Буринська Н.М., Депутат В.М., Сударева Г.Ф., Чайченко Н.Н. Хімія. Підручник для 10 класу загальноосвітніх навчальних закладів. Профільний рівень

Подождите немного. Документ загружается.

161

Неметалічні елементи та їх сполуки

10Al + 36HNO

(розб.) = 3N

+ 10Al(NO

)

+ 18H

4Mg + 10НNO

(розб.) = NH

+ 4Mg (NO

)

+ 3H

 Складіть схеми електронного балансу і доведіть окиснюваль-

ні вла стивості розбавленої і концентрованої нітратної кислоти.

Чи однаково змінюється ступінь окиснення Нітрогену в обох

реакціях?

Отже, Нітроген у молекулі нітратної кислоти знижує свій ступінь

окиснення, тобто є окисником.

Метали алюміній, залізо, хром у концентрованій нітратній кислоті

пасивуються. Їх поверхня покривається захисною оксидною плівкою,

яка в кислоті не розчиняється. Тому концентровану нітратну кислоту

(96 — 98 %) зберігають і перевозять у сталевих цистернах.

Нітратна кислота не окиснює благородні метали (золото, платину та

ін.). Проте суміш концентрованих нітратної та хлоридної кислот у спів-

відношенні 1:3, що називається «царською водою», діє на ці метали і

розчиняє їх. Це відбувається внаслідок утворення хлору, який під час

виділення дуже активний.

Аналогічно розчиняється золото. Наводимо загальне рівняння ре-

акції:

Au + HNO

+ 3HCl = AuCl

+ NO↑ + 2H

Зазначимо, що ця властивість суміші була відома ще алхімікам. На

основі дослідів зробимо такі висновки:

1. Нітратна кислота в окисно-відновних реакціях з металами є

сильним окисником. При цьому окисником металів є не йон Гідрогену

(як у реакціях з хлоридною та розбавленою сульфатною кислота-

ми), а йон NO

–

, окиснювальні властивості якого сильніші, ніж у каті-

она Н

. Тому в процесі взаємодії металів з нітратною кислотою водень

не виділяється.

2. Розбавлена і концентрована нітратні кислоти як сильні окисни-

ки взаємодіють з металами, які у витискувальному ряді металів мі-

стяться до і після водню. Тому про-

дукти відновлення різні.

Взаємодія нітратної кислоти

з неметалами. Нітратна кислота

окиснює фосфор, особливо при на-

гріванні (мал. 56). Він перетворю-

ється на ортофосфатну кислоту,

а сірка — на сульфатну кислоту.

Сама нітратна кислота відновлю-

ється до нітроген(ІІ) оксиду (роз-

бавлена) і нітроген(ІV) оксиду

(концентрована):

Мал. 56. Горіння фосфору в нітратній

кислоті

Chemistry10kl_v17j.indd 161Chemistry10kl_v17j.indd 161 06.01.2011 15:05:5006.01.2011 15:05:50

162

Розділ 2

3P + 5HNO

(розб.) + 2H

O = 3H

+ 5NO↑

P + 5HNO

(конц.) = HPO

+ 5NO

+ 2H

S + 6HNO

(конц.) = H

+ 6NO

↑ + 2H

 Складіть схеми електронного балансу, підтвердивши окиснювальні

властивості нітратної кислоти.

Застосування. Нітратна кислота є одним із важливих продуктів хі-

мічної промисловості. Вона застосовується у виробництві мінеральних

добрив, бездимного пороху, вибухових речовин, лікарських препара-

тів, барвників, пластмас, штучних волокон, кіно- та фотоплівки. Як

сильний окисник використовується у самозаймистому ракетному па-

ливі. У металургії — для розчинення металів, очищення їх поверхні

від оксидів.

Коротко про головне

Нітратна кислота — це сильний електроліт і окисник. Для

неї характерні як загальні властивості кислот, так і специфічні

Продукти окиснення нітратною кислотою металів залежать від

її концентрації та їх положення у витискувальному ряді мета-

лів. При взаємодії концентрованої нітратної кислоти з немета-

лами завжди утворюється нітроген(ІV) оксид. Вона діє на білок

та інші органічні речовини. Це один із важливих продуктів хі-

мічної промисловості.

