Материал: 5 и 6 группы

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
background image

26 

 

4NH

3

 + 5O

2

 = 4NO + 6H

2

O; 

получение

 NO

2

2NO + O

2

 = 2NO

2

и

 

поглощение

 

смеси

 NO

 

с

 

О

2

 

горячей

 

водой

 

с

 

получением

 

концентриро

-

ванной

 

кислоты

4NO

2

 + 

О

2

 + 2H

2

O = 4HNO

3

В

 

водных

 

растворах

 HNO

3

 

 

типичная

 

кислота

 

и

 

реагирует

 

с

 

основа

-

ниями

 

с

 

образованием

 

солей

 (

нитратов

): 

HNO

3

 + NaOH = NaNO

3

 + H

2

O. 

Она

 

растворяет

 

почти

 

все

 

металлы

кроме

 Au, Pt, Ru, Ir, Rh, Os. 

Явля

-

ясь

 

сильным

 

окислителем

, HNO

3

 

окисляет

 

металлы

 

благодаря

 

нитрат

-

иону

Продукты

 

восстановления

 

азотной

 

кислоты

 

определяются

 

её

 

кон

-

центрацией

силой

 

восстановителя

 

и

 

температурой

В

 

неконтролируемых

 

условиях

 

концентрированная

 HNO

3

 

обычно

 

восстанавливается

 

до

 NO

2

  

(

активными

 

металлами

 

до

 NO), 

разбавленная

 

кислота

 

восстанавливается

 

до

 NO, 

а

 

сильно

 

разбавленная

 

кислота

 

восстанавливается

 

активными

 

ме

-

таллами

 

до

 NH

4

+

Ag + 2HNO

конц

.

= AgNO

3

 + NO

2

 + H

2

O, 

3Ag + 4HNO

разб

.

= 3AgNO

3

 + NO + 2H

2

O, 

4Mg + 10HNO

разб

.

= 4Mg(NO

3

)

2

 + NH

4

NO

3

 + 3H

2

O. 

Некоторые

 

металлы

 (Al, Cr, Ti, Fe 

и

 

др

.) 

в

 

азотной

 

кислоте

 

пассиви

-

руются

 

из

-

за

 

образования

 

плотных

 

оксидных

 

плёнок

.  

Азотная

 

кислота

 

окисляет

 

многие

 

неметаллы

  (

обычно

 

до

 

кислород

-

содержащих

 

кислот

), 

а

 

также

 

соли

в

 

состав

 

которых

 

входят

 

ионы

-

восстановители

S + 2HNO

3

 = H

2

SO

4

 + 2NO, 

3Fe(NO

3

)

2

 + 4HNO

3

 = 3Fe(NO

3

)

3

 + NO + 2H

2

O, 

3NiS + 8HNO

3

 = 3S + 3Ni(NO

3

)

2

 + 2NO + 4H

2

O. 

Смесь

 

концентрированных

 

азотной

 

и

 

соляной

 

кислот

 

с

 

объёмным

 

со

-

отношением

 1 : 3 

называется

 «

царской

 

водкой

».  

В

 

царской

 

водке

 

раство

-

ряются

 

золото

платина

сульфид

 

ртути

(II) 

с

 

образованием

 

хлоридных

 

комплексов

Au + 3HNO

3

 + 4HCl = H[AuCl

4

] + 3NO + 6H

2

O. 

HNO

3

 

выполняет

 

функцию

 

окислителя

а

 HCl 

 

функцию

 

комплексообра

-

зующего

 

реагента

Комплексообразование

 

существенно

 

понижает

 

окисли

-

тельно

-

восстановительные

 

потенциалы

 

металлов

 

и

 

тем

 

самым

 

облегчает

 

их

 

окисление

E

0

 (Au

3+

/Au) = +1.52 B, E

0

 ([AuCl

4

]

/Au) =+ 1,00 B. 

                                                            

 

Существует

 

мнение

что

 

фактически

   

окислителем

 

в

 

царской

 

водке

 

является

 

не

 

азотная

 

кислота

а

 

хлор

который

 

образуется

 

при

 

взаимодействии

 HNO

3

 

и

 HCl: 

2HNO

3

 + 6HCl 

 2NO + 3Cl

2

 + 4H

2

O. 

background image

27 

 

На

 

том

 

же

 

принципе

 

работает

 

смесь

 

концентрированной

 HNO

3

 

с

 HF. 

