Получение аммиака.

В лаборатории аммиак получают действием щелочи на соли аммония при нагревании:

NH₄Cl + NaOH = NaCl + NH₃*H₂O = NH₃↑ + H₂O + NaCl

В промышленности аммиак синтезируют из азота воздуха. Реакция синтеза аммиака из азота и водорода – обратимая, гомогенная, экзотермическая реакция, в результате которой происходит уменьшение объемов газообразных веществ, так как из 4-х объемов газовой смеси образуется 2 объема аммиака:

N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃ +Q

Для увеличения выхода конечного продукта в данной системе, в соответствии с принципом Ле Шателье, следует понизить температуру, увеличит давление и систематически удалять аммиак из зоны реакции.

Кислородные соединения азота.

Азот образует с кислородом следующие оксиды: N₂O, NO, N₂O₃, NO_2, N₂O₅. Непосредственным окислением молекулярного азота получается лишь один NO. Другие оксиды образуются при восстановлении или окислении NO. На воздухе NO практически мгновенно окисляется до NO₂:

N₂ + O₂ ↔ 2NO 2NO + O₂ = 2NO₂

Оксиды N₂O и NO – несолеобразующие оксиды. Остальные оксиды азота – кислотные. При поглощении водой оксида N₂O₃ образуется азотистая кислота, при взаимодействии N₂O₅c водой образуется азотная кислота:

N₂O₃ + H₂O = 2HNO₂ N₂O₅ + H₂O = 2HNO₃

Оксид азота (IV) NO₂ является смешанным оксидом, так как при его растворении образуется сразу две кислоты – HNO₂ и HNO₃:

2NO₂ + H₂O ↔ HNO₂ + HNO₃

Это реакция диспропорционирования.

При растворении NO₂ в щелочах образуются соответствующие соли – нитриты и нитраты:

2NO₂ + 2KOH = KNO₂ + KNO₃ + H₂O

В окислительно-восстановительных реакциях оксиды азота (за исключением N₂O₅) могут быть и окислителями и восстановителями, так как содержат атомы азота в промежуточных степенях окисления:

2NO + O₂ = 2NO₂ 4NO + CH₄ = 2N₂ + CO₂ + 2H₂O

4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃ NO₂ + SO₂ = NO + SO₃

Окислительно-восстановительная двойственность NO₂ проявляется и при взаимодействии его с водой (см. выше).

Азотистая кислота

Малоустойчивая, слабая кислота.

HNO₂ ↔ H⁺ + NO₂^-

Соли этой кислоты – нитриты гидролизуются в водном растворе по аниону, создавая щелочную среду:

NO₂^- + H-OH ↔ HNO₂ + OH^- NaNO₂ + H-OH ↔ HNO₂ + NaOH

В окислительно-восстановительных реакциях нитриты выступают или окислителями, или восстановителями в зависимости от свойств второго реагента:

2KNO_2(ok-ль) + 2KI + 2H₂SO₄ = I₂ + 2NO + 2K₂SO₄ + 2H₂O

5KNO_2(в-ль) + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5KNO₃ + K₂SO₄ + 3H₂O

Азотная кислота.

В молекуле HNO₃ степень окисления атома азота +5, а его валентность равна IV. Атом азота может образовывать только четыре ковалентные связи (три за счет неспаренных р-электронов по обменному механизму и одну за счет неподеленной электронной пары по донорно-акцепторному механизму).

HNO₃ = H⁺ + NO₃^-

Соли азотной кислоты – нитраты – хорошо растворимы в воде и не подвергаются гидролизу по аниону.

В окислительно-восстановительных реакциях соли азотной кислоты и сама кислота являются только окислителями. Причем окислительная активность азотной кислоты намного выше активности солей и зависит от концентрации кислоты в растворе. Азот в степени окисления +5, входящий в состав азотной кислоты, является настолько сильным окислителем в сравнении с катионом водородом, что среди продуктов восстановления азотной кислоты никогда не выделяется водород. Как правило, при окислении неметаллов и малоактивных металлов азотной кислотой выделяется ее устойчивые оксиды: NO₂ (если кислота концентрированная) и NO (если кислота разбавленная):

4HNO_3(конц.) + Cu = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

8HNO_3(разб.) + 3Сu = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

В зависимости от активности восстановителей и концентрации самой кислоты могут образовываться и другие продукты: NH₄⁺, N₂, N₂O

10HNO_3(разб.) + 4Zn = 4Zn(NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O

12HNO_3(разб.) + 5Сa = 5Ca(NO₃)₂ + N₂ + 6H₂O

10HNO_{3(оч.разб.)} +4Zn = NH₄NO₃ + 4Zn(NO₃)₂ + 3H₂O

Очень сильным окислителем является смесь концентрированных кислот HNO₃+HCl (в объемном соотношении 1:3), называемая царской водкой. Эта смесь кислот способна растворять «благородные» металлы:

Au + HNO₃ + 3HCl = AuCl₃ + NO↑ + 2H₂O

Соли азотной кислоты – нитраты - термически неустойчивы из-за внутримолекулярных окислительно-восстановительных превращений, в которых окислителем выступает N⁺⁵, а восстановителем – О^-2. Нитраты разлагаются на кислород и соединение, состав которого зависит от природы катиона металла, входящего в состав соли. Когда в состав соли входят катионы щелочного или щелочноземельного металла, т.е. очень активных металлов, стоящих в ряду активности от Li до Mg включительно, то процесс идет до образования нитритов и кислорода:

2NaNO₃ → 2NaNO₂ + O₂ (при нагревании)

Если в состав соли входит катион металла средней активности от Al до Cu включительно, процесс разложения идет до оксида металла, оксида азота(IV) и кислорода:

2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂ + O₂(при нагревании)

Особое положение занимает нитрат аммония, при термическом разложении которого образуется N₂O:

NH₄NO₃ = N₂O + 2H₂O

Вследствие сильных окислительных свойств нитритов и нитратов эти соединения чрезвычайно токсичны для организма человека, так как окисляют гемоглобин, вследствие чего он теряет способность переносить кислород из легких в ткани.