Для допитливих. У XVII ст. Й. Глаубер запропонував метод до-

бування летких кислот реакцією їх солей, зокрема калійної селіт ри

KNO

, із концентрованою сульфатною кислотою. Завдяки цьому в

хімічну практику було введено концентровану нітратну кислоту, до-

сліджено її властивості. Метод Глаубера застосовувався до початку

XX ст., а єдиною істотною модифікацією його була заміна калійної

селітри на дешевшу — натрієву селітру.

Контрольні завдання

1. Поясніть, чому

а) концентрована нітратна кислота може мати жовте забарвлення;

б) нітратна кислота на світлі та при нагріванні розкладається;

в) концентровану нітратну кислоту перевозять в алюмінієвих цис -

тернах.

2. Продукти взаємодії металів і неметалів з нітратною кислотою зале-

жать від

А концентрації кислоти;

Б активності металу чи неметалу;

В концентрації кислоти й активності металу чи неметалу.

Chemistry10kl_v17j.indd 162Chemistry10kl_v17j.indd 162 06.01.2011 15:05:5006.01.2011 15:05:50

163

Неметалічні елементи та їх сполуки

3. У трьох пробірках без етикеток містяться концентровані розчини суль-

фатної, нітратної і хлоридної кислот. Як визначити, скориставшись

лише одним реактивом, яка саме кислота в кожній з пробірок?

4. Обчисліть масу нітратної кислоти, яку можна добути з калій нітрату ма-

сою 20,2 г при дії на нього надлишком сульфатної кислоти, якщо вихід

нітратної кислоти становить 0,98.

. У концентровану нітратну кислоту помістили суміш міді та купрум(ІІ)

оксиду масою 64 г, в якій масова частка купрум(ІІ) оксиду становить

40 %. Який газ виділиться внаслідок реакції? Обчисліть його об’єм.

. Газ, який одержали при взаємодії міді масою 9,52 г із розчином нітрат-

ної кислоти об’ємом 50 мл з масовою часткою НNО

81 % і густиною

1,45 г/см

, пропустили крізь розчин натрій гідроксиду об’ємом 150,0 мл

із масовою часткою NаОН 20 % і густиною 1,22 г/см

. Обчисліть масові

частки речовин, що утворилися в розчині.

§ 38. Нітрити та нітрати

Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

6 характеризувати фізичні та хімічні властивості нітритів і нітратів,

їх застосування;

6 складати рівняння та схеми електронного балансу відповідних хі-

мічних реакцій;

6 висловлювати судження про вміст нітратів і нітритів у харчових

продуктах.

Нітрити Ме(NO

)

є похідними нітритної кислоти HNO

, а нітрати

Ме(NO

)

— нітратної кислоти.

Нітрити. Фізичні властивості. Нітрити — кристалічні речовини

йонної будови. Нітрити лужних і лужноземельних елементів добре роз-

чиняються у воді, стійкі при нагріванні, отруйні. Нітрити лужних еле-

ментів плавляться без розкладу.

Хімічні властивості. Нітрити є сильними електролітами, тому в

розчинах повністю дисоціюють на йони:

Ме(NO

)

Ме

+ nNO

–

Як солі слабкої нітритної кислоти нітрити легко розкладаються

сильними кислотами:

NаNO

+ Н

= NaHSO

+ HNO

–

+ 2Н

+ SO

2–

= HSO

–

+ HNO

а також виявляють як окиснювальні, так і відновні властивості, оскільки

ступінь окиснення Нітрогену в них — проміжний +3. Наприклад:

2NaN

+ 2KI

–1

+ 2H

= I

+ 2N

O + K

+ Na

+ 2H

5NaN

+ 2KMn

+ 3H

= 2Mn

+ 5NaN

+ K

+ 3H

Chemistry10kl_v17j.indd 163Chemistry10kl_v17j.indd 163 06.01.2011 15:05:5006.01.2011 15:05:50

164

Розділ 2

 Складіть схеми

електронного ба-

лансу і визначте, у

якій з цих реакцій

NаNO

— окисник, а

в якій — відновник.

Застосування. Ні-

трити застосовують у

хімічній промисловості,

медицині, будівництві.

