     O2   →   4NaNO3      2H2O

3. Оксид азота (IV) – сильный окислитель. В атмосфере оксида азота (IV) горят фосфор, уголь, сера, оксид серы (IV) окисляется до оксида серы (VI):

2NO2       2S   →  N2      2SO2

2NO2       2C   →  N2      2CO2

10NO2       8P   →  5N2      4P2O5

NO2        SO2  →   SO3       NO

4. Оксид азота (IV) димеризуется:

2NO2  ⇄  N2O4

Способы получения азота

1. Азот в лаборатории получают при взаимодействии насыщенных растворов хлорида аммония и нитрита натрия. Образующийся в результате реакции обмена нитрит аммония легко разлагается с образованием азота и воды.

NaNO2      NH4Cl   →   NH4NO2      NaCl

NH4NO2  →   N2       2H2O

Суммарное уравнение процесса:

NaNO2      NH4Cl   →   N2     NaCl     2H2O

Видеоопытвзаимодействия нитрита натрия с хлоридом аммония можно посмотреть здесь.

Азот также образуется при горении аммиака:

4NH3    3O2   →   2N2     6H2O

2. Наиболее чистый азот получают разложением азидовщелочныхметаллов.

Например, разложением азида натрия:

2NaN3   →   2Na        3N2

3.Еще один лабораторный способ получения азота — восстановление  оксида меди (II)  аммиаком при температуре ~700 °C:

3CuO    2NH3  →   3Cu   N2      3H2O

В промышленности азот получают, буквально, из воздуха. При промышленном производстве очень важно, чтобы сырье было дешевым и доступным. Воздуха много и он пока бесплатный.

Используются различные способы выделения азота из воздуха — адсорбционная технология, мембранная и криогенная технологии.

Адсорбционные методы разделения воздуха на компоненты основаны на  разделения газовых сред в азотных установках лежит явление связывания твёрдым веществом, называемым адсорбентом, отдельных компонентов газовой смеси.

Основным принципом работы мембранных систем является разница в скорости проникновения компонентов газа через вещество мембраны. Движущей силой разделения газов является разница парциальных давлений на различных сторонах мембраны.

В основе работы криогенных установок разделения воздуха лежит метод разделения газовых смеси, основанный на разности температур кипения компонентов воздуха и различии составов находящихся в равновесии жидких и паровых смесей.

Таблица степеней окисления химических элементов (1 часть):

Таблица степеней окисления химических элементов (2 часть):

Таблица степеней окисления химических элементов (3 часть):

Коэффициент востребованности 2 869

Тренировочные задания

1. Водород при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:

1) кислородом и железом2) серой и хромом3) оксидом углерода (II) и соляной кислотой4) азотом и натрием

2. Верны ли следующие утверждения о водороде?

А. Перекись водорода можно получить сжиганием водорода в избытке кислорода.Б. Реакция между водородом и серой идёт без катализатора.

1) верно только А2) верно только Б3) верны оба суждения4) оба суждения неверны

3. Кислород при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:

1) гелием и железом2) фосфором и цинком3) оксидом кремния (IV) и хлором4) хлоридом калия и серой

4. Верны ли следующие утверждения о кислороде?

А. Кислород не реагирует с хлором.Б. Реакция кислорода с серой даёт SO2.

1) верно только А2) верно только Б3) верны оба суждения4) оба суждения неверны

5. Фтор при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:

1) гелием и железом2) аргоном и азотной кислотой3) оксидом углерода (IV) и неоном4) водой и натрием

6. Верны ли следующие утверждения о фторе?

А. Реакция избытка фтора с фосфором приводит к PF5.Б. Фтор реагирует с водой.

1) верно только А2) верно только Б3) верны оба суждения4) оба суждения неверны

7. Хлор при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:

1) кислородом и железом2) фосфором и серной кислотой3) оксидом кремния (IV) и неоном4) бромидом калия и серой

8. Верны ли следующие утверждения о хлоре?

А. Пары хлора легче воздуха.Б. В заимодействие хлора с кислородом приводит к оксиду хлора (V).

