Jaké jsou vlastnosti dusíku?

Chcete-li vědět: nejdůležitější vlastnosti a použití dusíku, fosforu, amoniaku, oxidů dusíku a fosforu, kyseliny dusičné a fosforečné, dusičnanů; nejdůležitější minerální hnojiva (dusík, fosfor a draslík), podmínky pro jejich racionální skladování a použití; zařízení na výrobu amoniaku v laboratorních podmínkách; kvalitativní reakce na dusičnanové, fosforečnanové ionty a amonné ionty; chemické reakce při výrobě čpavku a kyseliny dusičné, podmínky jejich realizace; obecné vědecké principy chemické výroby.
Být schopný: charakterizovat podskupinu prvků; sestavit rovnice studovaných reakcí, zvážit je z hlediska redoxního a iontového konceptu; v praxi stanovit dusičnanové a fosforečnanové ionty, jakož i amonné ionty; řešit kombinované problémy.
koncepty: donor-akceptorový mechanismus tvorby vazby, amonný ion, nesůlnotvorný (indiferentní) oxid dusičnan, hnojiva (hnojiva), alotropie fosforu, anhydrid fosforu, anhydrid dusný, anhydrid dusnatý, nitridy, fosfidy.

Kontrolní otázky

1. Jaká je struktura atomu dusíku?
2. Jaké jsou možné valence a oxidační stavy dusíku?
3. Kde se v přírodě nachází dusík?
4. Jak se získává dusík v laboratoři a v průmyslu?
5. Jaké jsou fyzikální vlastnosti dusíku?
6. Jaké jsou chemické vlastnosti dusíku? Napište reakční rovnice.
7. Kde se používá dusík?
8. Jaká je struktura molekuly amoniaku? Jaký typ chemické vazby je v molekule NH₃?
9. Jak vzniká vazba donor-akceptor v amonném iontu?
10. Proč je amoniak schopen oxidace?
11. Jaké jsou fyzikální vlastnosti amoniaku?
12. Jak dochází k interakci amoniaku s vodou a kyselinami?
13. Jaké dva způsoby oxidace čpavku znáte? Uveďte rovnice pro odpovídající reakce.
14. Kde se používá amoniak?
15. Proč jsou amonné soli podobné solím draselným?
16. Jaká je rozpustnost amonných solí ve vodě?
17. Jak se získává amoniak v laboratoři a ve výrobě? Zapište reakční rovnice pro produkci NH₃.
18. Jaké jsou obecné vlastnosti amonných solí? Napište reakční rovnice.
19. Jaké jsou specifické vlastnosti amonných solí? Podpořte svou odpověď reakčními rovnicemi.
20. Jaká je kvalitativní reakce na amonné soli? Napište rovnici pro reakci.
21. Jaké znáš oxidy dusíku?
22. Jak můžete získat oxid dusnatý? Jaké jsou jeho fyzikální vlastnosti?
23. Jak můžete získat oxid dusičitý? Jaké jsou jeho fyzikální vlastnosti?
24. Jak interaguje oxid dusičitý s vodou a zásadami? Napište reakční rovnice.
25. Jaké jsou fyzikální vlastnosti kyseliny dusičné?
26. Jaká je struktura molekuly kyseliny dusičné?
27. Jaké je mocenství a oxidační stav dusíku v kyselině dusičné?
28. Jak můžete získat kyselinu dusičnou? Uveďte reakční rovnici.
29. Proč je kyselina dusičná silným oxidačním činidlem?
30. Jak reaguje kyselina dusičná s kovy?
31. Jaké plynné látky se mohou uvolňovat při redukci dusíku v kyselině dusičné?
32. Které kovy nereagují s koncentrovanou kyselinou dusičnou? Proč?
33. Jak spolupůsobí měď a stříbro se zředěnou kyselinou dusičnou? Napište reakční rovnice.
34. V jaké nádobě lze skladovat kyselinu dusičnou?
35. Jak se rozkládá kyselina dusičná?
36. Jak interagují nekovy s kyselinou dusičnou? Uveďte reakční rovnice.
37. Jaké další sloučeniny dusíku znáš?
38. Jak se nazývají soli kyseliny dusičné? Jaké jsou jejich fyzikální vlastnosti?
39. Jaké dusičnany jsou hnojiva?
40. Jaké znáte způsoby získávání dusičnanů? Napište reakční rovnice.
41. Jak se mohou dusičnany při zahřívání rozkládat? Napište reakční rovnice pro rozklad KNO₃, Cu(NO₃)₂ a AgNO₃.
42. Proč mohou být dusičnany oxidačními činidly?
43. Jak odlišit dusičnany od ostatních solí?
44. Jaká je struktura atomu fosforu?
45. Jaké jsou možné oxidační stavy fosforu?
46. ​​Kde se v přírodě nachází fosfor?
47. Jaké alotropní formy tvoří fosfor?
48. Která forma prvku fosfor je nejaktivnější?
49. Jak se v průmyslu získává fosfor?
50. Jaké jsou chemické vlastnosti fosforu? Uveďte reakční rovnice.
51. Jak fosfor interaguje s Bertholletovou solí?
52. Kde se používá fosfor?
53. Jaký je vzorec anhydridu fosforu? Jaké jsou jeho fyzikální vlastnosti?
54. Jak reaguje anhydrid fosforu s vodou? Napište rovnici pro reakci.
55. Jaká je chemická podstata oxidu P₂О₅? Jak reaguje s alkáliemi?
56. Kde se používá anhydrid kyseliny fosforečné?
57. Vyjmenujte vzorce hlavních kyselin fosforečných.
58. Jak můžete získat kyselinu ortofosforečnou? Napište rovnici reakce.
59. Jak dochází k disociaci kyseliny ortofosforečné?
60. Kolik druhů solí může tvořit kyselina fosforečná?
61. Jak se nazývají soli kyseliny ortofosforečné? Uveďte příklady vzorců solí kyseliny ortofosforečné, ve kterých je nahrazen jeden, dva a tři atomy vodíku. Pojmenujte tyto soli.
62. Jak rozpoznat soli kyseliny fosforečné?
63. Kde se používá kyselina ortofosforečná a její soli?
64. Jaké látky se nazývají hnojiva?
65. Jaké znáte druhy hnojiv?
66. Uveďte nejdůležitější hnojiva každé skupiny.
67. Které prvky tvoří rodinu dusíku?
68. Jak se mění vlastnosti prvků skupiny Va a jejich sloučenin s rostoucím atomovým číslem? Proč?
69. Kde se používá arsen, antimon a vizmut?
70. Co víte o fosfinu?
71. Jaké sloučeniny se nazývají fosfidy? Jak interagují s vodou a kyselinami?
72. Jak dokázat, že bílý a červený fosfor jsou alotropní formy téhož prvku?