Ее

 

применяют

 

для

 

растворения

 

малоактивных

 d-

металлов

 IV

÷

VI 

групп

Be, B 

и

 Si, 

имеющих

 

высокое

 

сродство

 

к

 

фтору

:  

3Si + 4HNO

3

 + 18HF = 3H

2

[SiF

6

] + 4NO + 8H

2

O. 

100%-

я

 

азотная

 

кислота

 

в

 

незначительной

 

степени

 

ионизируется

 

как

 

основание

HO–NO

2

 

 HO

 + NO

2

С

 

учётом

 

кислотных

 

и

 

основных

 

свойств

 

в

 100%-

й

 

кислоте

 

устанав

-

ливается

 

равновесие

HNO

3

 +  HNO

3

 

 NO

2

+

 + NO

3

 + H

2

O. 

В

 

присутствии

 

более

 

сильных

 

кислот

 

равновесие

 

смещается

 

вправо

Так

в

 

смеси

 

концентрированных

 HNO

3

 

и

 H

2

SO

4

 («

нитрующая

 

смесь

») 

об

-

разуется

 

сильный

 

электрофил

 – 

ион

 

нитрония

 – NO

2

+

HO-NO

2

 + H

2

SO

4

 

 H

2

O + NO

2

+

 + HSO

4

NO

2

+

 

легко

 

замещает

 

атомы

 

водорода

 

во

 

многих

 

органических

 

веществах

 

с

 

образованием

 

нитросоединений

например

при

 

кипячении

 

бензола

 

в

 

нитрующей

 

смеси

 

получается

 

нитробензол

C

6

H

6

 + NO

2

+

 = C

6

H

5

NO

2

 + H

+

Благодаря

 

окислительным

 

и

 

нитрующим

 

свойствам

 HNO

3

 

разрушает

 

растительные

 

и

 

животные

 

ткани

 

и

 

при

 

попадании

 

на

 

кожу

 

вызывает

 

силь

-

ные

 

ожоги

Нитраты

 – 

соли

 

азотной

 

кислоты

 

или

 N

2

O

5

известны

 

почти

 

для

 

всех

 

металлов

хорошо

 

растворимы

 

в

 

воде

существуют

 

в

 

виде

 

безводных

 

соеди

-

нений

 (NaNO

3

, AgNO

3

), 

а

 

также

 

в

 

виде

 

кристаллогидратов

 (Ca(NO

3

)

2

 

 4H

2

O, 

Ni(NO

3

)

2

 

 6H

2

O). 

Нитраты

 

щелочных

щелочно

 

земельных

 

металлов

 

и

 

аммо

-

ния

 

называют

 

селитрами

Условно

 

нитраты

 

можно

 

разделить

 

на

 

соединения

 

с

 

преимущественно

  

ионным

 

типом

 

связи

 

и

 

с

 

преимущественно

 

ковалентным

 

типом

 

связи

Ионные

 

нитраты

 

имеют

 

более

 

высокую

 

термическую

 

устойчи

-

вость

а

 

ковалентные

 

нитраты

 

обладают

 

более

 

высокой

 

растворимостью

 

в

 

ор

-

ганических

 

растворителях

Ковалентные

 

нитраты

 

металлов

 (Ti(IV), Sn(IV) 

и

 

др

.) 

в

 

водных

 

средах

 

разлагаются

Sn(NO

3

)

4

 + 3H

2

O = H

2

SnO

3

 + 4HNO

3

 

Все

 

безводные

 

нитраты

 

в

 

расплавленном

 

состоянии

 

проявляют

 

силь

-

ные

 

окислительные

 

свойства

что

 

связано

 

с

 

их

 

термической

 

неустойчиво

-

стью

3KNO

3

 + 4K

2

CO

3

 + 2Cr

2

O

3

 = 4K

2

CrO

4

 + 3KNO

2

 + 4CO

2

C + 2NH

4

NO

3

 = 2N

2

 + CO

2

 + 4H

2

O. 

