Практична робота № 3. Дослідження фізичних та хімічних явищ.
Хімічні реакції завжди супроводжуються фізичними ефектами, що називаються ознаками хімічної реакції. Ознаки хімічних реакцій, що зустрічаються найчастіше:
За стандартних умов усі луги — тверді речовини білого кольору, добре розчинні у воді. NaOH і КОН — милкі на дотик, дуже їдкі. Вони роз'їдають шкіру, тканини, папір та інші матеріали. За цю властивість їх називають їдкими лугами. Так, натрій гідроксид NaOH — їдкий натр, а калій гідроксид КОН — їдке калі.
Їдкі луги (NaOH, КОН) роз'їдають шкіру, тканини та інші речовини, їх не можна брати руками (спричиняють опіки), а тільки пінцетом
Чи знаєш ти, звідки походить слово «луг»? Так називали милкий настій попелу, що використовувався для прання
У зв'язку з тим, що кристалічні їдкі луги, що потрапили на шкіру, спричиняють опіки, їх не можна брати руками, а тільки пінцетом. Якщо ж розчин лугу все ж таки потрапив на шкіру, необхідно відразу ж змити його великою кількістю води, аж доки щезне відчуття милкості, а потім нейтралізувати розчином борної кислоти Н3ВО3.
Нерозчинні основи також тверді речовини, але вони по-різному забарвлені. Так, купрум(ІІ) гідроксид Сu(ОН)2 має блакитний із зеленкуватим відтінком колір, ферум(ІІІ) гідроксид Fe(OH)3 — бурий, a Fe(OH)2 — блідо-зеленкуватий, майже білий.
4. Хімічні властивості основ
а) Зміна кольору індикаторів
NaOH + лакмус (фіолетовий) = розчин синіє
NaOH + метиловий оранжевий = розчин жовтіє
NaOH + фенолфталеїн (безбарвний) = розчин стає малиновим
На нерозчинні основи індикатори не діють
б) Взаємодія з кислотами з утворенням солі і води (реакція нейтралізації) (реакція обміну)
NaOH + HCl = NaCl + H2O
↓Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4+
2H2O
2↓Fe(OH)3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3
+ 3H2O
в) Взаємодія з кислотними оксидами з утворенням солі і води (реагують тільки луги)
6NaOH + P2O5 = 2Na3PO4
+ 3H2O
г) Взаємодія з амфотерними оксидами (реагують тільки луги)
2NaOH + ↓Al2O3 = 2NaAlO2
+ H2O
д) Взаємодія з амфотерними основами (реагують тільки луги)
↓Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2ZnO2
+ 2H2 O (сплав)
е) Взаємодія з розчинами солей (реагують тільки луги), якщо утворюється осад чи газ.
CuSO4 + 2NaOH = ↓Cu(OH)2 + Na2SO4
є) Розклад при нагріванні (розкладаються тільки нерозчинні ослови)
↓Cu(OH)2 = CuO + H2O
5. Добування лугів
- взаємодією активних металів з водою (лужних і лужно-земельних)
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
- взаємодією оксидів лужних і лужно-земельних металів з водою
CaO + H2O = Ca(OH)2
- взаємодією солі з лугом, якщо утворюється нерозчинна сіль
Na2SO4 + Ba(OH)2 = 2NaOH
+ ↓BaSO4
6. Добування нерозчинних основ взаємодією солі і лугу
NiSO4 + 2NaOH = ↓Ni(OH)2 + Na2SO4
7. Застосування деяких основ
НатрійгідроксидNaOHвикористовують у виробництві мила, паперу, штучного волокна, для очищеннянафтопродуктів. КалійгідроксидКОН — у виробництвірідкого мила та як електроліт для лужнихакумуляторів. КальційгідроксидСа(ОН)2(гашеневапно) — як будівельнийматеріал. алюміній гідроксид Аl(ОН)3 застосовують при підвищеній кислотності шлункового соку як у чистому вигляді, так і в суміші з магній оксидом (алмагель) або з Мg(ОН)2 (маалокс).
