Тема 2. Неметалічні елементи та їх сполуки

Заняття 4. Нітроген і фосфор та їх сполуки .Мінеральні добрива

Навчальні питання:

1. Будова молекули аміаку.

2. Фізичні та хімічні властивості аміаку. Добування та застосування аміаку.

3.Солі амонію. Хімічні та фізичні властивості, якісна реакція на солі

амонію, хімічні властивості солей амонію.

4.Оксиди Нітрогену і Фосфору, фізичні та хімічні властивості., добування

та застосування.

5.Нітратна кислота, будова , властивості, взаємодія з металами,

застосування, добування

6. Ортофосфатна кислота, властивості, застосування. Якісна реакція на

ортофосфат-іон

7. Нітрати і фосфати, нітратні і фосфатні добрива..Раціональне

використання добрив та проблема охорони довкілля при використанні

мінеральних добрив.

8. Проблема вмісту нітратів у харчових продуктах.

Навчально –матеріальне забезпечення:

1.Періодична система,

2. Зразки мінеральних добрив.

3. Набір хім.. реактивів,

4. Схема виробництва аміаку.

Навчальна література:

Л-1 с 55-63 с 64-80

Л-4 с 23 , 24 , 29-31

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

У V групі головній підгрупі містяться такі елементи неметали:N, P , As , Sb і метал Bi. Із зростанням порядкового номера елемента неметалічні властивості зменшуються тому , що збільшується радіус атома.

Пригадайте із попереднього матеріалу в якому вигляді міститься нітроген і фосфор у Землі ( нітроген у вигляді простої речовини - азоту N₂– газ , що міститься в атмосфері (78%) міститься у невеликій кількості в грунті у вигляді селітри, а також входить до складу білкових молекул всіх живих організмів, немає алотропних видозмін. Фосфор – у чистому вигляді в земній корі не існує у літосфері знаходиться у вигляді мінералів – апатиту та фосфориту., як елемент також входить до складу всіх живих організмів, в чистому вигляді фосфор має три алотропні модифікації – білий, червоний, чорний фосфор.)

Хімічні властивості азоту

1. взаємодіє з металами 6Li + N₂ = 2 Li₃N; літій нітрид; 2Al + N₂ = 2AlN алюміній нітрид

2. взаємодіє з воднем при високій температурі, тиску та наявності каталізатора – заліза. N₂ + 3 H₂ = 2 NH₃ аміак;

3. взаємодіє з киснем при дуже високих температурах + 3000 ⁰С(при блискавці) N₂ + O₂ = 2NO

Добування: 1) з повітря;

2) в лабораторіях NH₄Cl + NaNO₂ = N₂ + NaCl + H₂O$

Застосування: 1. Охолоджувач. 2.для добування аміаку. 3. Для наповнення електроламп.

Хімічні властивості фосфору

1. білий фосфор самозаймається, червоний горить при підпалюванні. 4P + 5 O₂ = 2P₂O₅ ; 4 P+ 3 O₂ = 2P₂O₃

2. Взаємодіє з металами при нагріванні 3Ca + 2 P = Ca₃P₂ кальцій фосфід

3. Взаємодіє з воднем утворюючи фосфін PH₃– безбарвний газ, дуже отруйний, малорозчинний у воді, легко окислюється в повітрі самозаймається тому спричинює утворення блукаючих вогнів на кладовищах та болоті. 3H₂ + 2P = 2PH₃

Застосування фосфору : білий фосфор використовується для добування фосфатних кислот, як бойова запальна речовина , для виробництва димових завіс, раніше використовувався для виготовлення фігурок , що світяться вночі

Червоний фосфор використовується для виготовлення сірників, в металургії, виготовлення фосфорорганічних препаратів.

Аміак . NH₃ Будова молекули аміаку.

H молекула аміаку має форму піраміди, хімічний зв’язок

N

H

H

H

N – H полярний : позитивний заряд зосереджується на атомі

Гідрогену, негативний на атомі Нітрогену. Внаслідок цього між

різними молекулами аміаку виникають водневі зв’язки. Існуванням водневих зв’язків між молекулами пояснюються порівняно високі температури кипіння і плавлення аміаку, те що аміак може легко скраплюватись і добре розчиняється у воді. Піраміда завдяки направленості в просторі неподільної електронної пари Нітрогену має електродонорні властивості і здатна утворювати зв'язок з іоном Гідрогену за донорно – акцепторним механізмом.