Так, натрій нітрит —

у виробництві барвни-

ків, у харчовій промис-

ловості для збереження

кольору м’ясних про-

дуктів і як консервант,

для розширення крово-

носних судин; кальцій нітрит — щоб прискорити тверднення бетону;

титан нітрит — для покриття виробів із неіржавної сталі з метою на-

дання їм золотистого забарвлення (мал. 57) та ін.

Нітрати. З давніх часів ці солі називають селітрами. Мабуть, у мага-

зинах для дачників вам траплялися мінеральні добрива з назвами «На-

трієва, або чилійська, селітра» (натрій нітрат NaNO

), «Калійна, або ін-

дійська, селітра» (калій нітрат KNO

), аміачна селітра NH

тощо.

Фізичні властивості. Нітрати — це тверді кристалічні речовини, йонної

будови, добре розчинні у воді (див. табл. розчинності). Усі вони токсичні.

Хімічні властивості. Для нітратів характерні загальні властиво-

сті розчинів солей і специфічні — для солей у кристалічному стані.

Як сильні електроліти з йонною будовою нітрати дисоціюють:

Ме(NO

)

Ме

+ nNO

–

Саме тому для них характерні загальні властивості солей.

 Пригадайте загальні властивості солей (див. § 1) і складіть рівняння

реакцій їх взаємодії з кислотами, лугами, розчинними у воді солями,

пам’ятаючи умови, за яких реакції обміну йдуть до кінця. Складіть

повні та скорочені йонні рівняння реакцій.

Нітрати підлягають гідролізу, якщо утворені катіоном слабкої основи

та аніоном сильної кислоти. Утворюється кисле середовище, наприклад:

Cu(NO

)

+ HOH



CuOHNO

+ HNO

+ HOH



CuOH

+ H

 Як експериментально довести, що утворилося кисле середовище?

До специфічних властивостей нітратів належать реакції їх розкла-

ду при нагріванні. Продукти реакції залежать від активності металу,

його положення у витискувальному ряді металів:

Мал. 57. Хрест і поручень із неіржавної сталі, покриті

титан нітритом

Chemistry10kl_v17j.indd 164Chemistry10kl_v17j.indd 164 06.01.2011 15:05:5006.01.2011 15:05:50

165

Неметалічні елементи та їх сполуки

Наводимо загальну схему розкладу нітратів при нагріванні, якою

можна користуватися як довідковою:

Me ліворуч від Мg → MeNO

+ O

↑

Ме(NO

)

, t Ме від Mg до Cu → Me

+ NO

↑ + O

↑

Ме праворуч від Сu → Me

+ NO

↑ + O

↑

 Підтвердіть загальну схему термічного розкладу нітратів приклада-

ми конкретних рівнянь реакцій.

Застосування. Нітрати використовують у сільському господарстві

як добрива, у піротехніці, для виготовлення чорного пороху, вироб-

ництва вибухових речовин. В останні роки нітрати займають основне

місце у лікуванні серцево-судинних захворювань. Як консерванти для

збільшення строків зберігання шинки, ковбаси та інших м’ясних про-

дуктів використовують натрій нітрит NаNО

і натрій нітрат NaNO

Натрій нітрат запобігає розмноженню мікроорганізмів (бактерій, ві-

русів, грибів) і цим самим зберігає продукти. Багато м’ясних виробів ма-

ють рожевий колір завдяки нітрит-іонам, які утворюють комплексні спо-

луки з гемоглобіном крові. Проте треба запобігати надлишку нітратів, їх

кількість не повинна перевищувати гранично допустимої концентрації

(5 мг/кг на добу). Нітрати потрапляють у наш організм з овочами і фрук-

тами (70 %), водою (20 %), з молочними і м’ясними продуктами (10 %).

При надлишковому вмісті в овочах у шлунково-кишковому тракті нітра-

ти можуть перейти в нітрити, які утворюють високотоксичні сполуки,

що вражають печінку, спричиняють онкологічні хвороби тощо.

Отже, треба запобігати надлишку нітратів. Способів зменшен-

ня вмісту нітратів розроблено досить багато. Овочі і фрукти слід

обов’язково ретельно мити, варити (засолювати, квасити, маринува-

ти, виготовляти соки і пюре). У масштабах країни агрохімічна служба

стежить за зберіганням мінеральних добрив на складах і додержанням

норм внесення їх у ґрунт.