5.1. Některé sloučeniny dusíku a jejich vlastnosti

5.1.1. Oxidy dusíku

– oxid dusnatý (I), oxid dusný, rajský plyn, oxid netvořící sůl. Získejte N₂O rozkladu dusičnanu amonného:

Zařízení na výrobu oxidu dusnatého (I) se skládá ze stojanů, zkumavky, zátky s trubicí pro výstup plynu, krystalizátoru, válce a lihové lampy, jak je znázorněno na obr. 1. Vložte dusičnan amonný do suché zkumavky, uzavřete ji zátkou s trubicí pro výstup plynu a opatrně zahřejte. Plyn se shromažďuje ve válci naplněném vodou.

Obr. 1.
Příprava oxidu dusnatého (I) v laboratoři

Oxid N₂O se při zahřátí rozkládá:

Oxid N₂O reaguje s vodíkem:

– oxid dusnatý (II), oxid netvořící sůl. NO se získává reakcí mědi s kyselinou HNO₃ (rozděleno) (obr. 2).

Zařízení na výrobu oxidu dusnatého se skládá ze stojanů, zkumavky, zátky s trubicí pro výstup plynu, krystalizátoru, válce a lihové lampy. Vložte několik měděných hoblin do zkumavky a přidejte zředěnou kyselinu dusičnou. Zkumavka se uzavře zátkou s hadičkou pro výstup plynu a zajistí se ve stojanu. Konec výstupní trubky plynu je spuštěn do krystalizátoru s vodou a poté do válce, jak je znázorněno na obr. 2. Při zahřívání se začíná uvolňovat bezbarvý plyn – oxid dusíku (II).

Obr. 2.
Získání oxidu dusnatého (II) v laboratoři

Oxid dusnatý NO se snadno oxiduje vzdušným kyslíkem, to znamená, že působí jako redukční činidlo:

Při reakci s oxidem siřičitým je oxid NO oxidační činidlo:

– oxid dusnatý (III), anhydrid dusný (odpovídá kyselině dusité HNO₂ a dusitanové soli, NaNO₂ – dusitan sodný); Je to kyselý oxid a má všechny vlastnosti kyselých oxidů. Získá se oxid N₂O₃ podle reakce:

– oxid dusíku (IV), oxid dusičitý, hnědý plyn (toxický).