При

 

нагревании

 

нитраты

 

щелочных

 

и

 

щелочно

-

земельных

 

металлов

 

разлагаются

 

до

 

нитритов

 

с

 

выделением

 

кислорода

2KNO

3

 = 2KNO

2

 + O

2

Нитраты

 

металлов

стоящих

 

в

 

ряду

 

напряжений

 

от

 Mg 

до

 Cu, 

разла

-

гаются

 

с

 

образованием

 

оксидов

background image

28 

 

Mg(NO

3

)

2

 = 2MgO + 4NO

2

 + O

2

Нитраты

 

металлов

оксиды

 

которых

 

термически

 

неустойчивы

 (Hg, 

Ag, Au), 

разлагаются

 

до

 

металла

Hg(NO

3

)

2

 =Hg + 2NO

2

 + O

2

Нитрат

 

калия

 

является

 

составной

 

частью

  «

чёрного

 

пороха

» – 

смесь

 

селитры

серы

 

и

 

угля

При

 

поджигании

 

смеси

 

протекает

 

экзотермическая

 

реакция

 

с

 

сильным

 

газовыделением

2KNO

3

 + S + 3C = K

2

S + 3CO

2

 + N

2

В

 

водных

 

растворах

 

нитрат

-

ионы

 

не

 

проявляют

 

окислительных

 

свойств

 

и

 

могут

 

быть

 

восстановлены

 

лишь

 

в

 

сильнощелочных

 

средах

 

та

-

кими

 

сильными

 

восстановителями

 

как

 

алюминий

цинк

 

или

 

сплав

 

Деварда

 

(Cu-Al-Zn): 

3KNO

3

 + 8Al + 5KOH + 18H

2

O = 8K[Al(OH)

4

] + 3NH

3

Получают

 

нитраты

 

взаимодействием

 

азотной

 

кислоты

 

с

 

основания

-

ми

поглощением

 «

нитрозных

 

газов

» (NO, NO

2

растворами

 

щелочей

 

или

 

карбонатов

Для

 

синтеза

 

безводных

 

нитратов

 

переходных

 

металлов

 

ис

-

пользуют

 

реакции

 

их

 

соединений

 

с

 

жидким

  N

2

O

4

 

или

 

с

 

неводными

 

рас

-

творами

 N

2

O

5

.   

 

Кислородные

 

соединения

 

фосфора

 

Фосфор

 

образует

 

два

 

устойчивых

 

оксида

 

Р

2

О

3

 

и

 

Р

2

О

5

Они

 

имеют

 

яр

-

ко

 

выраженный

 

кислотный

 

характер

Оксид

 

фосфора

 (III)

 

Р

2

О

(

Р

4

О

6

 

белое

 

кри

-

сталлическое

 

вещество

 (t

пл

= 24 °

С

, t

кип

= 174 °

С

), 

легко

 

возгоняющееся

очень

 

ядовитое

Получают

 

сжиганием

 

белого

 

фосфора

 

при

 

недостатке

 

кислоро

-

да

 

воздуха

Р

2

О

3

 

 

полиядерное

 

соединение

его

 

мо

-

лекула

 

содержит

 

четыре

 

атома

 

фосфора

 – 

Р

4

О

6

 – 

и

 

имеет

 

клеточное

 

строение

Её

 

структура

 

напоминает

 

структуру

 

белого

 

фосфора

  (

Р

4

с

 

той

 

разницей

что

 

четыре

 

атома

 

фосфора

 

соединены

 

через

 

кислород

-

ные

 

мостики

Оксид

 

фосфора

 (III) 

легко

 

окисляется

 

кислородом

 

воздуха

Процесс

 

окисления

 

протекает

 

путём

 

постепенного

 

присоединения

 

атомов

 

кисло

-

рода

 

к

 

атомам

 

фосфора

 

с

 

образованием

 

в

 

качестве

 

промежуточных

 

про

-

дуктов

 

смешанных

 

оксидов

   

фосфора

(III) 

и

 

фосфора

(V) – 

Р

4

О

6+

х

 , 

где

 

х

 = 1

÷

3. 

Заканчивается

 

окисление

 

образованием

 

оксида

 

фосфора

(V) – 

Р

4

О

10

Р

4

О

6

 + 2

О

2

 = 

Р

4

О

10

В

 

холодной

 

воде

 

Р

4

О

6

 

растворяется

 

с

 

образованием

 

фосфористой

 

кислоты

Р

4

О

6

 + 6

Н

2

О

 = 4

Н

2

[HPO

3

]. 