Коротко про головне

Нітрати і нітрити — речовини йонної будови. Усі нітрати роз-

чинні у воді, їх розчини — сильні електроліти. Нітрити в реак-

ціях виявляють як окиснювальні, так і відновні властивості, а

нітрати — лише окиснювальні властивості. У підвищених кон-

центраціях нітрити і нітрати завдають шкоду організму, тому не-

обхідно правильно їх використовувати.

Контрольні завдання

1. Поясніть, чому

а) нітрити можуть бути й окисниками, і відновниками, а нітрати —

лише окисниками;

б) нітрати водночас і корисні, й шкідливі речовини.

Chemistry10kl_v17j.indd 165Chemistry10kl_v17j.indd 165 06.01.2011 15:05:5106.01.2011 15:05:51

166

Розділ 2

2. Гідролізу підлягають

А ферум(ІІІ) сульфат;

Б купрум(ІІ) нітрат;

В натрій нітрат.

Підтвердіть відповідь рівняннями реакцій.

3. Напишіть рівняння реакцій таких перетворень:

HNO

→ NH

→ N

→ NH

→ NO → NO

→ HNO

→ Ca(NO

)

. Змішали розчин масою 10,0 г з масовою часткою аргентум нітрату 30 %

із розчином калій хлориду масою 15,5 г і масовою часткою КСl 3 %. Об-

числіть масу осаду, що утворився.

. Під час пропускання надлишку амоніаку крізь розчин нітратної кисло-

ти масою 600 г з масовою часткою HNO

42 % добули амоній нітрат ма-

сою 300 г. Обчисліть вихід амоній нітрату.

. Прожарили суміш калій нітрату, купрум(ІІ) нітрату та аргентум нітра-

ту масою 45,9 г. Об’єм газів, які виділилися, дорівнює 10,08 л (н.у.).

Твердий залишок обробили надлишком води, після чого його маса змен-

шилася на 8,5 г. Обчисліть масу купрум(ІІ) нітрату у вихідній суміші.

§ 39. Колообіг Нітрогену в природі

Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

6 пояснювати колообіг Нітрогену в природі; біологічний і небіологіч-

ний шляхи його зв’язування;

6 висловлювати судження про вплив діяльності людини на колообіг

Нітрогену.

Колообіг Нітрогену — важливий процес для розвитку життя на пла-

неті Земля, звичайно, і для нас, людей. Сполуки Нітрогену відіграють

вагому роль в обміні речовин живих організмів. Багато речовин в орга-

нізмі рослин, тварин і людей містять Нітроген (наприклад, білки, нукле-

їнові та амінокислоти, протеїни). Вони беруть участь у хімічних проце-

сах в атмосфері і впливають на клімат. Колообіг Нітрогену — це один із

найшвидших колообігів речовин. Реалізується він переважно внаслідок

життєдіяльності різних груп організмів і передусім за активної участі

мікробів. Основним «депо» Нітрогену є газуватий азот N

атмосфери.

Зверніть увагу на те, що азот безпосередньо не засвоюється рослина-

ми. Він переходить в амонійну або нітратну форми, які стають доступ-

ними для вищих рослин.

Користуючись мал. 58, розглянемо найважливіші стадії колообігу

Нітрогену в природі. Здебільшого він складається з хімічних реакцій,

що відбуваються у повітрі (переважає окиснення), та хімічних реакцій

у біосфері (в рослинах і мікроорганізмах у ґрунті — окиснення або від-

новлення). Процес колообігу Нітрогену включає такі стадії: фіксація

азоту, нітрифікація і денітрифікація, асиміляція, мінералізація.

Chemistry10kl_v17j.indd 166Chemistry10kl_v17j.indd 166 06.01.2011 15:05:5106.01.2011 15:05:51

167

Неметалічні елементи та їх сполуки

У природі Нітроген може бути у формах, засвоєних рослинами, —

нітратів або солей амонію, чи незасвоєних ними, — молекулярного азо-

ту або нітроген(ІV) оксиду. Впродовж фіксації Нітрогену або його дені-

трифікації відбувається обмін між обома формами (мал. 58).