ŽÁDNÉ oxidové reakce₂

3) Dimerizace po ochlazení:

Při teplotě –11 °C je rovnováha zcela posunuta doprava a při +140 °C zcela doleva.

– oxid dusnatý (V), anhydrid dusnatý, oxid kyselý, silné oxidační činidlo.
Oxid N₂O₅ snadno se rozkládá:

5.1.2. Speciální vlastnosti kyseliny dusičné.
NE₃ – silné oxidační činidlo

Při interakci s HNO₃ Vodík se nikdy neuvolňuje s kovy (M):

M + HNO₃ sůl + voda + plyn.

Směs HNO₃ (konc.) s HCl (konc.) v objemovém poměru 1:3 (1V HNO₃ + 3V HCl) se nazývá „aqua regia“.

5.2. Řešení problémů na téma „Podskupina dusíku“

1 výzva. Určete minimální objem roztoku s hmotnostním zlomkem kyseliny dusičné 80 % a hustotou 1,45 g/ml, který bude potřeba k rozpuštění stříbra získaného reakcí 10 g železa s roztokem obsahujícím
48 g dusičnanu stříbrného.

rozhodnutí

2 výzva. Za normálních podmínek má 12 litrů směsi plynů sestávající z amoniaku a oxidu uhličitého hmotnost 18 g. Kolik litrů každého plynu směs obsahuje? Jaké jsou objemové podíly jednotlivých složek ve směsi?

rozhodnutí

Sebekontrolní úkoly

1. Napište rovnice prakticky proveditelných reakcí:

2. Napište reakční rovnice pro následující transformace:

3. Vytvořte diagramy elektronické váhy, uspořádejte koeficienty do reakčních rovnic:

4. Při interakci 28 litrů (n.a.) amoniaku s roztokem kyseliny dusičné o hmotnosti 400 g, který obsahuje 0,24 hmotnostních zlomků HNO₃vznikne dusičnan amonný o hmotnosti 90 g. Vypočítejte výtěžek reakčního produktu v procentech z teoreticky možného.

5. Při ohřevu technického dusičnanu měďnatého o hmotnosti 75,2 g se uvolňuje kyslík o objemu 4 litry (č.). Vypočítejte hmotnostní podíl nečistot ve vzorku dusičnanů.

6. Existuje směs chloridu sodného, ​​uhličitanu a dusičnanu o hmotnosti 50 g Určete hmotnostní zlomek každé složky směsi, je-li známo, že při nadbytku kyseliny chlorovodíkové vzniká plyn o objemu 2,24 l (. č.) se uvolňuje a při kalcinaci takové Stejná hmotnost směsi uvolňuje kyslík o objemu 2,24 litrů (n.u.).

7. Když je 80g vzorek vápence obsahující 20% nečistot vystaven přebytku zředěné kyseliny dusičné, uvolňuje se oxid uhelnatý (IV), který prochází roztokem obsahujícím 25,6 g hydroxidu sodného. Určete, která sůl (kyselina nebo médium) se tvoří. Jaká je jeho hmotnost?

8. Určete, jaká sůl vzniká a jakou má hmotnost, pokud 200 ml roztoku hydroxidu vápenatého, jehož koncentrace je 0,2 mol/l, reagovalo s 9,8% roztokem kyseliny ortofosforečné o hmotnosti 200g.

9. Oxid fosforečný, získaný oxidací 31 g fosforu, se rozpustí ve 495 g vody za vzniku kyseliny ortofosforečné. Do tohoto roztoku bylo převedeno 44,8 litrů amoniaku. Určete složení výsledné soli a její koncentraci v roztoku (hmotnostní zlomek v procentech).

Odpovědi na úkoly pro sebeovládání

5.2. Řešení problémů na téma „Podskupina dusíku“

Chemický prvek dusík tvoří pouze jednu jednoduchou látku. Tato látka je plynná a je tvořena dvouatomovými molekulami, tzn. má vzorec N₂. Navzdory skutečnosti, že chemický prvek dusík má vysokou elektronegativitu, molekulární dusík N₂ je extrémně inertní látka. Tato skutečnost je způsobena tím, že molekula dusíku obsahuje extrémně silnou trojnou vazbu (N≡N). Z tohoto důvodu téměř všechny reakce s dusíkem probíhají pouze při zvýšených teplotách.

Interakce dusíku s kovy

Jedinou látkou, která za normálních podmínek reaguje s dusíkem, je lithium:

Zajímavostí je, že se zbytkem aktivních kovů, tzn. alkalické a alkalické zeminy, dusík reaguje pouze při zahřátí:

Interakce dusíku s kovy střední a nízké aktivity (kromě Pt a Au) je také možná, vyžaduje však nesrovnatelně vyšší teploty.