Безводна нітратна кислота HN03 — безбарвна летка рідина, з різким запахом, на повітрі «димить», дуже добре розчиняється у воді, змішуючись з нею у будь-яких співвідношеннях, при - 42 градусів переходить в кристалічний стан.
ІІ. Будова молекули нітратної кислоти.
Між атомом Нітрогену та одним з атомів Оксигену утворюється ковалентний зв'язок по донорно-акцепторному механізму.
Электронная формула азотной кислоты.
(донорно-акцепторний зв'язок показаний стрілкою)
Тоді структурну формулу нітратної кислоти можно було б зобразити так:
Структурна формула нітратної кислоти
Але досліднимм шляхомм доведено, що подвійний зв'язок рівномірно розподілений між двома атомами Оксигену. Ступінь окиснення Нітрогену в нітратній кислоті дорівнює +5, а валентність - чотирьом, бо є тільки чотири спільні електронні пары.
ІІІ. Хімічні властивості нітратної кислоти
1. Дисоціація на йони.
Нітратна кислота — сильний електроліт, у водному розчині практично повністю дисоціює на йони:
HN03⇔ Н++ N03-
Чому нітратна кислота не утворює кислих солей?
2. Взаємодія з основними оксидами й основами.
У даному разі нітратна кислота виявляє властивості, типові для кислот.
CaO+2HNO3=Ca(NO3)2+H2O
Ca(OH)2+2HNO3=Ca(NO3)2+2H2O
Cu(OH)2+2HNO3=Cu(NO3)2+2H2O
3. Взаємодія з солями.
Нітратна кислота вступає в реакцію з обмеженою кількістю солей. Це пояснюється тим, що нітратна кислота сильна, але летка. Взаємодія нітратної кислоти з солями відбувається за умови, що береться сіль слабкішої або леткішої кислоти:
CaCO3+2HNO3=Ca(NO3)2+CO2+
H2O
Na2SiO3+2HNO3=H2SiO3↓+
2NaNO3
4. Термічний розклад.
Нітратна кислота під час нагрівання (і під впливом світла) розкладається з виділенням бурого газу N02, через що у процесі зберігання поступово жовтіє:
4HN03 = 2Н20 + 4N02↑ + 02↑
5. Взаємодія з металами.
Нітратна кислота реагує з металами інакше, ніж інші кислоти. Це пояснюється тим, що нітратна кислота — сильний окисник. Вона окиснює майже всі метали (за винятком золота, платини та деяких інших) перетворюючи їх на солі — нітрати. При цьому водень не виділяється, бо відновлюється нітроген, а не гідроген. Нітроген відновлюється тим повніше, чим активніший метал і чим розбавленіша кислота. Отже, продукти відновлення нітратної кислоти можуть бути різні. Проте концентрована кислота відновлюється, як правило, до N02 в разі взаємодії з важкими металами.
Якщо на дно колби опустити обрізки мідного дроту i долити до них концентрованої нітратної кислоти (у витяжній шафі), то одразу ж почне виділятися бурий газ N02, a розчин забарвиться у синій колір:
Якщо ж узяти розбавлену нітратну кислоту, то під час взаємодії з міддю замість оксиду нітрогену (IV) NO2 виділяється оксид нітрогену (II) NO:
Cu + HN03 → Cu(N03)2 + NO↑ + H20 (розб.)
У наведеній схемі реакції розставте коефіцієнти на підставі електронного балансу. Зазначте окисник і відновник.
Завдяки яскраво вираженим окисним властивостям нітратна кислота, діючи на деякі метали (алюміній, хром, залізо), пасивує їх. Це особливо характерно для концентрованої HN03. Під її впливом на поверхні металів утворюється дуже щільна захисна оксидна плівка, стійка проти дії кислоти.
