Кислородсодержащие кислоты азота. Азот и его соединения

Кислота (Н n А)

Кислотный остаток (А)

Соответствующий кислотный оксид

H 2 SO 4 серная

SO 4 (II) сульфат

SO 3 оксид серы (VI )

HNO 3 азотная

NO 3 (I) нитрат

N 2 O 5 оксид азота (V )

HMnO 4 марганцевая

MnO 4 (I) перманганат

Mn 2 O 7 оксид марганца (VII )

H 2 SO 3 сернистая

SO 3 (II) сульфит

SO 2 оксид серы (IV )

H 3 PO 4 ортофосфорная

PO 4 (III) ортофосфат

P 2 O 5 оксид фосфора (V )

HNO 2 азотистая

NO 2 (I) нитрит

N 2 O 3 оксид азота (III )

H 2 CO 3 угольная

CO 3 (II) карбонат

CO 2 оксид углерода (IV )

H 2 SiO 3 кремниевая

SiO 3 (II) силикат

SiO 2 оксид кремния (IV)

НСlO хлорноватистая

СlO (I) гипохлорит

С l 2 O оксид хлора (I)

НСlO 2 хлористая

СlO 2 (I) хлорит

С l 2 O 3 оксид хлора (III)

НСlO 3 хлорноватая

СlO 3 (I) хлорат

С l 2 O 5 оксид хлора (V)

НСlO 4 хлорная

СlO 4 (I) перхлорат

С l 2 O 7 оксид хлора (VII)

Кислота (Н n А)

Кислотный остаток (А)

HCl соляная, хлороводородная

Cl (I ) хлорид

H 2 S сероводородная

S (II ) сульфид

HBr бромоводородная

Br (I ) бромид

HI йодоводородная

I (I ) йодид

HF фтороводородная,плавиковая

F (I ) фторид

бескислородные

кислородсодержащие

HCl, HBr, HI, HF, H 2 S

HNO 3 , H 2 SO 4 и другие

ПОЛУЧЕНИЕ

1. Прямое взаимодействие неметаллов

H 2 + Cl 2 = 2 HCl

1. Кислотный оксид + вода = кислота

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

2. Реакция обмена между солью и менее летучей кислотой

2 NaCl (тв .) + H 2 SO 4 (конц .) = Na 2 SO 4 + 2HCl ­

Название индикатора

Нейтральная среда

Кислая среда

Лакмус

Фиолетовый

Красный

Фенолфталеин

Бесцветный

Бесцветный

Метилоранж

Оранжевый

Красный

Универсальная индикаторная бумага

Оранжевая

Красная

N 2 + 3H 2 ↔2NH 3

Для получения оксида азота (II) из аммиака окисляют последний кислородом:

4NH 3 + 5O 2 →4NO + 6H 2 O

Оксид азота (IV) получают из оксида азота (II) путем его окисления кислородом:

2NO + O 2 →2NO 2

При взаимодействии оксид азота (IV) с водой в присутствии кислорода получается азотная кислота:

4NO 2 +2H 2 O + O 2 →4HNO 3

При взаимодействии азотной кислоты с раствором аммиака получается нитрат аммония:

HNO 3 + NH 3 →NH 4 NO 3

При нагревании нитрат аммония распадается на оксид азота (I) и воду.

Кислородсодержашие кислоты также относятся к гидроксидам . Это электролиты, образующие при диссоциации в водных растворах из положительно заряженных ионов только ионы водорода H + , или, более точно, ионы гидроксония Н 3 О + - гидратированный ион водорода. Более общее определение: кислоты – это вещества, являющиеся донорами протонов Н + . В зависимости от количества катионов водорода, образующихся при диссоциации кислоты, кислоты классифицируют также как основания, по основности. Существуют одно-, двух-, трех- и четырехосновные кислоты. Например, азотная кислота HNO 3 , азотистая кислота HNO 2 –одноосновные кислоты, угольная кислота H 2 CO 3 , серная кислота H 2 SO 4 – двухосновные кислоты, ортофосфорная кислота H 3 PO 4 является трехосновной кислотой, а ортокремниевая кислота H 4 SiO 4 –четырехосновной кислотой.