Фіксація Нітрогену — це процес засвоєння рослинами сполук Ні-

трогену. Фіксація Нітрогену можлива багатьма бактеріями і ціанобак-

теріями. Вони живуть або в ґрунті, або в симбіозі з рослинами, або із

декількома різновидами тварин (мал. 58, F).

Нітрифікація — інша стадія фіксації Нітрогену: перехід амоніаку в

нітрит і нітрат завдяки нітрифікуючим бактеріям (мал. 58, N).

Денітрифікація — це відновлення мікроорганізмами нітратів до

нітритів і далі до газуватих оксидів і молекулярного азоту. В резуль-

таті азот повертається до атмосфери і стає недоступним для біль-

шості організмів. Денітрифікація є зворотним процесом фіксації Ні-

трогену (мал. 58, D)

Процеси асиміляції та мінералізації. Сполуки азоту, які засвою-

ються, можуть нагромаджуватися в ґрунті в неорганічній формі (ні-

трати) або міститися в живому організмі у складі органічних сполук.

Асиміляція і мінералізація визначають поглинання сполук Нітрогену

з ґрунту і сполучення їх у біомолекули рослин, а також здійснюють пе-

ретворення в неорганічний Нітроген після відмирання рослин. Нітрат

переходить за допомоги ферментів спочатку в нітрит, а потім — в амо-

ніак. Аміногрупа NH

входить до складу амінокислот (мал. 58, А, М).

Мал. 58. Колообіг Нітрогену: А— асиміляція рослинами; F— фіксація азоту бактеріями

в симбіозі з рослинами або бактеріями ґрунту; N— нітрифікація; D— денітрифікація;

М— мінералізація

Chemistry10kl_v17j.indd 167Chemistry10kl_v17j.indd 167 06.01.2011 15:05:5106.01.2011 15:05:51

168

Розділ 2

На колообіг Нітрогену значною мірою впливає виробництво синте-

тичних азотних добрив, в якому зв’язують азот повітря, поетапно його

перетворюють спочатку в амоніак, потім — у нітратну кислоту, необ-

хідну для утворення нітратів. Цей процес набув великих масштабів і

залучає до колообігу Нітрогену з атмосфери значну кількість азоту,

приблизно 6,4 · 10

тонн щороку. За прогнозами, до 2020 р. обсяги про-

мислової фіксації азоту збільшаться майже вдвічі.

Збираючи врожай, людина втручається у цей процес, порушує при-

родну рівновагу, збіднює ґрунти Нітрогеном. Тому певні дози азотних

добрив у ґрунт треба вносити регулярно.

Коротко про головне

У природі постійно відбувається колообіг Нітрогену. Він вклю-

чає такі стадії: фіксація азоту, нітрифікація і денітрифіка-

ція, асиміляція, мінералізація. Існує також небіологічний шлях

зв’язування атмосферного азоту, а саме — утворення оксидів Ні-

трогену в атмосфері під час грозових розрядів (блискавка), роботи

автомобільних або реактивних двигунів. При цьому азот перетво-

рюється на оксиди Нітрогену, потім — на нітратну кислоту, яка в

ґрунті утворює нітрати й амонійні сполуки.

Контрольні завдання

1. Поясніть

а) суть колообігу Нітрогену в природі та його значення;

б) які перетворення Нітрогену відбуваються за участю живих організ-

мів і що це за організми;

в) як ви розумієте небіологічний шлях зв’язування атмосферного азоту;

г) які антропогенні чинники порушують колообіг Нітрогену в природі.

2. Доповніть схему, що ілюструє колообіг Нітрогену в природі. Наведіть

відповідні рівняння реакцій (де можливо).

3. Виберіть правильне твердження. Рослини засвоюють Нітроген неорга-

нічних сполук, які в ґрунті містяться у вигляді

А солей нітратної кислоти; В йонів NH

і NO

–

;

Б амоній хлориду; Г NH

і NO

–

Chemistry10kl_v17j.indd 168Chemistry10kl_v17j.indd 168 06.01.2011 15:05:5106.01.2011 15:05:51

169

Неметалічні елементи та їх сполуки

§ 40. Фосфор

Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

6 характеризувати алотропні видозміни Фосфору, фізичні та хі-

мічні властивості, поширеність у природі, добування і застосуван-

ня фосфору;

6 порівнювати алотропні видозміни Фосфору;

6 складати рівняння та схеми електронного балансу відповідних хі-

мічних рівнянь реакції.

Фосфор як хімічний елемент утворює понад 10 алотропних видо-

змін, найважливіші з них — білий, червоний і чорний фосфор. Ало-

тропні видозміни Фосфору мають різну будову, і тому різняться за сво-

їми фізичними властивостями.

Фізичні властивості. Білий фосфор Р

— біла речовина з жовтуватим

відтінком (через домішки). Зовні він дуже схожий на очищений віск або

парафін (мал. 59, а). Має молекулярну кристалічну ґратку, у вузлах якої

містяться молекули Р

тетраедричної будови (мал. 59, б, в). Це м’яка і

легкоплавка речовина (t

пл

= +44,1 °С), легко ріжеться ножем.

Він надзвичайно активний, поволі окиснюється киснем повітря, вже

за кімнатної температури окиснення супроводжується блідо-зеленим

світінням. Це явище називається хемілюмінесценцією. При світінні ви-

діляється теплота, що може призвести до розплавляння фосфору і його

займання. Тому білий фосфор зберігають під водою, оскільки у воді він

не розчиняється, але легкорозчинний у карбон дисульфіді СS

та бензені.

Білий фосфор надзвичайно отруйний (викликає ураження кісток,

кісткового мозку, некроз щелеп). Летальна (смертельна) доза білого

фосфору для дорослої людини становить 0,05 — 0,1 г. Розчинністю в

карбон дисульфіді користуються для промислового очищення його від

домішок.

Червоний фосфор Р — це більш стійка модифікація, ніж білий фос-

фор. Кристалічна ґратка червоного фосфору — атомна (мал. 60, б, в),

тому він дуже відрізняється від білого фосфору.

а б в

Мал. 59. Білий фосфор: а— зовнішній вигляд; б— модель;

в— графічна форма молекули

Chemistry10kl_v17j.indd 169Chemistry10kl_v17j.indd 169 06.01.2011 15:05:5106.01.2011 15:05:51

170

Розділ 2

Являє собою суміш щонайменше трьох видозмін, з яких переважає

фіолетова (мал. 60, а). Без запаху, у воді та карбон дисульфіді нероз-

чинний, загоряється лише за +260

С. Не плавиться, оскільки ще до

плавлення переходить у пару білого фосфору. Не отруйний, не леткий.

Це полімер зі складною структурою.

При зберіганні на повітрі червоний фосфор поступово поглинає

воду, і тому його зберігають у герметично закритих посудинах. Хімічна

активність червоного фосфору значно нижча, ніж білого, що поясню-

ється різною будовою їх кристалічних ґраток.

Чорний фосфор Р — найбільш стабільна і найменш активна форма

Фосфору. Має атомну кристалічну ґратку (мал. 61). Речовина з мета-

лічним блиском, жирна на дотик, тому схожа на графіт; нерозчинна у

воді й органічних розчинниках, є напівпровідником. Не світиться, не

леткий, не отруйний.

Під тиском 8,3 · 10

Па чорний фосфор переходить у нову, більш щільну

й інертну металічну видозміну, яка є провідником електричного струму.

«Жовтим» зазвичай називають неочищений білий фосфор. Це дуже

отруйна і вогненебезпечна кристалічна речовина, із забарвленням від

ясно-жовтого до темно-бурого кольо-

ру. Щоб уникнути самозаймання,

жовтий фосфор зберігають і перево-

зять під шаром води.

 Складіть таблицю про порівняль-

ні властивості алотропних видо-

змін Фосфору.

Хімічні властивості. Нагадаємо,

що Фосфор у сполуках виявляє сту-

пені окиснення +3 і +5 та –3. Тож у

хімічних реакціях він може бути як

відновником, так і окисником. Як від-

новник реагує з сильними окисника-

ми — киснем і галогенами.

а б в

Мал. 60. Червоний фосфор: а —зовнішній вигляд; б —модель;

в— фрагмент кристалічної ґратки

Мал. 61. Фрагмент кристалічної

ґратки чорного фосфору

Chemistry10kl_v17j.indd 170Chemistry10kl_v17j.indd 170 06.01.2011 15:05:5206.01.2011 15:05:52