Краснова Н.В.Азотная кислота: свойства и реакции, лежащие в основе производства

Азотная кислота: свойства и реакции,
лежащие в основе производства
9 класс

Н.В.КРАСНОВА,
учитель химии средней школы № 2
(с. Приволжье, Самарская обл)

Приходя на урок химии, ребята хотят узнать новое и применить свои знания, особенно им нравится самостоятельно добывать информацию и экспериментировать. Данный урок построен так, чтобы, изучая новый материал, учащиеся могли привлечь ранее приобретенные знания: строение атома азота, типы химической связи, электролитическая диссоциация, окислительно-восстановительные реакции, техника безопасности при проведении эксперимента.

Цели. Повторить классификацию и свойства оксидов азота, а также общие свойства азотной кислоты в свете теории электролитической диссоциации (ТЭД). Познакомить учащихся с окислительными свойствами азотной кислоты на примере взаимодействия разбавленной и концентрированной кислоты с металлами. Дать понятие о способах получения азотной кислоты и областях ее применения.

Оборудование. На каждом столе перед учащимися план урока, схема взаимодействия азотной кислоты с металлами, набор реактивов, тесты для закрепления изученного материала.

П л а н у р о к а

• Оксиды азота.

• Состав и строение молекулы азотной кислоты.

• Физические свойства азотной кислоты.

• Химические свойства азотной кислоты.

• Получение азотной кислоты.

• Применение азотной кислоты.

• Закрепление материала (тест по вариантам).

ХОД УРОКА

Оксиды азота

Учитель. Вспомните и напишите формулы оксидов азота. Какие оксиды называются солеобразующими, какие – несолеобразующими? Почему?



Ученики самостоятельно записывают формулы пяти оксидов азота, называют их, вспоминают азотсодержащие кислородные кислоты и устанавливают соответствие между оксидами и кислотами. Один из учеников записывает на доске (таблица).

Таблица

Сопоставление оксидов азота, кислот и солей

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Демонстрационный опыт:
взаимодействие оксида азота(IV) с водой

Учитель. В сосуд с NO₂ приливаем немного воды и взбалтываем содержимое, затем испытываем полученный раствор лакмусом.

Что наблюдаем? Раствор краснеет из-за образовавшихся двух кислот.

2NO₂ + H₂O = HNO₂ + HNO₃.

Степень окисления азота в NO₂ равна +4, т.е. она является промежуточной между +3 и +5, которые в растворе более устойчивы, поэтому оксиду азота(IV) соответствуют сразу две кислоты – азотистая и азотная.

Состав и строение молекулы

Учитель. На доске запишите молекулярную формулу азотной кислоты, вычислите ее молекулярную массу и отметьте степени окисления элементов. Составьте структурную и электронную формулы.

Ученики составляют следующие формулы (рис. 1).

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Физические свойства азотной кислоты

Учитель. Перед вами флаконы с разбавленной и концентрированной азотной кислотой. Опишите физические свойства, которые вы наблюдаете.

Ученики описывают азотную кислоту как жидкость тяжелее воды, желтоватого цвета, с резким запахом. Раствор азотной кислоты без цвета и без запаха.

Учитель. Я добавлю, что температура кипения азотной кислоты +83 °С, температура замерзания –41 °С, т.е. при обычных условиях это жидкость. Резкий запах и то, что при хранении она желтеет, объясняется тем, что концентрированная кислота малоустойчива и под действием света или при нагревании частично разлагается.

Химические свойства кислоты

Учитель. Вспомните, с какими веществами взаимодействуют кислоты? (Учащиеся называют.)

Перед вами реактивы, проделайте перечисленные реакции* и запишите свои наблюдения (реакции записывать надо
в свете ТЭД).

А теперь обратимся к специфическим свойствам азотной кислоты.

Мы отметили, что кислота при хранении желтеет, теперь докажем это химической реакцией:

4HNO₃ = 2H₂O + 4NO₂ + O₂.

(Учащиеся самостоятельно записывают электронный баланс реакции.)

Выделяющийся «бурый газ» (NO2) окрашивает кислоту.

Особо ведет себя эта кислота по отношению к металлам. Вы знаете, что металлы вытесняют водород из растворов кислот, но при взаимодействии с азотной кислотой этого не происходит.

Посмотрите на схему у вас на парте (рис. 4), где показано, какие газы выделяются при реакции кислоты различной концентрации с металлами. (Работа со схемой.)

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Получение кислоты

Учитель. Урок будет неполным, если мы не рассмотрим вопрос получения азотной кислоты.

Лабораторный способ: действие концентрированной серной кислоты на нитраты (рис. 5).

NaNO₃ + H₂SO₄ = NaHSO₄ + HNO₃.

В промышленности кислоту
в основном получают аммиачным способом.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Если растворение проводить
в присутствии кислорода, то весь оксид азота(IV) переходит в азотную кислоту.

5) Заключительный этап получения азотной кислоты – очистка газов, выходящих в атмосферу, от оксидов азота. Состав этих газов: до 98% азота, 2–5% кислорода и 0,02–0,15% оксидов азота. (Азот изначально был в воздухе, взятом для окисления аммиака.) Если оксидов азота в этих отходящих газах больше 0,02%, то специально проводят каталитическое восстановление их до азота, потому что даже такие малые количества этих оксидов приводят к большим экологическим проблемам.

После всего сказанного возникает вопрос: а зачем нам нужна кислота?

Применение кислоты

Учитель. Азотную кислоту используют для производства: азотных удобрений, и в первую очередь аммиачной селитры (как ее получают?); взрывчатых веществ (почему?); красителей; нитратов, о которых речь пойдет на следующем уроке.

Закрепление материала

Фронтальный опрос класса

– Почему степень окисления азота
в азотной кислоте +5, а валентность четыре?

– С какими металлами азотная кислота не вступает в реакцию?

– Вам нужно распознать соляную и азотную кислоты, на столе три металла – медь, алюминий и железо. Как вы поступите и почему?

Тест

В а р и а н т 1

1. Какой ряд чисел соответствует распределению электронов по энергетическим уровням в атоме азота?

1) 2, 8, 1; 2) 2, 8, 2; 3) 2, 4; 4) 2, 5.

2. Закончите уравнения практически осуществимых реакций:

1) HNO₃ (разб.) + Cu … ;

2) Zn + HNO₃ (конц.) … ;

3) HNO₃ + MgCO₃ … ;

4) CuO + KNO₃ … .

3. Укажите, какое уравнение иллюстрирует одну из стадий процесса промышленного производства азотной кислоты.

1) 4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O;

2) 5HNO₃ + 3P + 2H₂O = 3H₃PO₄ + 5NO;

3) N₂ + O₂ = 2NO.

4. Отрицательная степень окисления проявляется азотом в соединении:

1) N₂O; 2) NO; 3) NO₂; 4) Na₃N.

5. Взаимодействие медной стружки с концентрированной азотной кислотой приводит к образованию:

1) NO₂; 2) NO; 3) N₂; 4) NH₃.

В а р и а н т 2

1. Значение высшей валентности азота равно:

1) 1; 2) 2; 3) 5; 4) 4.

2. Запишите возможное взаимодействие концентрированной азотной кислоты со следующими металлами: натрий, алюминий, цинк, железо, хром.

3. Выберите вещества, являющиеся сырьем для производства азотной кислоты:

1) азот и водород;

2) аммиак, воздух и вода;

3) нитраты.

4. Концентрированная азотная кислота не реагирует с:

1) углекислым газом;

2) соляной кислотой;

3) углеродом;

4) гидроксидом бария.

5. При взаимодействии очень разбавленной кислоты с магнием образуется:

1) NO₂; 2) NO; 3) N₂O; 4) NH₄NO₃.
Ответы на тесты

В а р и а н т 1.

1 – 4;

2.

1) 8HNO₃ (разб.) + 3Cu = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O;

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

3) 2HNO₃ + MgCO₃ = Mg(NO₃)₂ + CO₂ + H₂O;

3 – 1; 4 – 4; 5 – 1.

В а р и а н т 2.

1 – 4;

2.

Na + 2HNO₃ (конц.) = NaNO₃ + NO₂ + H₂O,

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

3 – 2; 4 – 1; 5 – 4.


Домашнее задание. Прочитать по учебнику «Химия-9» (Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. М.: Просвещение, 2002) § 21, повторить конспект урока и схему взаимодействия кислоты с металлами.

* Например, можно предложить ребятам проделать следующие лабораторные опыты.

1) В пробирку с раствором азотной кислоты добавьте лакмус и постепенно добавляйте раствор гидроксида натрия. Наблюдения запишите.

2) Положите в пробирку немного мела, добавьте разбавленную азотную кислоту.

3) Положите в пробирку немного оксида меди(II), добавьте разбавленную азотную кислоту. Какого цвета раствор? Зажмите пробирку в держателе и погрейте. Как изменяется цвет раствора? О чем говорит изменение цвета? – Прим. ред.