Номенклатура кислородсодержащих кислот : по международной систематической номенклатуре названия кислородсодержащих кислот формируются, как указывалось ранее, с учетом аниона, входящего в состав кислоты. Например:

H 3 PO 4 - триводород тетраоксофосфат(V) или триводород ортофосфат

H 2 CO 3 - диводород триоксокарбонат (IV)

HNO 3 - водород триоксонитрат (V)

Н 2 SiO 3 - диводород триоксосиликат (IV) или диводород метасиликат

H 2 SO 4 - диводород тетраоксосульфат(VI) (количество атомов водорода в кислотах можно не указывать)

По систематической номенклатуре названия кислот используют редко, чаще всего применяют традиционно сложившиеся названия, которые формируются от русского названия элемента (русская номенклатура) по определенным правилам (см. таблицу). В таблице приведен перечень кислородсодержащих кислот, соли которых наиболее распространены в природе. Следует обратить внимание, что название кислотного остатка определяет название соли и строят его чаще всего по полусистематической (международной) номенклатуре от латинского названия элемента. В связи с этим необходимо вспомнить латинские названия элементов наиболее часто встречающихся в кислотах, например, N – азот, в русской транскрипции латинского названия звучит как [нитрогениум], С – углерод – [карбониум], S – сера – [сульфур], Si- кремний – [силициум], олово – [станнум], свинец – [плюмбум], мышьяк – [арсеникум] и т.д. В таблице приведены общие правила, в соответствии с которыми можно назвать большинство неорганических кислородсодержащих кислот других элементов, их кислотные остатки и соли.

Таблица наиболее распространенных кислородсодержащих кислот

Гидросоли и названия их кислотных остатков будут рассмотрены в разделе«соли». Правила названия кислородсодержащих кислот и кислотных остатков (за исключением тех, которые имеют тривиальные названия или их следует называть по систематической номенклатуре) следующие:

высшая с. о. элемента (равна № группы в периодической системе) – корень русского названия элемента + окончание «а я» или «ова я»

Н

с. о. – степень окисления

кислородсодержащей

кислоты

С.о. элемента < max – корень русского названия элемента +

окончание «и стая» или «ови стая»

высшая с.о. элемента – корень латинского названия элемента +

Название суффикс «а т»

кислотного

остатка

с.о. элемента < max – латинское название элемента + суффикс «и т»

Зная приведенные правила, легко вывести формулы кислот для различных элементов (с учетом положения в периодической системе) и назвать их. Например, металл Sn - олово (1V гр.) латинское название - stannum («станнум»):

Max с.о. = +4 Min с.о. = +2

Оксиды: SnO 2 SnO

амфот. амфот.

+Н 2 О +Н 2 О

Н 2 SnO 3 H 2 SnO 2

оловянная кислота оловянистая кислота

SnO 3 2- SnO 2 2-

станнат - ион, станнит -ион,

Na 2 SnO 3 – станнат Na Na 2 SnO 2 – станнит Na

Оксидам некоторых элементов соответствуют две кислоты: мета - и ортокислота , формально они отличаются на одну молекулу Н 2 О.

Вывод формулы мета и ортокислоты (если они существуют у данного элемента): при формальном присоединении к оксиду одной молекулы Н 2 О получаем формулу метакислоты, последующее присоединение еще одной молекулы воды к формуле метакислоты позволяет вывести формулу ортокислоты. Например, выведем формулу мета- и ортокислоты, соответствующей оксиду P (V):

+ H 2 O + H 2 O

H 2 P 2 O 6  HPO 3 - метафосфорная к-та H 3 PO 4 - ортофосфорная к-та

Приведем пример обратной задачи: назвать соли NaBO 2 и K 3 BO 3 . Степень окисления атома бора в этих солях равна +3 (проверьте расчет), следовательно, соли образованы от кислотного оксида В 2 О 3 . Если в обеих солях степени окисления бора одинаковые, а виды кислотных остатков разные, то это соли мета- и ортоборной кислоты. Выведем формулы этих кислот:

В 2 О 3 НВО 2

+ Н 2 О + Н 2 О

НВО 2 - метаборная кислота, Н 3 ВО 3 - ортоборная кислота,

соли – метабораты соли – ортобораты

Названия солей: NaBO 2 – метаборат натрия; Na 3 BO 3 - ортоборат натрия.