Фізичні властивості:

Газ, без кольру, з різким специфічним запахом, добре розчинний у воді Т _кип = - 33,4 ⁰С, дуже подразнює слизову оболонку носа, дихальних шляхів, очей

Хімічні властивості

1. аміак розчиняється у воді утворюючи гідроксид амонію ; реакція відбувається за донорно-акцепторним механізмом; чисту NH₄OH виділити неможна він існує тільки в розчині. NH₃ + H₂O = NH₄OH

2. аміак реагує з кислотами утворюючи солі амонію також за донорно-акцепторним механізмом NH₃ + HCl = NH₄Cl, амоній хлорид; NH₃ + HNO₃ = NH₄NO_{3 ,} амоній нітрат;

3. горить на повітрі утворюючи азот ,4NH₃ + 3 O₂ = 2N₂ + 6 H₂O; а в присутності каталізатора утворюється нітроген(ІІ) оксид NH₃ + 5 O₂ = 4 NO + 6 H₂O

4. відновлює метали з їх оксидів.3 CuO + 2NH₃ = N₂ + 3Cu + 3H₂O

Застосування аміаку:

1. Виробництво азотних добрив і нітратної кислоти

2. Виробництво соди, вибухових речовин , холодоагент

3. В медицині (нашатирний спирт), в побуті ( рідини для миття скла, для виведення плям, для прання, чистки килимів, ювелірних виробів),

4. У хімічних лабораторіях

Промисловий синтез аміаку.

Суміш N₂ і H₂ у співвідношенні 1: 3 ретельно очищається від домішок і під тиском 30 МПа подається до колони синтезу. У колоні суміш проходить через шар каталізатора( губчасте залізо з домішками оксидів алюмінію і калію0 при температурі 450 – 500 С , при цих умоваx відбувається утворення аміаку. Оскільки ця реакція є оборотною , то з колони синтезу виходить суміш , що містить H₂ , N₂ , NH₃ , що направляється у теплообмінник , де відбувається скраплення аміаку, та відділення його від азоту та водню, що не прореагували, Після цього суміш , що лишилась знову йде до колони синтезу( принцип циркуляції). N₂ + 3H₂ = 2 NH₃ + 46,2кДж

Добування аміаку в лабораторії

Змішати порошки NH₄Cl Ca(OH)₂, пробірку закрити корком з газовивідною трубкою, пробірку нагріти. NH₄Cl + Ca(OH)₂= NH₃ ↑+ CaCl₂ + H₂O

1. Піднести до газовивідної трубки змочений у воді фенолфталеїнів папірець і побачимо що папірець набув малинового кольору. Аміак , що виділяється прореагує з водою , утвориться амоній гідроксид – луг , який і змінить колір індикатора. NH₃ + H₂O = NH₄OH

2. Піднести до газовивідної трубки скляну паличку змочену в розчині хлоридної кислоти. Побачимо , що з поверхні палички буде виділятись дим – це амоній хлорид. NH₃ + HCl = NH₄Cl

Солі амонію

NH₄ ^{+ -} Одновалентний катіон , має властивості схожі на властивості іонів Na⁺ та K⁺

Фізичні властивості

кристалічні речовини, добре розчинні у воді, сильні електроліти.

Хімічні властивості

1. Дисоціюють на іони NH₄Cl↔NH₄ ⁺+ Cl^-

2. Розкладаються при нагріванні: а) для летких кислот (NH₄)₂CO₃ ↔2NH₃ + CO₂ + H₂O б) для нелетких кислот( NH₄)₂SO₄↔ NH₃ + NH₄HSO₄ в) якщо аніон – окисник NH₄NO₃→ N₂O + H₂O

3. Якісна реакція на іон амонію – дія лугів ( виділяється аміак)

NH₄Cl + NaOH = NaCl + NH₃ + H₂O

Оксиди нітрогену

N₂O NO N₂O₃ NO₂ N₂O₅

Несолетворні кислотні

N₂O – сміхотливий газ, закис азоту. Безбарвний газ, без запаху. Використовується як анестезуючий засіб

При нагріванні розкладається 2N₂O = 2 N₂ + O₂

NO - Нітроген (ІІ) оксид,нітроген моно оксид; безбарвний газ , погано зріджується ; використовується для виробництва нітратної кислоти.

Легко окислюється 2NO + O₂ = 2NO₂

Добування: а)в природі грозові розряди, блискавки при замиканні дротів.

N₂ +O₂ =2NO;

б) при горінні аміаку з каталізатором NH₃ + O₂ = 4 NO + H2O;

в) при дії на метали нітратною кислотою 3 Cu + 8 HNO₃ = 3 Cu(NO3)₂ + 2NO + 4 H₂O

N₂O₃ – нітроген(ІІІ) оксид, нітритний ангідрид; має властивості кислотного оксиду: а) взаємодіє з водою N₂O₃ + H₂O = 2 HNO₂ ; б) з лугами N₂O₃ + 2 NaOH = 2 NaNO₂ + H₂O ; в) з основними оксидами N₂O₃ + CaO = Ca(NO₂)2

NO2 – нітроген(ІV) оксид, діоксид нітрогену; газ бурого кольору з різких характерним запахом, добре розчинний у воді, найстійкіший з усіх оксидів нітрогену.; застосовується для виробництва нітратної кислоти, очищення нафтопродуктів, каталізатор в ракетному паливі.

Хімічні властивості

1. Димеризується 2NO₂ = N₂O₄

2. Диспропорціонує у воді 2 NO₂ + H₂O = HNO₂ + HNO3

3. При надлишку кисню розчиняється утворюючи лише одну кислоту4NO₂ + 2H₂O + O₂= 4 HNO₃

4. Реагує з лугами NO₂ + 2NaOH = NaNO₂ + NaNO₃

5. З основними оксидами K₂O + 2NO₂ = KNO₂ + KNO₃

6. Розкладається при нагріванні 2NO₂ = N₂ + 2O₂

N₂O₅ – нітроген(V) оксид, нітратний ангідрид, безбарвна тверда речовина. Має властивості кислотного оксиду, взаємодіє з водою, основним оксидом , з лугом. Практичного використання немає.

Фосфор (V) оксид- Р₂О₅

Білі гідроскопічні кристали, утворюються при горінні фосфору 4Р + 5О₂ = 2Р₂О₅ , кислотний оксид. 3Н₂О + Р₂О₅ = 2Н₃РО₄ ортофосфатна кислота, якщо води не вистачає , то утворюється метафосфатна кислота

Н₂О + Р₂О₅ = 2НРО₃

Нітратна кислота HNO₃

Фізичні властивості:безбарвна рідина з характерним запахом Т _кип = 86 ⁰С, димить на повітрі , добре розчинна у воді.

Хімічні властивості

1. Сильний електроліт HNO₃↔ H⁺ + NO₃^-

2. Взаємодіє з основними оксидами 2HNO₃ + Na₂O = 2NaNO₃ + H2O

3. Взаємодіє з основами HNO₃ + KOH = KNO₃ + H₂O

4. Взаємодіє з солями 2HNO₃+ Na₂CO₃ =2NaNO₃ + CO₂ + H₂O

5. З металами А) концентрована не діє на Fe, Al, Cr , Pt , Au , Ir , Ta

1. З малоактивними утворює сіль , воду і NO₂

Сu + HNO_{3 k} = Cu(NO₃)₂ + NO₂ + H₂O

2. З середньоактивними утворює сіль , воду і NO

Zn + HNO_{3 k} = Zn(NO₃)₂ + H₂O + NO

3. З активними утворює сіль , воду і N₂O

K + HNO₃k = KNO₃ + H₂O + N₂O

Б) розведена кислота не взаємодіє з Au , Pt

1. З малоактивними утворює сіль , воду і NO

Ag + HNO_{3 p} = AgNO₃ + H₂O + NO

2. З середньоактивними утворює сіль , воду і N₂O або N₂

Fe + HNO_{3 p} = Fe(NO₃)₃ + H₂O + N₂

3. З активними утворює сіль , воду і NН₃

Ba + HNO_{3 p} = Ba(NO₃)₂ + H₂O + NH₃

Нітрати. При нагріванні розкладаються з виділенням кисню

Активні метали до магнію: 2KNO₃=2KNO₂ + O₂

Середньо активні від Mg до Cu включно Zn(NO₃)₂ = ZnO+ NO₂ + O₂

Малоактивні метали після міді Hg(NO₃)₂ = Hg+ NO₂ + O₂

Завдання для самопідготовки студентів: попередні 6 рівнянь реакцій потрібно урівняти за допомогою електронного балансу.

Допишіть та урівняйте за допомогою електронного балансу.

1)Mg + HNO_{3 k} = 3) Hg + HNO_{3 k} =

2) Cr + HNO_{3 p} = 4) Li + HNO_{3 p} =

Якісна реакція на нітрат іон: взаємодія з мідною дротиною в присутності сульфатної кислоти, побачимо виділення бурого газу.

2 NaNO₃ + H₂SO₄ + Cu= 2 NO₂↑ + CuSO₄ + Na₂SO₄ + 2 H₂O

Добування нітратної кислоти:

1. В лабораторії дією на сухі селітри концентрованою сульфатною кислотою NaNO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2HNO₃

2. В промисловості аміачним способом а) окиснення аміаку на платиновому каталізаторі 4 NH₃ + 5 O₂ = 4 NO + 6 H₂O

б) окиснення до киснем повітря 2 NO + O₂ = 2NO₂

в) поглинання водою в надлишку кисню 2H₂O + 2 NO₂ + O₂ = 4 HNO₃

Використання : виробництво барвників, ліків, вибухових речовин, пластмас, нітратних добрив, окисник ракетного палива.

H₃PO₄ - Ортофосфатна кислота.

Фізичні властивості: безбарвна , прозора , кристалічна речовина , гігроскопічна , добре розчиняється у воді.

Добування: Ca₃(PO₄)₂ + 3 H₂SO₄ = 2 H₃PO₄ + 3 CaSO₄↓

Хімічні властивості:

Електроліт середньої сили. Дисоціює ступінчасто.

H3PO4↔H ⁺+ H2PO4^- ди гідроген фосфат йон

H2PO4^- ↔ H ⁺+ HPO4^2- гідроген фосфат йон

HPO4^2- ↔ H⁺ + PO4^3- фосфат йон

Взаємодіє з металами H₃PO₄ + Mg = Mg₃(PO₄)₂ + H₂

Взаємодіє з основними оксидами H₃PO₄ + Na₂O = Na₃PO₄ + H₂O

Взаємодіє з основами H₃PO₄ + Cu(OH)₂ = Cu₃(PO₄)₂ + H₂O

Якісна реакція на ортофосфат іон – взаємодія з AgNO₃ випадає жовтий oсад

3AgNO₃ + Na₃PO₄ = Ag₃PO₄↓ +3NaNO₃

Азотні і фосфатні добрива

Нітроген входить до складу амінокислот з яких побудовані білки. Тому він необхідний для життєдіяльності рослин і тварин. Якщо ж нітрогену не вистачає то відбувається відхилення від норми в розвитку рослин. Проте рослини не можуть засвоювати нітроген безпосередньо з повітря , оскільки в повітрі нітроген перебуває у вигляді міцних молекул азоту. Тому рослини використовують для живлення нітроген який входить до складу розчинних неорганічних сполук . Для підвищення врожайності в грунт вносять речовини , що містять нітроген , фосфор і інші елементи - добрива. Вони поділяються на три групи:

1. Мінеральні добрива: селітри, фосфати , амофоси, солі амонію, синтетична сечовина та інш.

2. Органічні добрива: гній, компост, та ін..

3. Зелені добрива: рослини родини бобових, люпин, люцерна і тд.

Із внесених добрив засвоюється приблизно 60 – 70% елементів.

Всі нітрати називаються селітрами, всі добре розчиняються у воді

Калієва селітра – KNO₃, натрієва селітраNaNO3, аміачна селітра,NH4NO3

Фосфористе борошно - Ca₃(PO₄)²

Простий суперфосфат – Ca(H₂PO₄)₂*CaSO⁴

Подвійний суперфосфатCa(H₂PO₄)₂

Преципітат CaHPO₄

Амофоси - (NH₄)₂HPO₄ – NH₄H₂PO₄

Сечовина – CO(NH₂)₂

Самостійна робота студентів : презентації на тему мінеральні добрива