1. Азотная кислота. Химические свойства азотной кислоты. Нитраты HNO3 Строение молекулы HNO3 Химические свойства азотной кислоты

1 1. Азотная кислота. Химические свойства азотной кислоты. Нитраты Азотная кислота HNO 3 бесцветная жидкость с резким запахом, дымящая на воздухе за счет протекания реакции: 4HNO 3 = 4NO 2 + 2H 2 O + O 2 Строение молекулы HNO 3 Степень окисления азота в HNO 3 равна +5. Но азот не может быть пятивалентным. Высшая его валентность равна четырем. Рассмотрим строение атома азота: N: У атома азота пять валентных электронов. Три электрона являются неспаренными и образуют три ковалентные связи с двумя атомами кислорода по обменному механизму. Неподеленная электронная пара атома азота связывает третий атом кислорода по донорно-акцепторному механизму. Свободная орбиталь для ее приема имеется у атома кислорода в возбужденном состоянии: О: О*: 2s 2p 2s 2p За счет свободной орбитали 2р-подуровня атома кислорода и неподеленной электронной пары атома азота образуется ковалентная связь по донорноакцепторному механизму между атомами азота и кислорода в молекуле азотной кислоты: Валентность азота в HNO 3 равна четырем (IV), степень окисления +5. На самом деле обе связи N O в молекуле азотной кислоты совершенно одинаковы. Это объясняется тем, что -связь в данном случае образуется с участием не двух, а сразу трех р-орбиталей: одной орбитали атома азота и двух орбиталей атомов кислорода. Поэтому правильнее структурную формулу азотной кислоты представлять в следующем виде: Химические свойства азотной кислоты Азотная кислота является сильной кислотой. С водой смешивается в любых соотношениях. В водном растворе диссоциирует полностью и необратимо: HNO 3 H + + NO 3 1

2 Азотная кислота проявляет все свойства кислот: взаимодействует со щелочами, основными оксидами, солями более слабых кислот: HNO 3 + NaOH = NaNO 3 + H 2 O H + + OH = H 2 O 2HNO 3 + СuO = Cu(NO 3 ) 2 + H 2 O 2H + + CuO = Cu 2+ + H 2 O 2HNO 3 + Na 2 CO 3 = 2NaNO 3 + CO 2 + H 2 O 2H + + CO 2 3 = CO 2 + H 2 O При взаимодействии с металлами азотная кислота проявляет окислительные свойства. Окислителем является атом азота в степени окисления +5. Поэтому в уравнениях реакций между металлами и азотной кислотой нельзя записывать формулу водорода в качестве продукта реакции. В отличие от серной кислоты, проявляющей окислительные свойства, будучи концентрированной, азотная кислота является окислителем при любых концентрациях. Как концентрированная, так и разбавленная азотная кислота реагирует с большинством металлов, в том числе и расположенных в ряду активности после водорода. Не реагирует HNO 3 с алюминием и железом без нагревания, так как на их поверхности образуются оксидные пленки, препятствующие дальнейшему взаимодействию (пассивация). Не реагирует азотная кислота также с золотом и платиной. Окислительные свойства азотной кислоты обусловлены наличием в ее молекуле атома азота, проявляющего степень окисления +5, поэтому продуктами восстановления HNO 3 являются соединения азота, в которых он проявляет более низкую степень окисления. Продуктами восстановления азотной кислоты, в зависимости от ее концентрации, являются оксиды азота, азот, NH 4 NO 3. Причем чем активнее металл и ниже концентрация азотной кислоты, тем сильнее восстанавливается азот: Cu + 4HNO 3 = Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O конц. 3Cu + 8HNO 3 = 3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O разб. 4Mg + 10HNO 3 = 4Mg(NO 3 ) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O разб. Для определения продукта восстановления азота при написании уравнений реакций между азотной кислотой и металлами, следует руководствоваться следующими правилами: HNO 3(конц.) NO 2 Металл, расположенный в ряду + активности после водорода HNO 3(разб.) Активный металл + HNO 3 смесь продуктов (NO 2, NO, N 2 O, N 2, NH 4 NO 3 ) NO 2

3 Азотная кислота является важнейшим продуктом химической промышленности. Ее получают из аммиака. Сначала аммиак окисляют на платиновом катализаторе до NO, который далее легко окисляется кислородом воздуха до NO 2. Оксид азота(iv) поглощают водой в присутствии кислорода воздуха: 4NH 3 + 5O 2 Pt 4NO + 6H 2 O 2NO + O 2 = 2NO 2 4NO 2 + 2H 2 O + O 2 = 4HNO 3 Азотная кислота используется для получения азотных удобрений, взрывчатых веществ, различных химических соединений. Производство азотной кислоты имеется на Гродненском производственном объединении Азот. Нитраты Соли азотной кислоты называются нитратами, для некоторых нитратов используется название селитры. Например, KNO 3 нитрат калия, калийная или индийская селитра; NaNO 3 нитрат натрия, натриевая или чилийская селитра; NH 4 NO 3 нитрат аммония или аммиачная селитра; Ca(NO 3 ) 2 нитрат кальция, кальциевая или норвежская селитра. Все нитраты растворимы в воде. Нитраты образуются в результате действия азотной кислоты на металлы, их оксиды, гидроксиды и соли. Нитрат аммония получают при взаимодействии аммиака с азотной кислотой. Все нитраты растворимы в воде, являются сильными электролитами. Нитраты проявляют свойства обычных солей. Нитраты при нагревании разлагаются. Состав продуктов разложения зависит от активности металла. 1. Нитраты щелочных металлов разлагаются на соответствующий нитрит и кислород: 2KNO 3 t 2KNO 2 + O 2 2. Нитраты остальных металлов, стоящих в электрохимическом ряду напряжений до меди включительно, разлагаются на оксид металла, оксид азота(iv) и кислород: 2Сu(NO 3 ) 2 t 2CuO + 4NO 2 + O 2 3. Нитраты металлов, стоящих в ряду напряжений после меди, разлагаются на металл, оксид азота(iv) и кислород: 2AgNO 3 t 2Ag + 2NO 2 + O 2 Нитрат калия, наряду с углем и серой, входит в состав черного пороха, где выступает в качестве окислителя. При горении черного пороха протекает реакция: 2KNO 3 + S + 3C = K 2 S + N 2 + 3CO 2 Нитраты натрия, калия и аммония используются в больших количествах в качестве удобрений. Кроме этого, они применяются для получения взрывчатых веществ. 3