1) верно только А2) верно только Б3) верны оба суждения4) оба суждения неверны

9. Бром при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:

1) фосфором и железом2) фосфором и серной кислотой3) оксидом кремния (IV) и хлором4) бромидом калия и серой

10. Верны ли следующие утверждения о броме?

А. Бром не вступает в реакцию с водородом.Б. Бром вытесняет хлор из хлоридов.

1) верно только А2) верно только Б3) верны оба суждения4) оба суждения неверны

11. Йод при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:

1) гелием и железом2) фосфором и кальцием3) оксидом кремния (IV) и хлором4) хлоридом калия и серой

12. Верны ли следующие утверждения о йоде?

А. Раствор йода обладает бактерицидными свойствами.Б. Йод реагирует с хлоридом кальция.

1) верно только А2) верно только Б3) верны оба суждения4) оба суждения неверны

13. Сера при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:

1) натрием и железом2) фосфором и оксидом цинком3) оксидом кремния (IV) и хлором4) хлоридом калия и бромидом натрия

14. Верны ли следующие утверждения о сере?

А. При сплавлении серы и кальция образуется CaS.Б. При реакции серы с кислородом образуется SO2.

1) верно только А2) верно только Б3) верны оба суждения4) оба суждения неверны

15. Азот при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:

1) литием и хлоридом кальция2) хлором и оксидом кальция3) оксидом кремния (IV) и хлором4) литием и кальцием

16. Верны ли следующие утверждения об азоте?

А. В промышленности реакцию азота и водорода осуществляют под высоким давлением в присутствии катализатора.Б. При взаимодействии азота и натрия образуется Na3N.

1) верно только А2) верно только Б3) верны оба суждения4) оба суждения неверны

17. Фосфор при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:

1) натрием и сульфидом кальция2) хлором и кислородом3) оксидом углерода (IV) и серой4) серой и оксидом цинка

18. Верны ли следующие утверждения о фосфоре?

А. Реакция фосфора с хлором идёт только в присутствии катализатора.Б. При реакции фосфора с избытком серы образуются только P2S3.

1) верно только А2) верно только Б3) верны оба суждения4) оба суждения неверны

19. Углерод при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:

1) кальцием и сульфатом бария2) хлором и неоном3) оксидом фосфора (V) и серой4) серой и гидроксидом цинка

20. Верны ли следующие утверждения об углероде?

А. При взаимодействии углерода с натрием образуется карбид состава Na2C2.Б. Углерод реагирует с оксидом кальция с образованием CaC2.

1) верно только А2) верно только Б3) верны оба суждения4) оба суждения неверны

21. Кремний при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:

1) кислородом и гидроксидом натрия2) хлором и неоном3) оксидом фосфора (V) и серой4) серой и гидроксидом цинка

22. Верны ли следующие утверждения о кремнии?

А. При взаимодействии кремния с углеродом образуется карбид состава SiC.Б. Кремний реагирует с магнием с образованием Mg2Si.

1) верно только А2) верно только Б3) верны оба суждения4) оба суждения неверны

23. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) H2 Ca →Б) H2 Na2SO4 →В) H2 CuO →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) Na2SO3 H2O2) Cu(OH)23) Cu H2O4) CaH25) Na2S H2O

24. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) H2 Fe3O4 →Б) H2 N2 →В) H2 Na →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) Fe(OH)22) NH33) N2H44) Fe H2O 5) NaH

25. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) O2 Li →Б) O2 Fe(OH)2 H2O →В) O2 (изб.) P →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) Li2O2) Li2O23) P2O54) Fe(OH)35) P2O3

26. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) O2 S →Б) O2 Cr(OH)2 H2O →В) O2 (изб.) C →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) CO2) CO23) SO34) SO25) Cr(OH)3

27. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) Cl2 Fe →Б) Cl2 Cr →В) Cl2 (изб.) P →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) PCl32) FeCl23) FeCl34) CrCl35) PCl5

28. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) Cl2 NaOH (охл.) →Б) Cl2 NaOH (нагр.) →В) Cl2 NaBr →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) NaClO3 NaCl H2O2) NaCl NaClO H2O3) NaClO3 NaCl4) NaCl Br25) NaClBr

29. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) Br2 NaI →Б) Br2 NaOH (нагр.) →В) Br2 NaOH (охл.) →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) NaClI2) NaBrO NaBr3) NaBrO3 NaBr H2O4) NaBrO NaBr H2O5) NaBr I2

30. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) Br2 NaOH (нагр.) →Б) Br2 I2 →В) Br2 SO2 H2O →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) NaBr NaBrO3 H2O2) NaBr NaBrO H2O3) I Br4) H2SO4 HBr5) HBr SO3

31. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) I2 SO2 H2O →Б) I2 H2S →В) I2 HNO3 (конц.) →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) HIO3 NO2 H2O2) HI S3) HIO NO H2O4) HIO NO25) HI H2SO4

32. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) I2 HNO3 (конц.) →Б) I2 NaOH (нагрев.) →В) I2 Br2 →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) NaI NaIO H2O2) HIO3 NO2 H2O3) IBr4) HIO NO H2O5) NaI NaIO3 H2O

33. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) S Na →Б) S HI →В) S NaOH →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) Na2SO3 H2O2) Na2S3) H2S I24) Na2S Na2SO3 H2O5) Na2S H2O

34. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) S Cl2 (недост.) →Б) S HNO3 (конц.) →В) S O2 →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) H2SO4 NO2 H2O2) SCl63) SO34) SO25) SCl2

35. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) N2 O2 →Б) N2 Na →В) N2 Ca →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) Ca3N22) NO23) N2O54) NO5) Na3N

36. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) N2 Li →Б) N2 Al →В) N2 H2 →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) NH32) Li3N3) N2H24) LiN35) AlN

37. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) P H2 →Б) P Cl2 (изб.) →В) P H2SO4 (конц.) →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) PCl32) H3PO4 SO2 H2O3) H2S PH3 H2O4) PH35) PCl5

38. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) P Br2 (недост.) →Б) P LiВ) P HNO3 (конц.) →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) H3PO4 NO2 H2O2) Li3P3) H3PO4 NH4NO34) PBr55) PBr3

39. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) C H2SO4 (конц.) →Б) C Ca →В) C Na2SO4 →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) CO2 SO2 H2O2) Na2SO3 CO3) CaC24) CaC5) Na2S CO2

40. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) C H2O →Б) C HNO3 →В) C S →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) CO2 NO2 H2O2) CO2 NH4NO33) CO H24) CO2 H25) CS2

41. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) Si O2 →Б) Si S →В) S i Mg →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) SiS22) Mg2S3) MgS4) SiO25) SiS

42. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВАА) Si Cl2 →Б) Si C →В) Si NaOH →

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ1) SiC2) SiCl23) Na2SiO3 H24) Na2SiO3 H2O5) SiCl4

43. Дана схема превращений:

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.

44. Дана схема превращений:

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.

45. Дана схема превращений:

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.

46. Дана схема превращений:

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.

47. Дана схема превращений:

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.

48. Дана схема превращений:

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.

49. Дана схема превращений:

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для второго превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.

50. Дана схема превращений:

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.

51. Дана схема превращений:

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.

52. Дана схема превращений:

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.

53. Дана схема превращений:

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.

54. Дана схема превращений:

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.

Углерод

Химический элемент углерод расположен во 2-м периоде, главной подгруппе IV группы периодической системы Д.И. Менделеева, его электронная формула 1s22s22p2, наиболее характерные степени окисления –4, 2, 4.

Для углерода известны стабильные аллотропные модификации (графит, алмаз, аллотропия строения), в виде которых он встречается в природе, а также полученные лабораторным путём карбин и фуллерены.

Алмаз — кристаллическое вещество с атомной координационной кубической решёткой. Каждый атом углерода в алмазе находится в состоянии sp3-гибридизации и образует равноценные прочные связи с четырьмя соседними атомами углерода. Это обуславливает исключительную твёрдость алмаза и отсутствие в обычных условиях электропроводности.

