Неметаллы 9 класс

Неметаллы

Элементы V группы главной подгруппы

пниктогены

Общая характеристика

• nS 2 nP 3 – строение внешнего энергетического уровня На внешнем уровне 5 электронов Увеличивается количество энергетических уровней в атоме Увеличивается радиус атома ослабляется притяжение валентных электронов к ядру ослабляются неметаллические и окислительные сойства возрастают металлические и восстановительные свойства ЭО уменьшается Низшая степень окисления в соединениях -3 Высшая степень окисления в соединениях +5  
• nS 2 nP 3 – строение внешнего энергетического уровня
• На внешнем уровне 5 электронов
• Увеличивается количество энергетических уровней в атоме
• Увеличивается радиус атома
• ослабляется притяжение валентных электронов к ядру
• ослабляются неметаллические и окислительные сойства
• возрастают металлические и восстановительные свойства
• ЭО уменьшается
• Низшая степень окисления в соединениях -3
• Высшая степень окисления в соединениях +5  

Азот – простое вещество

• Молекула азота ( :N N: ) N 2
• В молекуле имеются одна σ- и две π- связи.
• Молекула очень устойчива (три ковалентные связи), поэтому обладает низкой реакционной способностью. 
• Открыт Д.Резерфордом в 1772 г.
• Основной компонент воздуха

(78% по объему, 75,6% по массе).

• Газ, без цвета, запаха и вкуса; плохо растворим в воде, не поддерживает дыхание и горение

t° кип.= -196°C; t°пл.=-210°C.

Химические свойства азота

• Молекула азота очень устойчива (три ковалентные связи), поэтому обладает низкой реакционной способностью.

•   В химических реакциях может выступать в роли как восстановителя: N 2 0   2N +2
• так и в роли окислителя: N 2 0 2N -3

Восстановительные свойства атомы проявляют при взаимодействии с кислородом при температуре электрической дуги

• N 2 0 + O 2 2N +2 O (в природе - во время грозы)
•   Окислительные свойства атомы проявляют при взаимодействии с металлами и водородом:
• N 2 0 + 3H 2 2N -3 H З
• взаимодействие с активными металлами (с щелочными и щелочноземельными)
• при обычных условиях азот взаимодействует только с литием:
•   6Li 0 + N 2 0 2Li З N -3 3Mg 0 + N 2 0     Mg З N 2 -3 при нагревании

В результате взаимодействия образуются нитриды металлов

Получение азота

•       Промышленный способ:

Перегонка жидкого воздуха.

•       Лабораторный способ:

Разложение нитрита аммония:

•   NH 4 NO 2     N 2 + 2H 2 O

Рассмотрите данную реакцию как окислительно - восстановительный процесс

А м м и а к NH 3

• Молекула полярная, имеет форму треугольной пирамиды с атомом азота в вершине, угол HNH = 107,3°. Атом азота находится в sp 3 - гибридном состоянии; из четырех гибридных орбиталей азота три участвуют в образовании одинарных связей N–H, а четвертая связь занята неподеленной электронной парой.

Физические свойства

• NH 3 - бесцветный газ, запах резкий, удушливый, ядовит, легче воздуха. t° кип.= -33,4°C; t°пл.= -78°C. Молекулы аммиака связаны слабыми водородными связями

• Водородная связь -это химическая связь между атомами водорода и атомами сильноэлектроотрицательного элемента (F, Cl, O)
•   Благодаря водородным связям, аммиак имеет сравнительно высокие t°кип. и t°пл., а также высокую теплоту испарения, он легко сжимается. Хорошо растворим в воде: в 1V Н 2 O растворяется 750V NH 3 (при t°=20°C и p=1 атм).  

• В хорошей растворимости аммиака можно убедиться на следующем опыте. Сухую колбу наполняют аммиаком и закрывают пробкой, в которую вставлена трубка с оттянутым концом. Конец трубки опускают в воду и колбу немного подогревают. Объем газа увеличивается, и немного аммиака выйдет из трубки. Затем нагревание прекращают и, вследствие сжатия газа некоторое количество воды войдет через трубку в колбу. В первых же каплях воды аммиак растворится, в колбе создастся вакуум и вода, под влиянием атмосферного давления будет подниматься в колбу, - начнет "бить фонтан".  