Nitridy aktivních kovů jsou snadno hydrolyzovány vodou:

Stejně jako kyselé roztoky, například:

Interakce dusíku s nekovy

Dusík reaguje s vodíkem při zahřívání v přítomnosti katalyzátorů. Reakce je reverzibilní, proto se pro zvýšení výtěžku amoniaku v průmyslu proces provádí při vysokém tlaku:

Jako redukční činidlo reaguje dusík s fluorem a kyslíkem. Reakce s fluorem nastává působením elektrického výboje:

Reakce s kyslíkem probíhá pod vlivem elektrického výboje nebo při teplotě vyšší než 2000 o C a je vratná:

Z nekovů nereaguje dusík s halogeny a sírou.

Interakce dusíku s komplexními látkami

V rámci školního kurzu Jednotná státní zkouška lze uvažovat dusík nereaguje s žádnými komplexními látkami kromě hydridů aktivních kovů:

Chemické vlastnosti fosforu

Existuje několik alotropních modifikací fosforu, zejména bílý fosfor, červený fosfor a černý fosfor.

Bílý fosfor je tvořen čtyřatomovými molekulami P₄, není stabilní modifikací fosforu. Jedovatý. Při pokojové teplotě je měkký a stejně jako vosk se snadno krájí nožem. Na vzduchu pomalu oxiduje a vzhledem ke zvláštnostem mechanismu takové oxidace ve tmě svítí (fenomén chemiluminiscence). I při nízkém zahřívání je možné samovznícení bílého fosforu.

Ze všech alotropních modifikací je nejaktivnější bílý fosfor.

Červený fosfor se skládá z dlouhých molekul různého složení P_n. Některé zdroje uvádějí, že má atomovou strukturu, ale správnější je považovat její strukturu za molekulární. Pro své strukturní vlastnosti jde o méně účinnou látku zejména ve srovnání s bílým fosforem, na rozdíl od bílého fosforu na vzduchu mnohem pomaleji oxiduje a ke vznícení vyžaduje zapálení.

Černý fosfor se skládá ze souvislých řetězců P_n a má vrstvenou strukturu podobnou struktuře grafitu, proto tak vypadá. Tato alotropní modifikace má atomovou strukturu. Nejstabilnější ze všech alotropních modifikací fosforu, chemicky nejpasivnější. Z tohoto důvodu by chemické vlastnosti fosforu diskutované níže měly být připisovány především bílému a červenému fosforu.

Interakce fosforu s nekovy

Reaktivita fosforu je vyšší než reaktivita dusíku. Fosfor je tedy schopen po zapálení za normálních podmínek hořet a vytvářet kyselý oxid P₂O₅:

a při nedostatku kyslíku oxid fosforečný:

Intenzivní je také reakce s halogeny. Při chloraci a bromaci fosforu se tedy v závislosti na poměrech činidel tvoří halogenidy nebo pentahalidy fosforu:

Vzhledem k výrazně slabším oxidačním vlastnostem jódu ve srovnání s jinými halogeny je oxidace fosforu jódem možná pouze do oxidačního stupně +3:

Na rozdíl od dusíku fosfor nereaguje s vodíkem.

Interakce fosforu s kovy

Fosfor reaguje při zahřívání s aktivními kovy a kovy střední aktivity za vzniku fosfidů:

Fosfidy aktivních kovů, jako nitridy, jsou hydrolyzovány vodou:

Stejně jako vodné roztoky neoxidačních kyselin:

Interakce fosforu s komplexními látkami

Fosfor je oxidován oxidačními kyselinami, zejména koncentrovanými kyselinami dusičnou a sírovou:

Měli byste vědět, že bílý fosfor reaguje s vodnými roztoky alkálií. Schopnost psát rovnice pro takové interakce na Unifikované státní zkoušce z chemie však vzhledem ke specifičnosti dosud nebyla vyžadována.

Avšak pro ty, kteří si nárokují 100 bodů, si pro svůj vlastní klid mohou vzpomenout na následující rysy interakce fosforu s alkalickými roztoky v chladu a při zahřátí.

V chladu probíhá interakce bílého fosforu s alkalickými roztoky pomalu. Reakce je doprovázena tvorbou plynu s vůní shnilých ryb – fosfinu a sloučeniny se vzácným oxidačním stavem fosforu +1:

Když bílý fosfor během varu reaguje s koncentrovaným alkalickým roztokem, uvolňuje se vodík a tvoří se fosfit: