Билет 45. Оксиды азота
Все оксиды азота термодинамически неустойчивы, многие разлагаются при нагревании.
Степень окисления +1. Соответствующий оксид закись азота N2O.
Получение: NH4NO3 = N2O↑ + 2H2O (термическое разложение нитрата аммония)
При повышенной температуре N2O проявляет окислительные свойства. В атмосфере оксида азота (I) горят уголь, фосфор, магний и др:
2N2O + C = CO2 + 2N2
N2O + Mg = MgO + N2
Степень окисления +2. Монооксид азота NO.
Получение: 3Cu + 8HNO3(разб) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O. В промышленности получают как промежуточное соединение в производстве азотной кислоты. Из простых веществ можно получить только при высоких температурах, но они настолько высоки, что при них N2, O2, NO не существуют.
NO может довольно легко терять электрон и образовывать нитрозил-ион NO+. Он входит в состав некоторых солей (NOHSO4, NOClO4). В водных растворах такие соли полностью гидролизуются (до HNO2):
NOClO4 + H2O = HClO4 + HNO2
Ионный вид: NO+ + H2O = H+ + HNO2
Окисляется воздухом до бурого оксида азота (IV):
2NO + O2 = 2NO2
Реакция необычна тем, что уменьшается с ростом температуры (реакция 3его порядка).
Галогенами (кроме йода), дихроматом калия, перманганатом калия, концентрированной азотной кислотой NO окисляется до производных азота в степени окисления +3, +4, +5:
NO + Г2 = 2NOГ
NO + HNO3(конц) = 3NO2↑ + H2O
2NO + K2Cr2O7 + 4H2SO4 = 2HNO3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 3H2O
Восстановление преимущественно до азота:
4P + 10NO = 2P2O5 + 5N2↑
Степень окисления +3. Триоксид диазота или азотистый ангидрид N2O3. Гидроксид – азотистая кислота HNO2. Довольно слабая и устойчива только в водных растворах.
Получение: охлаждение смеси оксидов NO и NO2:
NO + NO2 ↔ N2O3
при
комнатной температуре Q
0,
значит, энтальпия имеет отрицательное
значение. Равновесие смещено влево. При
понижении температуры по принципу Ле
Шателье равновесие сместится вправо
(что нам и надо).
Азотистый ангидрид взаимодействует с водой с образованием азотистой кислоты:
N2O3 + H2O = 2HNO2 (об этой кислоте см. вопрос 46)
Степень окисления +4. Диоксид азота NO2.
Получение (в лабе):
2Pb(NO3)2 = 2PbO + 4NO2↑ + O2↑ (термическое разложение)
Cu + 4HNO3(конц) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
Оксид азота (IV) димеризуется с образованием N2O4:
2NO2 ↔ N2O4.
Реакция экзотермическая. При повышении температуры равновесие смещается влево, а при охлаждении – вправо. За смещением равновесия можно наблюдать визуально (NO2 окрашен в бурый цвет, а N2O4 – бесцветный).
Диоксид азота растворяется в воде с образованием азотной и неустойчивой азотистой кислот. Азотистая кислота диспропорционирует с образованием NO (быстро окисляется кислородом воздуха до NO2) и HNO3:
6NO2 + 3H2O = 3HNO3 + 3HNO2
3HNO2 = HNO3 + 2NO↑ + H2O
2NO + O2 = 2NO2
Суммарно процесс можно записать так: 4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3
NO2 растворяется в щелочах с образованием солей азотной и азотистой кислот, который устойчивее азотистой кислоты:
2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O
В данной реакции оксид азота (IV) диспропорционирует, хотя в большей степени для него характерна окислительная способность:
8P + 10NO2 = 2P4O10 + 5N2↑
SO2 + NO2 = NO + SO3
Степень окисления +5. Пентаоксид азота или азотный ангидрид N2O5 – неустойчивое соединение, которое медленно разлагается уже при комнатной температуре:
2 N2O5(к) = 4NO2↑ + O2↑
Нагревание заметно ускоряет процесс.
Получение:
Обезвоживание азотной кислоты: 2HNO3 + P2O5 = N2O5 + 2HPO3
Окисление NO2 озоном: NO2 + O3 = N2O5 + O2
Проявляет сильные окислительные свойства (даже йод переходит в высшую степень окисления):
N2O5 + I2 = I2O5 + N2↑
Взаимодействует с водой и образует соответствующий гидроксид – азотную кислоту:
N2O5 + H2O = 2HNO3
При кипячении раствора азотной кислоты можно отогнать часть воды и повысить концентрацию кислоты до 68,5 мас. %. Такой раствор будет концентрированный.
Безводная кислота (дымящая) может быть получена действием концентрированной серной кислоты на нитраты.