Нітратна кислота настільки сильний окисник, що вона може окиснювати різні органічні речовини і матеріали. Так, під час дії концентрованої нітратної кислоти спалахують солома, папір, тирса, скипидар. Вона руйнує вовну, роз'їдає шкіру, забарвлює її у жовтий колір і спричинює на ній виразки, що не можуть довго загоїтися. Тому з нітратною кислотою треба поводитися дуже обережно.
6. Взаємодія з неметалами
Нітратна кислота взаємодіє з багатьма неметалами, окиснюючи їх до відповідних кислот. Наприклад:
0 +6
S + 2НNO3 = H2SO4+ 2NO;
0 +5
3Р + 5HNO3+ 2Н2О = 3Н3РО4 + 5NO;
0 +3
В + 3НNО3 = Н3ВО3 + 3NO2;
0 +4
С + 4HNO3 = СО2 + 2Н2О + 4NO2.
ІV. Застосування нітратної кислоти
Нітратну кислоту, використовують для виробництва добрив, барвників, пороху та інших вибухових речовин, пластмас штучного волокна, лікарських препаратів (стрептоцид), кіно- і фотоплівки. Вона застосовується і як сильний окисник у самозаймистих ракетних паливах.
V. Нітрати
Солі нітратної кислоти називають нітратами. Нітрати можна добути внаслідок дії нітратної кислоти на метали, основні оксиди, основи, аміак і деякі солі, наприклад:
Cu + 4HN03 = Cu(N03)2 + 2N02↑ + 2Н20
CaO + 2HN03 = Ca(N03)2 + H20
Mg(OH)2 + 2HN03 = Mg(N03)2 + 2H20
NH3 + HN03 = NH4N03
Na2C03 + 2HN03 = 2NaN03 + C02↑+ H20
Нітрати утворюються також і під час взаємодії оксиду нітрогену(V) з лугами, бо N205 — кислотний оксид:
N205 + 2КОН = 2KN03 + Н20
Усі нітрати — тверді кристалічні речовини, добре розчинні у воді, токсичні (отруйні).
Характерною хімічною властивістю нітратів є їхня здатність розкладатися під час нагрівання з виділенням кисню та інших продуктів. Продукти розкладання залежать від природи металу, який входить до складу солі, від його місця у витискувальному ряді металів:
тобто солі таких металів, які у витискувальному ряді стоять ліворуч від магнію Mg, під час розкладання утворюють нітрити і кисень; від Mg до Cu — оксид металу, бурий газ N02 і кисень, а праворуч від міді Cu — вільний метал, бурий газ N02 і кисень 02.
Напишіть рівняння реакцій розкладання під час нагрівання нітратів калію, купруму, меркурію й аргентуму.
VІ. Якісна реакція на нітрат-йон
Нітратна кислота і нітрати містять нітрат-іон NO3–. Для визначення нітрат-іона NO3– у пробірку вміщують трішки досліджуваної речовини, добавляють мідних ошурків, вливають концентрованої сульфатної кислоти і нагрівають. Виділення бурого газу NO2 свідчить про наявність нітрат-іонів.
Нітроген — один з хімічних елементів, необхідних для росту і життєдіяльності рослин. Як правило, вміст його в ґрунті невеликий, і рослинам не вистачає Нітрогену. Доводиться вносити його у ґрунт у вигляді азотних добрив.
Речовини, які містять Нітроген і вносяться у ґрунт для підвищення врожайності, називаються азотними добривами.
Азотні добрива поділяються на дві групи:
1) мінеральні добрива — селітри KN03, NaN03, NH4N03, Ca(N03)2; солі амонію (NH4)2S04; рідкий аміак NH3, аміачна вода NH3 • Н20 та ін.;
2) органічні добрива — гній, компост, послід та зелені добрива (люпин, сочевиця, горох, конюшина, серадела). Крім Нітрогену, вони містять інші елементи, необхідні для живлення рослин.
Селітра (від лат. sal — сіль і nitrum — луг) — загальна назва нітратів калію, натрію, амонію, кальцію.
Компост (англ., фр. compost, від лат. compositus — складений) — місцеве органічне добриво, що його одержують з різних органічних решток внаслідок їхнього біологічного розкладання.