В графите атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации. Атомы углерода объединены в бесконечные слои из шестичленных колец, стабилизированные ω-связью, делокализованные в пределах всего слоя. Этим объясняется металлический блеск и электрическая проводимость графита.

Углеродные слои объединены в кристаллическую решётку в основном за счёт межмолекулярных сил. Прочность химических связей в плоскости макромолекулы значительно больше, чем между слоями, поэтому графит довольно мягок, легко расслаивается и химически несколько активнее алмаза.

В состав древесного угля, сажи и кокса входят очень мелкие кристаллы графита с очень большой поверхностью, которые называют аморфным углеродом.

В карбине атом углерода находится в состоянии sp-гибридизации. Его кристаллическая решётка построена из прямолинейных цепочек двух видов:

Карбин представляет собой порошок чёрного цвета с плотностью 1,9—2,0 г/см3, является полупроводником.

Аллотропные модификации углерода могут переходить друг в друга при определённых условиях. Так, при нагревании без доступа воздуха при температуре 1750 °С алмаз переходит в графит.

В нормальных условиях углерод весьма инертен, однако при высоких температурах он вступает в реакции с различными веществами, причём самой реакционноспособной формой является аморфный углерод, менее активен графит, а самый инертный — алмаз.

Реакции, характерные для углерода:

Углерод устойчив к действию кислот и щелочей. Только горячие концентрированные азотная и серная кислоты могут окислить его до оксида углерода (IV):

Углерод восстанавливает многие металлы из их оксидов. При этом в зависимости от природы металла образуются либо чистые металлы (оксиды железа, кадмия, меди, свинца), либо соответствующие карбиды (оксиды кальция, ванадия, тантала), например:

Углерод образует два оксида: CO и CO2.

Оксид углерода (II) CO (угарный газ) представляет собой бесцветный газ без запаха, плохо растворимый в воде. Это соединение является сильным восстановителем. Он горит на воздухе с выделением большого количества теплоты, благодаря чему CO является хорошим газообразным топливом.

Оксид углерода (II) восстанавливает многие металлы из их оксидов:

Оксид углерода (II) является несолеобразующим оксидом, с водой и щелочами он не реагирует.

Оксид углерода (IV) CO2 (углекислый газ) представляет собой бесцветный, без запаха, негорючий газ, малорастворимый в воде. В технике его обычно получают термическим разложением CaCO3, а в лабораторной практике — действием на CaCO3 соляной кислоты:

Оксид углерода (IV) является кислотным оксидом. Его характерные химические свойства:

Оксиду углерода (IV) соответствует очень слабая двухосновная угольная кислота H2CO3, которая не существует в чистом виде. Она образует два ряда солей: средние — карбонаты, например карбонат кальция CaCO3, и кислые — гидрокарбонаты, например Ca(HCO3)2 — гидрокарбонат кальция.

Карбонаты переходят в гидрокарбонаты под действием избытка углекислого газа в водной среде:

Гидрокарбонат кальция превращается в карбонат под действием гидроксида кальция:

Гидрокарбонаты и карбонаты разлагаются при нагревании:

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 диссоциируетв водном растворе.

 HNO3 → H NO3–

2. Азотная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами  и амфотерными гидроксидами. 

Например, азотная кислота взаимодействует с оксидом меди (II):

CuO     2HNO3   →   Cu(NO3)2     H2O

Еще пример: азотная кислота реагирует с гидроксидом натрия:

HNO3      NaOH   →   NaNO3     H2O

3. Азотная кислота вытесняет более слабые кислоты из их солей (карбонатов, сульфидов, сульфитов). 

Например, азотная кислота взаимодействует с карбонатом натрия:

2HNO3     Na2CO3   →  2NaNO3     H2O     CO2

4. Азотная кислота частично разлагается при кипении или под действием света:

4HNO3  →   4NO2      O2      2H2O

5.Азотная кислота активно взаимодействует с металлами. При этом  никогда не выделяется водород! При взаимодействии азотной кислоты с металлами окислителем всегда выступает азот 5.