Структура и химические свойства кислородсодержащих соединений азота.

Оксид азота (I ) N 2 O -веселящийся газ. Бесцветный газ со сладковатым вкусом. Химически с водой не реагирует. Химически малоактивен. Ни с водой, ни с кислотами, ни со щелочью, ни с галогенами и ни с озоном не реагирует.

При повышенных температурах он разлагается:2N2O =2 N2 + O2 При повышенных температурах сильный окислитель.

Окисляет Ме Р,С,S. Ni+N2O=NiO+N2 .N2O + Cu = CuО + N2

При поджигании смеси оксида азота (I) и аммиака происходит взрыв 3N2O+2NH3=4N2+3H2O

2NO+O2=2NO2-вторая стадия азотной кислоты

При взаимодействии с сильными окислителями N2O может проявлять свойства восстановителя:5N2O+8KMnO4+7H2SO4=5Mn(NO3)2+3MnSO4+4K2SO4+7H2O

Оксид азота (II ) NO - бесцветный газ типичный восстановитель. Единственный газ, который может получиться при 3000С N2+O2=2NO Не образует кислоты. С водой не реагирует

При температурах выше 1000 С распадается: NO = N2 + O2

NO характерны также реакции присоединения, в этой реакции NO проявляет свойства восстановителя с образованием нитрозилхлорида :2NO+Cl2=2NOCl

В присутствии более сильных восстановителей NO проявляет окислительные свойства:2NO+2H2S=N2+2S+2H2O 2NO+2CO=N2+CO2

В то же время смесь равных объемов NO и H2 при нагревании взрывается: 2NO + 2H2 = N2 + 2H2O

Оксид азота(3) N 2 O 3 неустойчивый, существует только при низких Т. Ярко-синий. При 0С разлагается: N2O3=NO+NO2 N2O3+H2O=2HNO3 N2O3+2KOH=2KNO2+H2O

оксид азота(4) NO 2 -бурый газ или N2O4-бесцветный. NO2(бур при нагр)=N2O4(при охлажд)

Реагирует с водой:3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO, Na2O4+H2O=HNO3+HNO2.

4NO2+2H2O+O2=4HNO3-3 стадия получения азотной кислоты проявляет свойства восстановителя

При растворении NO2 в щелочах образуются как нитраты , так и нитриты : 2NO2+2KOH=KNO3+KNO2+H2O

Жидкий NO2 применяется для получения безводных нитратов :Zn+2N2O4=Zn(NO3)2+2NO

взаимодействует с неметаллами (фосфор , сера и углерод горят в нём). Вэтихреакциях NO2 - окислитель: 2NO2+C=CO2+2NO, 2NO2+4HCl=NOCl+H2O+Cl2

Оксид азота (V ) N 2 O 5 летуч, гигроскопичен, бесцветный неустойчив.

Уже при комнатной температуре постепенно разлагается: N2O5=NO2+O2

Очень сильный окислитель: N2O5+I2=I2O5+N2. Многие органические вещества при соприкосновении с ним воспламеняются.

При растворении в воде образуется азотн кис-та:N2O5+H2O=HNO3

Растворяется в щелочах с образованием нитратов :N2O5+2NaOH=2NaNO3+H2O

Оксокислоты:

Азотистая кислота HNO 2

Принадлежит к числу слабых кислот и известна только в сильно разбавленных водных растворах.

2 HNO2+ 2 HI = I2+ 2 NO + 2 H2O

3 HNO2↔HNO3+ 2 NO + H2O

При концентрировании раствора или при его нагревании распадается:2HNO2=NO+NO2+H2O

Проявляет окислительно-восстановительную двойственность. Под действием восстановителей она восстанавливается, а в реакциях с окислителями – окисляется до HNO3: HNO2+Cl2+H2O=HNO3+2HCl
2HNO2+2KI+H2SO4=2NO+I2+K2SO4+2H2O

5HNO2+2KMnO4+3H2SO4=5HNO3+2MnSO4+K2SO4+3H2O

Склонна к реакциям диспропорционирования: 3HNO2=HNO3+2NO+H2O

Азотная кислота HNO 3 уже под влиянием света разлагается: HNO3=4NO2+O2+2H2O

принадлежит к числу наиболее сильных кислот.

Азотная к-та действует почти на все металлы(искл. Золото, платина, тантал, родий, иридий),превращая их в нитраты, а некоторые металлы- в оксиды.

Cu+HNO3(конц)=Cu(NO3)2+NO2+H2O. Cu+HNO3(разб)=Cu(NO3)2+NO+H2O

Mg+HNO3(разб)=Mg(NO3)2+N2O+H2O. Zn+HNO3(оченьразб)=Zn(NO3)2+NH4NO3+H2O

Оксиды азота

Азотистая кислота, ее соли

Азотная кислота и ее соли

1. Оксиды азота

кислотный оксид азот соль

Всего имеется пять оксидов азота: N2O, NO – несолеобразующие оксиды; N2O3, NO2, N2O5 – кислотные оксиды.

а) N 2 O – закись азота .

Получают разложением нитрата аммония при 250 о С.

NH4NO3 → N2O + 2H2O

Это - газ с приятным слабым запахом. Вдыхание малых количеств этого газа оказывает опьяняющее действие, поэтому называется «веселящий газ». В больших дозах вызывает потерю болевой чувствительности. Молекула N2O имеет линейное строение

N2O хорошо растворяется в Н2О, но устойчивых соединений не образует. Ни с водой, ни с кислотами, ни со щелочами не реагирует. Уже при слабом нагревании N2O распадается, выделяя О2.

2N2O → 2N2 + O2

Поэтому N2O является окислителем по отношению ко всем веществам, которые непосредственно реагируют с кислородом.

N2O + Н2 = N2 + Н2О.

б)NO – оксид азота (П). Тоже - несолеобразующий оксид. В обычных условиях NO – бесцветный газ. В промышленности получают при окислении H3N на платиновом катализаторе при нагревании:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

В лаборатории NO получают действием разбавленной HNO3 на Cu:

3Cu + 8HNO3разб. = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O.

В отличие от всех остальных оксидов азота NO образуется также прямым взаимодействием простых веществ:

Структурная формула NO такова: , один электрон в NO - разрыхлящий, а 6 электронов - связывающих, то есть порядок связи равен 2,5. Молекула NO достаточно устойчива и её распад заметен лишь при 500оС. NO – химически активное соединение, обладает окислительно-восстановительной двойственностью. Под действием О2 воздуха легко окисляется до NO2, окисляется также галогенами:

2NO + O2 = 2NO2; 2NO + Cl2 = 2NOCl

Как окислитель NO легко окисляет SO2 до SO3;

2SO2 + 2NO = 2SO3 + N2

С водородом (особенно когда равные объемы) при нагревании NO взрывается:

2NO + 2H2 = N2 + 2H2O

В воде NO мало растворяется и с водой не реагирует.

в) NO 2 – оксид азота (IV ) - красно - бурый ядовитый газ с характерным запахом.

Его молекула имеет угловую форму, порядок связи между N и О равен 1,5. Молекула NO2 даже в парах частично димеризована:

2NO2 ↔ N2O4 + Q

Эти два соединения находятся в равновесии между собой при температурах от –11о до 140оС. Молекула NO2 характеризуется высокой химической активностью. При повышении температуры NO2 – один из наиболее энергичных окислителей (в нем горят С, S, P). При температуре более 500оС NO2 разлагается на NO и О2. При растворении в воде образуются две кислоты:

2N+4O2 + H2O → HN+5O3 + HN+3O2,

то есть NO2 – смешанный ангидрид азотной и азотистой кислот.

Аналогично со щелочью:

2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O

4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3

(эта реакция используется в промышленности для получения HNO3).

В лабораторных условиях NO2 получают:

или термическим разложением нитратов:

2Рв(NO3)2 = 2РвО + 4NO2 + O2

г). N 2 O 5 – оксид азота (V ) – азотный ангидрид получают дегидратацией азотной кислоты фосфорным ангидридом (осторожным обезвоживанием) или окислением NO2 озоном.

2HNO3 + P2O5 = 2HPO3 + N2O52NO2 + O3 → N2O5 + O2.

N2O5 – это белое кристаллическое вещество. При комнатной температуре N2O5 постепенно разлагается на NO2 и О2, при нагревании взрывается:

2N2O5 = 4NO2 + O2

При взаимодействии с Н2О образует азотную кислоту:

N2O5 + Н2О → 2HNO3

N2O5 – очень сильный окислитель. Многие органические вещества при соприкосновении с ним воспламеняются.

д). N 2 O 3 – оксид азота (Ш) – азотистый ангидрид, образуется по реакции:

NO2 + NO ↔ N2O3.

Равновесие этой реакции даже при 25оС сдвинуто влево, то есть N2O3 – малоустойчивое соединение. Существует только при низких температурах в твердом состоянии (светло-синие кристаллы). В виде жидкости и пара сильно диссоциирует:

N2O3 ↔ NO2 + NO

N2O3 может быть также получен при разложении HNO2, которая очень неустойчива:

2HNO2 ↔ H2O + N2O3

N2O3 – кислотный оксид, поэтому легко реагирует со щелочами:

N2O3 + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O

При растворении в воде получается HNO2:

N2O3 + HOH ↔ 2HNO2

Строение N2O3:

2 . Азотистая кислота , е ё соли

Азотистая кислота HNO2 известна лишь в разбавленных водных растворах. В чистом виде не существует. При нагревании разлагается: 2HNO2 = NO + NO2 + H2O.

HNO2 - кислота средней силы (К ≈ 5∙10-4).

Молекула HNO2 существует в двух таутомерных формах:

Нитриты металлических элементов достаточно устойчивы, а нитриты щелочных металлов даже возгоняются без разложения.

Азот в HNO2 имеет С.О. = +3, то есть промежуточная степень окисления, поэтому и кислота, и соли обладают окислительно-восстановительной двойственностью. Сильные окислители переводят NO2- в NO3-:

5NaNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5NaNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O

Сильные восстановители обычно восстанавливают NO2- до NO:

2NaNO2 + 2KI + 2H2SO4 → Na2SO4 + 2NO + K2SO4 + I2 + 2H2O

Кроме того, соединения азота (Ш) склонны к реакциям диспропорционирования:

3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O

2HNO2 = NO + NO2 + H2O

3. Азотная кислота и её соли

Азотную кислоту HNO3 получают в промышленности каталитическим окислением NH3 до NO, затем NO окисляют кислородом воздуха до NO2, а затем смесь NO2 с избытком воздуха поглощают водой (или разбавленной HNO3).

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

2NO + O2 → 2NO2

4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3

В лаборатории HNO3 получают действием концентрированной. H2SO4 на нитрат натрия:

NaNO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3

При обычных условиях HNO3 – бесцветная жидкость (ρ = 1,52г/см3), кипящая при 84,1оС. С водой HNO3 смешивается в любых соотношениях. В водном растворе HNO3 - сильная кислота, которая практически полностью диссоциирована. При хранении HNO3 (особенно при нагревании и освещении) разлагается: 4HNO3 = 4NO2 + O2 + 2H2O.

На воздухе она «дымит», так как её пары с влагой воздуха образуют мелкие капельки тумана.

HNO3 имеет плоское строение:

Ковалентность азота в HNO3 равна 4.

HNO3 относится к сильным окислителям. Она разрушает животные и растительные ткани, пары её ядовиты. Окисляет многие металлы и неметаллы:

Cu + 4HNO3 (конц.) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

3Cu + 8HNO3 (разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

4Zn + 10HNO3 (очень разб.) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

S + 6HNO3 (конц.) = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O

3P + 5HNO3 (разб.) + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO

Смесь из одного объёма HNO3 и трёх объёмов концентрированной HCl, называется «царской водкой». Это более сильный окислитель, чем HNO3 и реагирует с такими благородными металлами, как золото и платина, переводя их в комплексные хлориды:

Au + HNO3 + 4HCl = NO + 2H2O + H.