В

 

горячей

 

воде

 

фосфористая

 

кислота

 

сразу

 

же

 

окисляется

 

до

 H

3

PO

4

p

o

p

o

p

o

o

p

o

o

background image

29 

 

Оксид

 

фосфора

 (V)

  P

2

O

5

 (P

4

O

10

 

белое

 

кристаллическое

 

вещество

которое

 

существу

-

ет

 

в

 

виде

 

нескольких

 

модификаций

Все

 

мо

-

дификации

 

состоят

 

из

 

молекул

 

Р

4

О

10

в

 

кото

-

рых

 

четыре

 

тетраэдра

 [

РО

4

] (sp

3

-

гибридизация

 

валентных

 

орбиталей

 

атома

 

фосфора

соеди

-

нены

 

через

 

общие

 

атомы

 

кислорода

 

в

 

клетку

 

из

 

четырех

 

гетероциклов

Концевые

 

атомы

 

кислорода

 

образуют

 

тетраэдр

различная

 

упаковка

 

тетраэдрических

 

молекул

 

Р

4

О

10

 

и

 

определяет

 

разнообразие

 

мо

-

дификаций

 

данного

 

оксида

Наиболее

 

активная

 

модификация

 

легко

 

воз

-

гоняется

 (t

возг

= 359 °

С

и

 

активно

 

взаимодействует

 

с

 

водой

Р

4

О

10

 + 2

Н

2

О

 = 4

НРО

3

Это

 

свойство

 

Р

4

О

10

 

позволяет

 

использовать

 

его

 

для

 

осушения

 

газов

жидкостей

 

и

 

твёрдых

 

веществ

Важно

 

отметить

что

 

Р

4

О

10

 

способен

 

отни

-

мать

 

от

 

веществ

 «

химически

 

связанную

» 

воду

поэтому

 

оксид

 

фосфора

(V)

 

применяют

 

в

 

качестве

 

дегидратирующего

 

реагента

4HNO

3

 + P

4

O

10

 = 2N

2

O

5

 + 4

НРО

3

Получают

 

оксид

 

фосфора

 (V) 

окислением

 

белого

 

фосфора

 

избытком

 

кислорода

Фосфор

 

образует

 

целый

 

ряд

 

кислородсодержащих

 

кислот

в

 

которых

 

формальные

 

степени

 

окисления

 

изменяются

 

от

  +1 

до

 +5. 

Однако

 

во

 

всех

 

кислотах

 

фосфор

 

пятивалентен

 – 

образует

 4 

σ

-

связи

 

и

 1 

π

-

связь

т

.

е

орби

-

тали

 

фосфора

 

находятся

 

в

 sp

3

-

гибридном

 

состоянии

что

 

определяет

 

тет

-

раэдрическую

 

структуру

 

соединений

Фосфорноватистая

 

кислота

 

Н

[H

2

PO

2

 

бесцветное

 

кристалличе

-

ское

 

вещество

 (t

пл

= 26,5 °C), 

при

 

нагревании

 

диспропорционирует

 

на

 

фосфин

 

и

 

фосфористую

 

кислоту

3H[H

2

PO

2

] = PH

3

 + 2H

2

[HPO

3

В

 

этой

 

кислоте

 

атом

 

фосфора

 

имеет

 

степень

 

окисления

 +1 

и

 

тетраэдри

-

чески

 

окружен

 

двумя

 

атомами

 

кислорода

 

и

 

двумя

 

атомами

 

водорода

 (

рис

. 7). 

Практически

 

неполярные

 

связи

 

двух

 

атомов

 

водорода

 

не

-

посредственно

 

с

 

атомом

 

фосфора

 

определяют

 

неспособность

 

их

 

замещения

 

в

 

реакциях

 

нейтрали

-

зации

т

.

е

фосфорноватистая

 

ки

-

слота

 

 

одноосновная

 

кислота

Это

 

вещество

 

хорошо

 

раствори

-

мо

 

в

 

органических

 

растворителях

 

и

 

в

 

воде

В

 

водных

 

растворах

 

ки

-

O

P

O

H

H

H

   

Рис

. 7. 