металл HNO3 → нитрат металла вода газ (или соль аммония)

С алюминием, хромом и железомна холодуконцентрированная 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:

Fe       6HNO3(конц.)  →   Fe(NO3)3      3NO2     3H2O

 Al      6HNO3(конц.)   →  Al(NO3)3      3NO2     3H2O

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:

4HNO3(конц.)        Cu   →    Cu(NO3)2        2NO2      2H2O

С активными металлами (щелочными и щелочноземельными) концентрированная азотная кислота реагирует с образованием оксида азота (I):

10HNO3          4Ca   →    4Ca(NO3)2        2N2O      5H2O

Разбавленная азотная кислота взаимодействует с неактивными металлами и металлами средней активности (в ряду электрохимической активности после алюминия). При этом образуется оксид азота (II).

8HNO3 (разб.)          3Cu   →    3Cu(NO3)2        2NO      4H2O

С активными металлами (щелочными и щелочноземельными), а также оловоми железом разбавленная азотная кислота реагирует с образованием молекулярного азота:

12HNO3(разб)        10Na   →    10NaNO3       N2       6H2O

При взаимодействии кальцияи магнияс азотной кислотой любой концентрации (кроме очень разбавленной) образуется оксид азота (I):

10HNO3          4Ca    →   4Ca(NO3)2        2N2O      5H2O

Очень разбавленная азотная кислота реагирует с металлами с образованием нитрата аммония:

10HNO3            4Zn   →    4Zn(NO3)2        NH4NO3      3H2O

Таблица. Взаимодействие азотной кислоты с металлами.

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:

6HNO3           S     →   H2SO4      6NO2        2H2O

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.

5HNO3          P   →    H3PO4        5NO2        H2O

5HNO3          3P         2H2O   →    3H3PO4        5NO

Видеоопытвзаимодействия фосфора с безводной азотной кислотой можно посмотреть здесь.

4HNO3         C   →   CO2        4NO2        2H2O

Видеоопытвзаимодействия угля с безводной азотной кислотой можно посмотреть здесь.

10HNO3      I2  →   2HIO3      10NO2       4H2O

7. Концентрированная азотная кислота окисляет сложные вещества (в которых есть элементы в отрицательной, либо промежуточной степени окисления): сульфиды металлов, сероводород, фосфиды, йодиды, соединения железа (II) и др.

Например, азотная кислота окисляет оксид серы (IV):

2HNO3        SO2  →   H2SO4        2NO2

Еще пример: азотная кислота окисляет йодоводород:

6HNO3      HI   →  HIO3      6NO2      3H2O

Азотная кислота окисляет углерод до углекислого газа, т.к. угольная кислота неустойчива.

3С        4HNO3   →    3СО2       4NO       2H2O

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:

2HNO3        H2S     →  S        2NO2      2H2O

При нагревании до серной кислоты:

2HNO3        H2S     →  H2SO4         2NO2      2H2O

8HNO3         CuS   →   CuSO4       8NO2       4H2O

Соединения железа (II) азотная кислота окисляет до соединений железа (III):

4HNO3         FeS   →   Fe(NO3)3     NO       S       2H2O

8. Азотная кислота окрашивает белкив 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.

Химические свойства азота

При нормальных условиях азот химически малоактивен.

1. Азот проявляет свойства окислителя(с элементами, которые расположены ниже и левее в Периодической системе) и свойства восстановителя(с элементами, расположенными выше и правее). Поэтому азот реагирует с металлами и неметаллами.

1.1. Молекулярный азот при обычных условиях с кислородом не реагирует. Реагирует с кислородом только при высокой температуре (2000оС),  на электрической дуге  (в природе – во время грозы):

N2    O2  ⇄   2NO –  Q

Процесс эндотермический, т.е. протекает с поглощением теплоты.

1.2. При сильном нагревании (3000оС-5000оС или действие электрического разряда) образуется атомарный азот, который реагирует с серой, фосфором, мышьяком, углеродом с образованием бинарных соединений:

2С   N2  →  N≡C–C≡N

Молекулярный азот, таким образом, не реагирует с серой, фосфором, мышьяком, углеродом.

1.3.Азот взаимодействует с водородом при высоком давлении и высокой температуре, в присутствии катализатора. При этом образуется аммиак:

N2     ЗН2   ⇄    2NH3

Этот процесс экзотермический, т.е. протекает с выделением теплоты.

1.4. Азот реагирует с активными металлами: с литием при комнатной температуре, кальцием, натрием и магнием при нагревании. При этом образуются бинарные соединения-нитриды.

Например, литий реагирует с азотом с образованием нитрида лития:

N2      6Li   →   2Li3N

2.Со сложными веществами азот практически не реагирует из-за крайне низкой реакционной способности.

Взаимодействие возможно только в жестких условиях с активными веществами, например, сильными восстановителями.

Например, азот окисляет гидрид лития:

N2      3LiH  →   Li3N      NH3

Химические свойства аммиака

1.В водном растворе аммиак проявляет основные свойства (за счет неподеленной электронной пары). Принимая протон (ион H ), он превращается в ион аммония. Реакция может протекать и в водном растворе, и в газовой фазе:

:NH3      H2O    ⇄    NH4       OH–

Таким образом, среда водного раствора аммиака – щелочная. Однако аммиак – слабое основание. При 20 градусах один объем воды поглощает до 700 объемов аммиака.

Видеоопытрастворения аммиака в воде можно посмотреть здесь.

2. Как основание, аммиак взаимодействует с кислотами в растворе и в газовой фазе с образованием солей аммония.

Например, аммиак реагирует с серной кислотой с образованием либо кислой соли – гидросульфата аммония (при избытке кислоты), либо средней соли – сульфата аммония (при избытке аммиака):

NH3       H2SO4    →    NH4HSO4

2NH3      H2SO4    →   (NH4)2SO4

Еще один пример: аммиак взаимодействует с водным раствором углекислого газа с образованием карбонатов или гидрокарбонатов аммония:

NH3       H2O    CO2  →    NH4HCO3

2NH3      H2O    CO2    →   (NH4)2CO3

Видеоопытвзаимодействия аммиака с концентрированными кислотами – азотной, серной и и соляной можно посмотреть  здесь.

В газовой фазе аммиак реагирует с летучим хлороводородом. При этом образуется густой белый дым – это выделяется хлорид аммония. 

NH3      HCl  →   NH4Cl

Видеоопытвзаимодействия аммиака с хлороводородом в газовой фазе (дым без огня) можно посмотреть здесь.

3. В качестве основания, водный раствор аммиака реагирует с растворами солей тяжелых металлов, образуя нерастворимые гидроксиды.

Например, водный раствор аммиака реагирует с сульфатом железа (II) с образованием сульфата аммония и гидроксида железа (II):

FeSO4   2NH3  2H2O  →  Fe(OH)2  (NH4)2SO4

4. Соли и гидроксиды меди, никеля, серебра растворяются в избытке аммиака, образуя комплексные соединения – амминокомплексы.

Например, хлорид меди (II) реагирует с избытком аммиака с образованием хлорида тетрамминомеди (II):

4NH3      CuCl2  →  [Cu(NH3)4]Cl2

Гидроксид меди (II) растворяется в избытке аммиака:

4NH3       Cu(OH)2   → [Cu(NH3)4](OH)2

5.Аммиак горит на воздухе, образуя азот и воду:

4NH3        3O2    →  2N2      6H2O

Если реакцию проводить в присутствии катализатора (Pt), то азот окисляется до NO:

4NH3        5O2    →    4NO     6H2O

6. За счет атомов водорода в степени окисления 1 аммиак может выступать в роли окислителя, например в реакциях с щелочными, щелочноземельными металлами, магнием и алюминием. С металлами реагирует только жидкий аммиак.

Например, жидкий аммиак реагирует с натрием с образованием амида натрия:

2NH3       2Na   →   2NaNH2     H2

 Также возможно образование Na2NH,  Na3N.