Наука про живлення рослин і застосування добрив з метою підвищення врожайності сільськогосподарських культур та поліпшення якості врожаю називається агрохімією.
Велику роль у становленні агрохімії відіграли французький вчений Ж. Буссенго, який дослідив кругообіг речовин у землеробстві та роль Нітрогену в живленні рослин, та німецький хімік Ю. Лібіх, який обґрунтував теорію виснаження ґрунтів (1840 р.) через винесення поживних речовин рослинами і показав необхідність повернення цих речовин у ґрунт у вигляді мінеральних добрив.
Буссенго Жан Батіст
(1802—1887)
Французький учений, один із засновників агрохімії, член Паризької АН (з 1839). Досліджував живлення рослин. Першим почав вивчати кругообіг речовин (у землеробстві). Довів, що всі рослини (крім бобових) беруть Нітроген з ґрунту, а бобові самі здатні нагромаджувати його. Довів, що вміст Карбону в урожаї не пов'язаний з вмістом його в гної і що джерелом Карбону для зелених рослин є вуглекислий газ повітря. Вивчав газообмін у рослин і тварин, вплив нітратів та фосфатів на розвиток рослин.
Лібіх Юстус
(1803—1873)
Видатний німецький хімік, президент Баварської АН (з 1860), один із засновників агрохімії. Розробив теорію мінерального живлення рослин, що сприяло розвитку виробництва мінеральних добрив і впровадженню, їх у землеробство. Вважав принципово можливим синтез будь-яких агрохімічних сполук. Поряд з цим припускав існування «життєвої сили». Відкрив ізомерію (1823). Автор хімічної теорії бродіння і гниття, один із творців теорії радикалів. Добув багато органічних речовин.
VІІІ. Застосування нітратів
Нітрати використовують переважно як добрива.
Нітрати лужних металів використовують як компоненти ракетного палива.
KNO3 використовують для виробництва чорного пороху.
KNO3, NaNO3 – у малих кількостях використовують для виробництва м’ясних продуктів, деяких сортів сиру (надають м’ясним продуктам червоно-коричневого кольору).
AgNO3 – для виробництва дзеркал, в гальванотехніці, в аналітичній хімії, невеликі дози в медицині як в’яжучий і бактерицидний засіб.
Ba(NO3)2, Sr(NO3)2, Pb(NO3)2 – у піротехніці.
ІХ. Проблема вмісту нітратів у харчових продуктах
Через застосування інтенсивних технологій вирощування рослин, які передбачають використання великої кількості мінеральних добрив, нітрати накопичуються у продуктах. Багато нітратів у ковбасах, молоці, 80% нітратів потрапляє в організм із рослин. Їх більше у ранніх овочах, овочах захищеного ґрунту. Високий вміст нітратів містить редис, редька, дині, кабачки, яблука, буряк.
Самі нітрати не отруйні, але в організмі вони перетворюються на отруйні речовини – нітрити, які взаємодіють з гемоглобіном крові окиснюючи Fe2+ до Fe3+. Замість гемоглобіну утворюється метгемоглобін, який втрачає червоне забарвлення і набуває темно-коричневого кольору. Метгемоглобін не здатний переносити кисень. Виникає киснева недостатність, порушується тканинне дихання. Як наслідок виникають ерозивні гастрити, порушення діяльності щитовидної залози, серцево-судинної системи. Крім того, під дією нітритів в організмі утворюються канцерогенні речовини, що спричиняють онкологічні захворювання. Найбільш чутливі до нітритів діти, хворі та люди старшого віку.
Зменшити кількість нітратів можна, якщо овочі, плоди перед вживанням ретельно промити гарячою водою, після чого яблука, огірки почистити, а з моркви вирізати серцевину. Зниження шкідливого впливу на організм нітратів і нітритів сприяє вживання вітамінів, особливо А, Е, В9.
Вміст нітратів можна визначити індикаторним папером ДФА (дифеніламіну)