Получение

• Промышленный способ:
•   N 2 + 3H 2 2NH 3 (p=1000 атм; t°= 500°C; kat).
• Лабораторный способ: Нагревание солей аммония со щелочами.
•   2NH 4 Cl + Ca(OH) 2     CaCl 2 + 2NH 3 + 2Н 2 O (NH 4 ) 2 SO 4 + 2KOH    K 2 SO 4 + 2NH 3 + 2Н 2 O

• Аммиак можно собирать только по методу (А), т.к. он легче воздуха и очень хорошо растворим в воде.

Химические свойства NH 3

• Образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму
• Такой механизм образования связи, который возникает за счет свободной электронной пары, имеющейся у одного из атомов, называется донорно- акцепторным.

• Раствор аммиака в воде (аммиачная вода, нашатырный спирт) имеет щелочную реакцию (лакмус – синий ; фенолфталеин – малиновый ) из-за образования гидроксида аммония.
•   NH 3 + Н 2 O NH 4 OH NH 4 + + OH -  
• Аммиак реагирует с кислотами с образованием солей аммония.
•   NH 3 + HCl NH 4 Cl 2NH 3 + H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 NH 3 + H 2 O + CO 2 NH 4 HCO 3
• Аммиак-восстановитель (окисляется до N 2 0 , N 2 +1 О, N +2 O)

• Горение в кислороде без катализатора
•      4N -3 H 3 + 3O 2 2 N 2 + 6Н 2 O
• каталитическое окисление ( kat = Pt )

  4N -3 H 3 + 5O 2 4 NO + 6Н 2 O

• Восстановление оксидов некоторых металлов

  3Cu +2 O + 2N -3 H 3   3Cu + N 2 0 + 3Н 2 O

• Разложение при нагревании 2N -3 H 3   N 2 + 3H 2

Соли аммония

• Соли аммония – сложные вещества, в состав которых входят катионы аммония NH 4 + , связанные с кислотным остатком. Физические свойства   Кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. Получение:   Аммиак (или гидроксид аммония) + кислота.   NH 3 + HNO 3 NH 4 NO 3 (нитрат аммония) 2NH 4 OH + H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 + 2Н 2 O

(cульфат аммония)  

Химические свойства солей аммония

• Сильные электролиты (диссоциируют в водных растворах)
•   NH 4 Cl NH 4 + + Cl -
•   Разложение при нагревании :

     NH 4 Cl    NH 3 + HCl NH 4 HCO 3 NH 3 + Н 2 O + CO 2 NH 4 NO 3     N 2 O + 2Н 2 O

(NH 4 ) 2 Cr 2 O 7     N 2 + Cr 2 O 3 + 4Н 2 O

• Последние два процесса являются окислительно-восстановительными реакциями: уравняйте методом электронного баланса

Химические свойства солей аммония

• Взаимодействие с кислотами
• (NH 4 ) 2 CO 3 + 2НCl 2NH 4 Cl + Н 2 O + CO 2
• 2NH 4 + + CO 3 2- + 2H + + 2Cl - 2NH 4 + + 2Cl - + Н 2 O + CO 2 CO 3 2- + 2H + Н 2 O + CO 2
• Взаимодействие с солями                                       
• (NH 4 ) 2 SO 4 + Ba(NO 3 ) 2 BaSO 4 + 2NH 4 NO 3
• 2NH 4 + + SO 4 2- + Ba 2+ + 2NO 3 - BaSO 4 + 2NH 4 + + 2NO 3 - Ba 2+ + SO 4 2- BaSO 4
• Качественная реакция на NH 4 +
• При нагревании со щелочами выделяется аммиак
•   NH 4 Cl + NaOH    NaCl + NH 3 + Н 2 O

По запаху аммиака можно судить о наличии соли аммония.

Применение солей аммония

• Хлорид аммония NH 4 Cl :

используют при паянии, он очищает поверхность металла от оксидной пленки, и к ней хорошо пристает припой.

• Гидрокарбонат аммония NH 4 HCO 3 и карбонат аммония (NH 4 ) 2 CO 3 :

применяют в кондитерском деле, так как они легко разлагаются при нагревании и образуют газы, разрыхляющие тесто и делающие его пышным :

NH 4 HCO 3 NH 3 + H 2 O + CO 2

• Нитрат аммония NH 4 NO 3

в смеси с порошками алюминия и угля используют в качестве взрывчатого вещества – аммонала, который широко применяется при производстве горных работ.