4 2. Жиры. Состав и строение триглицеридов. Физические и химические свойства жиров Жиры являются сложными эфирами. Молекулы жиров можно рассматривать как продукты реакции этерификации между трехатомным спиртом глицерином и высшими жирными кислотами пальмитиновой (С 15 Н 31 СООН), стеариновой(с 17 Н 35 СООН), олеиновой(с 17 Н 33 СООН): Как видно, молекула жира состоит из остатка молекулы трехатомного спирта глицерина и трех остатков карбоновой кислоты, углеводородная группа которой обозначена R. В состав молекул жиров входят остатки высших жирных кислот: пальмитиновой, стеариновой и олеиновой. В состав жиров могут входить и некоторые другие кислоты, в частности, масляная (отсюда и ее название). Жиры являются сложными эфирами глицерина, поэтому их принято называть триглицеридами. Например, если в молекуле жира все три кислотных остатка стеариновой кислоты, такой жир называется триглицеридом стеариновой кислоты. Физические свойства жиров. Жиры бывают жидкими и твердыми. Жидкие жиры, как правило, растительного происхождения, это оливковое, подсолнечное, кукурузное и другие масла. Твердые жиры обычно животного происхождения: свиной, говяжий жир, сливочное масло. Жиры нерастворимы в воде, но растворяются в органических растворителях. Твердые жиры образованы преимущественно насыщенными высшими жирными кислотами пальмитиновой и стеариновой, тогда как жидкие жиры содержат много углеводородных групп ненасыщенных жирных кислот. Так, в составе оливкового масла примерно 80 % углеводородных групп R являются группами С 17 Н 33 олеиновой кислоты, в подсолнечном масле таких групп примерно 36 %. Если немного оливкового масла встряхнуть в пробирке с бромной водой, она обесцветится, подтверждая наличие двойных связей в молекуле жидкого жира. Жидкие жиры являются природными антиоксидантами. Особенно полезно оливковое масло. За счет высокой химической активности двойных связей молекулы ненасыщенных жиров нейтрализуют в организме свободнорадикальные частицы, которые являются причинами вредных мутаций, приводят к заболеваниям и преждевременному старению. Поэтому одним из принципов здорового питания является сокращение в рационе твердых жиров и замена их жидкими. 4

5 Ненасыщенные жидкие жиры можно перевести в твердые, осуществив реакцию присоединения водорода по двойной связи радикала кислоты. Гидрирование жиров широко используется в промышленности для получения твердых жиров исходных веществ для синтеза моющих средств, а также синтетического пищевого жира маргарина. На заводе по производству маргарина процесс гидрирования проводят в автоклавах, куда загружают жидкое масло и катализатор (обычно никель). Затем через нагретый автоклав пропускают водород. Продукт гидрирования расфасовывают, после охлаждения он представляет собой твердый маргарин. Уравнение реакции гидрирования на примере получения триглицерида стеариновой кислоты из триглицерида олеиновой кислоты: Основным химическим свойством сложных эфиров является гидролиз. Это справедливо и для жиров. При нагревании в присутствии кислот жиры гидролизуются до глицерина и соответствующих карбоновых кислот. Уравнение реакции кислотного гидролиза жира на примере триглицерида пальмитиновой кислоты: Гидролиз сложных эфиров может протекать в присутствии щелочей. Процесс щелочного гидролиза имеет особое значение для жиров, потому что в результате образуется не только глицерин, но и соль карбоновой кислоты, а не сама кислота. Натриевые и калиевые соли высших жирных кислот являются основой мыла. В связи с этим реакцию гидролиза сложных эфиров называют также реакцией омыления. Уравнение реакции щелочного гидролиза для триглицерида стеариновой кислоты: 5

6 Образование соли карбоновой кислоты объясняется тем, что в присутствии щелочи кислота нейтрализуется и дает соответствующую соль. Реакция щелочного гидролиза жиров широко используется в промышленности для производства мыла. Из реакционной смеси, образовавшейся в результате щелочного гидролиза жира, мыло извлекают путем добавления сухого хлорида натрия при перемешивании. Этот процесс называют высаливанием. Жиры являются одним из важнейших компонентов пищи источником энергии для жизнедеятельности живых организмов. Используются как пищевой продукт, а также для получения глицерина, мыла, высших жирных кислот. 6

МКОУ ХМР СОШ с. Елизарово соединения АЗОТА Учитель химии: Касьянова И.А. Азот образует с водородом несколько прочных соединений, из которых важнейшим является аммиак. Электронная формула молекулы аммиака