Строение

 

молекулы

  

фосфорноватистой

 

кислоты

 

p

o

p

o

p

o

o

p

o

o

o

o

o

o

background image

30 

 

слота

 

в

 

значительной

 

степени

 

диссоциирует

H[H

2

PO

2

] = H

+

 + H

2

PO

2

 

К

а

 

= 0,08. 

Сама

 

фосфорноватистая

 

кислота

 

и

 

её

 

соли

 

 

гипофосфиты

 

 

хорошие

 

восстановители

 (

Е

0

(

Н

3

РО

4

/

Н

[H

2

PO

2

]) = 

0,39 

В

Е

0

(

РО

4

3–

 

/H

2

PO

2

) = –1,57 

В

), 

они

 

легко

 

окисляются

 

до

 

фосфорной

 

кислоты

 

или

 

её

 

солей

Как

 

восстанови

-

тели

 

гипофосфиты

 

применяются

 

в

 

органической

 

химии

а

 

также

 

в

 

процессах

 

химического

 

кобальтирования

 

и

 

никелирования

 

поверхностей

 

металличе

-

ских

 

и

 

неметаллических

 

деталей

2Ni

2+ 

+ [H

2

PO

2

]

– 

 + 6NH

3

 + 2H

2

O = 2Ni

 + PO

4

3–

 + 6NH

4

+

Фосфорноватистую

 

кислоту

 

получают

 

при

 

взаимодействии

 

белого

 

фосфора

 

с

 

раствором

 

гидроксида

 

бария

 

с

 

последующей

 

обработкой

 

гипо

-

фосфита

 

бария

 

серной

 

кислотой

2P

4

 + 3Ba(OH)

2

 + 6H

2

O = 2PH

3

 + 3Ba[H

2

PO

2

]

2

 

Ba[H

2

PO

2

] + H

2

SO

4

 = BaSO

4

+ 2H[H

2

PO

2

]. 

Фосфористая

 

кислота

 

Н

2

[HPO

3

] – 

бесцветное

 

очень

 

гигроскопич

-

ное

 

кристаллическое

 

вещество

хорошо

 

растворяющееся

 

в

 

воде

 

(t

пл

.

 = 74 °

С

). 

При

 

нагревании

 

безводная

 

кислота

 

диспропорционирует

4H

2

[HPO

3

] = PH

3

 + 3H

3

PO

4

а

 

при

 

нагревании

 

в

 

воде

 

Н

2

[HPO

3

окисляется

 

до

 

ортофосфорной

 

кислоты

.  

Степень

 

окисления

 

фосфора

 

в

 

фосфористой

 

кислоте

 

равна

 +3. 

Из

 

строения

 

молекулы

 

кислоты

  (

рис

. 8) 

следует

что

 

её

 

основность

 

равна

 

двум

Н

2

[HPO

3

] – 

кислота

 

средней

 

силы

 (

К

а

1

=5,1

10

–2

К

а

2

=1,8

10

–7

). 

Все

 

её

 

соли

 – 

фосфиты

 

М

2

[HPO

3

и

 

гидрофосфиты

 MH[HPO

3

малорастворимы

за

 

исключением

 

солей

 

щелочных

 

металлов

Фосфиты

 – 

сильные

 

восста

-

новители

  (

Е

0

(

Н

3

РО

4

/

Н

2

[

НРО

3

] = 

0,289 

В

Е

0

(

РО

4

3–

/HPO

3

2–

) = –1,12 

В

и

 

способны

 

выделять

 

металлы

  

из

 

растворов

 

их

 

солей

2AgNO

3

 + Na

2

HPO

3

 + H

2

O = H

3

PO

4

 + 2Ag + 2NaNO

3

Получают

 

фосфористую

 

кислоту

 

гидролизом

 

трихлорида

 

фосфора

PCl

3

 + 3H

2

O = H

2

[HPO

3

] + 3HCl. 

 

 

O

P

O

H

O

H

H

 

 

Рис

. 8. 

Строение

 

молекулы

 

фосфористой

 

кислоты

 

   

Фосфорноватая

  (

гипофосфорная

кислота

 

Н

4

Р

2

О

6

 – 

бесцветное

очень

 

гигроскопичное

 

и

 

легко

 

растворимое

 

в

 

воде

 

вещество

 (t

пл

 = 73 °

С

), 

при

 

попадании

 

на

 

кожу

 

вызывает

 

тяжёлые

медленно

 

заживающие

 

ожоги

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/15400