Оксиды азота N 2 +1 O, N +2 O, N 2 +3 O 3 , N +4 O 2 ,N 2 +5 O 5

• Оксиды N 2 O, NO несолеобразующие, а остальные оксиды проявляют свойства типичных кислотных оксидов :

N 2 O 3 HNO 2

NO 2 при растворении в воде дает одновременно две кислоты:

• 2NO 2 + H 2 O HNO 3 + HNO 2 4NO 2 + 2H 2 O + O 2 4HNO 3
•   Как типичные кислотные оксиды взаимодействуют с водой, с основными оксидами и основаниями – подтвердите это уравнениями соответствующих реакций.

Азотная кислота HNO 3

• Физические свойства   Бесцветная жидкость, неограниченно растворимая в воде; t°пл.= -41°C; t°кип.= 82,6°С, r = 1,52 г/см3
•   Очень сильная кислота. Диссоциирует в водном растворе практически нацело:   HNO 3 H + + NO 3 -

HNO 3 обладает всеми свойствами, характерными для типичных кислот:

• Взаимодействует с основными оксидами:
• CuO + 2HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + H 2 O CuO + 2H + + 2NO 3 - Cu 2+ + 2NO 3 - + H 2 O CuO + 2H + Cu 2+ + H 2 O

•   Взаимодействует с основаниями:
• HNO 3 + NaOH NaNO 3 + H 2 O H + + NO 3 - + Na + + OH - Na + + NO 3 - + H 2 O H + + OH - H 2 O
• Вытесняет слабые кислоты из их солей:
•   2HNO 3 + Na 2 CO 3 2NaNO 3 + H 2 O + CO 2 2H + + 2NO 3 - + 2Na + + СO 3 2- 2Na + + 2NO 3 - + H 2 O + CO 2 2H + + СO 3 2- H 2 O + CO 2

Специфические свойства азотной кислоты

• HNO 3 сильный окислитель  
• Разлагается на свету и при нагревании

  4HNO 3     2H 2 O + 4NO 2 + O 2

•   Окрашивает белки в оранжево-желтый цвет (при попадании на кожу рук - "ксантопротеиновая реакция")
•   При взаимодействии с металлами никогда не выделяется водород

металл + HNO 3 соль азотной кислоты + вода + ( NH 3 , N 2 , NO, NO 2 )

Окислительные свойства HNO 3

• Взаимодействие с металлами:
• Fe, Al, Cr, Au, Pt HNO 3 пассивирует (без нагревания)
• Окислительные свойства зависят как от концентрации кислоты так и активности металла:
• HNO 3 проявляет окислительные свойства за счет атома N +5
• Продуктами восстановления азота могут быть:

N 2 O, NO, NO 2 , NH 3

Окислительные свойства HNO 3

• Взаимодействие с неметаллами:
• Азотная кислота превращается в NO (или в NO 2 ); неметаллы окисляются до соответствующих кислот:
•   S 0 + HNO 3 (конц) H 2 S +6 O 4 + NO 2 + 2H 2 O B 0 + HNO 3 H 3 B +3 O 3 + NO 2 P 0 + HNO 3 + H 2 O NO + H 3 P +5 O 4

• Рассмотрите данные реакции как окислительно- восстановительные процессы, укажите функции веществ в данных реакциях.

Соли азотной кислоты-нитраты

• Нитраты щелочных металлов разлагаются до нитритов :

  2NaNO 3   2 NaNO 2 + O 2

•   Нитраты менее активных металлов (от щелочноземельных до меди) разлагаются до оксидов:

  2Mg(NO 3 ) 2     2 MgO + 4NO 2 + O 2 2Cu(NO 3 ) 2     2 CuO + 4NO 2 + O 2

•   Нитраты наименее активных металлов разлагаются до металлов:

  Hg(NO 3 ) 2     Hg + 2NO 2 + O 2 2AgNO 3     2 Ag + 2NO 2 + O 2

•     Нитрат аммония разлагаются до N 2 O

  NH 4 NO 3     N 2 O + 2H 2 O

Значение азота

• Азот- жизненно важный элемент.
• Все основные части клеток организма построены из белковых молекул, в состав которых входят атомы азота. Без белка нет жизни, а без азота нет белка.
• Азот входит в состав растительных белков, а животные получают готовые белковые вещества от растений, в животном организме содержится от 1 – 10 % азота по массе.
• Большое значение имеют особые бактерии, которые живут в клубеньках на корнях бобовых растений ( клубеньковые бактерии ). Эти бактерии превращают атмосферный азот в соединения, которые могут усваивать растения.

Азот в составе жизненно важных молекул белка