При взаимодействии аммиака с алюминием образуется нитрид алюминия:

2NH3        2Al   →   2AlN      3H2

7. За счет азота в степени окисления -3 аммиак проявляет восстановительные свойства. Может взаимодействовать с сильными окислителями — хлором, бромом, пероксидом водорода, пероксидами и оксидами некоторых металлов. При этом азот окисляется, как правило, до простого вещества.

Например, аммиак окисляется хлором до молекулярного азота:

2NH3        3Cl2    →  N2      6HCl

Пероксид водорода также окисляет аммиак до азота:

2NH3        3H2O2    →  N2      6H2O

Оксиды металлов, которые в электрохимическом ряду напряжений металлов расположены справа — сильные окислители. Поэтому они также окисляют аммиак до азота.

Например, оксид меди (II) окисляет аммиак:

2NH3       3CuO   →    3Cu      N2      3H2O

Химические свойства солей аммония

1. Все соли аммония – сильные электролиты, почти полностью диссоциируют на ионы в водных растворах:

NH4Cl   ⇄   NH4 Cl–

2.Соли аммония проявляют свойства обычных растворимых солей –вступают в реакции обмена с щелочами, кислотами и растворимыми солями, если в продуктах образуется газ, осадок или образуется слабый электролит.

Например, карбонат аммония  реагирует с соляной кислотой. При этом выделяется углекислый газ:

(NH4)2CO3      2НCl →   2NH4Cl Н2O CO2

Соли аммония реагируют с щелочами с образованием аммиака.

Например, хлорид аммония реагирует с гидроксидом калия:

NH4Cl        KOH   →   KCl       NH3       H2O

Взаимодействие с щелочами — качественная реакция на ионы аммония. Выделяющийся аммиак можно обнаружить по характерному резкому запаху и посинению лакмусовой бумажки.

3. Соли аммония подвергаются гидролизу по катиону, т.к. гидроксид аммония — слабое основание:

NH4Cl      Н2O    ↔   NH3 ∙ H2O      HCl

NH4           HOH    ↔   NH3 ∙ H2O         H

4. При нагревании соли аммония разлагаются. При этом если соль не содержит анион-окислителя, то разложение проходит без изменения степени окисления атома азота. Так разлагаются хлорид, карбонат, сульфат, сульфид и фосфат аммония:

NH4Cl   →    NH3      HCl

NH4HCO3    →   NH3      CO2       H2O

  (NH4)2SO4    →   NH4HSO4     NH3

NH4HS  →   NH3      H2S

Если соль  содержит анион-окислитель, то разложение сопровождается  изменением степени окисления атома азота иона аммония. Так протекает разложение нитрата, нитрита и дихромата аммония:

NH4NO2   →   N2        2H2O  

190 – 245° C:

NH4NO3  →   N2O      2H2O

При температуре 250 – 300°C:

 2NH4NO3  →   2NO       4H2O

При температуре выше 300°C:

2NH4NO3    →   2N2      O2       4H2O

Разложение бихромата аммония («вулканчик»).Оранжевые кристаллы дихромата аммония под действием горящей лучинки бурно реагируют. Дихромат аммония – особенная соль, в ее составе – окислитель и восстановитель. Поэтому «внутри» этой соли может пройти окислительно-восстановительная реакция (внутримолекулярная ОВР):

(NH4)2Cr2O7  →   Cr2O3       N2      4H2O

Окислитель –  хром (VI) превращается в хром (III), образуется зеленый оксид хрома. Восстановитель – азот, входящий в состав иона аммония, превращается в газообразный азот. Итак, дихромат аммония превращается в зеленый оксид хрома, газообразный азот и воду.

Реакция начинается от горящей лучинки, но не прекращается, если лучинку убрать, а становится еще интенсивней, так как в процессе реакции выделяется теплота, и, начавшись от лучинки, процесс лавинообразно развивается. Оксид хрома (III) – очень твердое, тугоплавкое вещество зеленого цвета, его используют как абразив.

Видеоопытразложения дихромата аммония можно посмотреть здесь.