Семинары (2) (791989), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Простые вещества. Физические и химические свойства.3.1. Простые вещества, образуемые пниктогенами, и их физические свойстваТаблица 15.3. Свойства простых веществ пниктогенов.ЭлементПростое веществоСтроениеФизические свойстваNАзотМолекулы N2 (NN)Газ без цвета и запахаPБелый фосфорМолекулы P4Белое легкоплавкое веществоPКрасный фосфорСлои трубок P8 и P9Красное твердое веществоPЧерный фосфорГофрированные слоииз циклов P6Черное твердое веществоAsЖелтый мышьякМолекулы As4Желтое твердое веществоAsСерый мышьякГофрированные слоииз циклов As6Серое твердое веществоSbСурьмаГофрированные слоииз циклов Sb6Серебристо-серое твердоевеществоBiВисмутМеталлическийкристаллСеребристо-серый металл3.2.

Химические свойства простых веществВзаимодействие со щелочами: только фосфорtCP4 + 3KOH + 3H2O = PH3 + 3KH2PO2Взаимодействие с кислотами: только кислоты-окислителиP + 5HNO3 (конц.) = H3PO4 + 5NO2 + H2OBi + 4HNO3 (разб.) = Bi(NO3)3 + NO + 2H2O (пассивация с конц. HNO3)4. Соединения с водородом состава XH3.4.1. Способы получения: Прямое взаимодействие простых веществ – только для синтеза аммиакаtC, p, FeN2 + 3H22NH3 (важнейший промышленный процесс)93 Действие основания на соответствующие солиtCCa(OH)2 + 2NH4Cl = 2NH3 + 2H2O + CaCl2PH4I + KOH = PH3 + KI + H2O Разложение пниктогенидов водойMg3N2 + 6H2O = 3Mg(OH)2 + 2NH3 Восстановление оксосоединений4Zn + NaNO3 + 7NaOH + 6H2O = 4Na2[Zn(OH)4] + NH3 Взаимодействие белого фосфора со щелочью (см.

выше).4.2. Физические свойстваNH3PH3AsH3 SbH3(BiH3 крайне неустойчив)температуры плавления и кипения (NH3 – водородная связь)длина связи H – Xэнергия связи H – Xосновные свойства (донорные свойства электронной пары)восстановительные свойства (падение электроотрицательностипниктогена)4.3. Особенности XH31) Диссоциация NH3 протекает по уравнению NH3 + H2O  NH3●H2O  NH4+ + OH–(молекул «NH4OH» нет, водный раствор аммиака принято записывать в виде NH3●H2O).2) PH3 образует соли только с самыми сильными кислотами (HI, HClO4).

Эти соли нацелоразлагаются водой.5. Другие соединения азота с водородом5.1. Гидразин N2H4Получение прямым взаимодействием простых веществ невозможно94Процесс Рашига: 2NH3 + 2NaOCl = N2H4 + 2NaCl + H2OОсобенности проведения процесса: необходимо «тормозить» реакцию на стадииобразования гидразина и не допускать его дальнейшего окисления до азота:а) холод;б) желатин – уменьшение скорости диффузии ионов тяжелых металлов, которыекатализируют распад гидразина;в) связывание гидразина кетонами (соединения R2С=O) с образованием гидразоновR2С=N-NH2Физические свойства: бесцветная жидкость.Химические свойстваа) Основные свойства, основание более слабое, чем аммиак (меньше донорных атомовводорода), два ряда солей (соли гидразония)N2H4 + H2O  N2H4●H2O  N2H5+ + OH–б) Окислительно-восстановительные свойства.Более сильный восстановитель, чем аммиакN2H4 + 4CuSO4 + 8NaOH = 2Cu2O + N2 + 4Na2SO4 + 6H2OСравните: CuSO4 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]SO4С сильными восстановителями – окислительные свойстваN2H6Cl2 + 2H3[TiCl6] = 2H2[TiCl6] + 2NH4Clв) Горение N2H4 + O2 = N2 + 2H2O (N2H4 и его органические производные – ракетноетопливо)5.2.

Гидроксиламин NH2OHПолучение: 2NO + 3H2 + H2SO4 = (NH3OH)2SO4 (Pd катализатор)(NH3OH)2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2NH2OH + 2H2OФизические свойства: белое твердое веществоХимические свойстваа) Основные свойства, основание более слабое, чем аммиак и гидразин (солигидроксиламмония).95NH2OH + H2O  NH3OH+ + OH–б) Окислительно-восстановительные свойства: двойственностьВосстановительные свойства – может окисляться как до N2, так и до N2O (в NH2OH ужеесть связь N - O)Окислительные свойства – восстанавливается до NH3в) Термическая нестабильность, разлагается со взрывомtC3NH2OH = NH3 + N2 + 3H2O5.3. Сопоставление свойств водородных соединений азотаNH3N2H4NH2OHосновные свойства(донорная способность групп меняется следующим образом 3H > 2H+NH2 > 2H + OH)восстановительные свойства (чем ближе к N2,тем больше выражены восстановительные свойства)5.4.

Азидоводород HN3Получение:tCN2O + NaNH2 = NaN3 + H2ONaN3 + H2SO4 (конц.) = NaHSO4 + HN3Физические свойства: бесцветная жидкостьХимические свойстваа) Кислотные свойства – кислота (азотистоводородная) средней силы (как уксусная)HN3  H+ + N3– (соли – азиды)б) Окислительно-восстановительные свойства: сильный окислитель, смесь «HN3-HCl»аналогична «царской водке»в) Азиды – термическая диссоциация на металл и N2 M(N3)x = M + 3x/2 N2M – щелочной металл – спокойное разложение.M – тяжелый металл – разложение со взрывом – детонаторы.966.

Задачи.На семинаре.Используя представленную диаграмму Латимера для азота, дайте обоснованные ответы наследующие вопросы:–3.40 ВN2–2.88 ВN3–0.73 ВNH2OH0.15 ВN2H4NH31) Какой среде (кислой или щелочной) соответствует диаграмма?2) Рассчитайте E0 (N3–/N2H4).3) Устойчив ли гидразин к диспропорционированию? Если нет, то укажите наиболеевероятные продукты диспропорционирования.Домашнее задание.1. При пропускании избытка хлора в водный раствор хлорида гидроксиламмонияпротекает реакция 2NH3OH+ + Cl2 = N2 + 4H+ + 2Cl– + 2H2O1) По приведенным ниже данным оцените ΔG0 и константу равновесия реакции.2) Зная, что E0 (Cl2/Cl–) = 1.36 В, оцените E0 (N2/NH3OH+)N2 (г) Cl– (р-р) NH3OH+ (р-р) Cl2 (г) H2O (ж)fH0298, кДж/моль 0–167–980–286S0298, Дж/моль●К57167223702002.

Рассчитайте энергию связи N - N в молекуле гидразина, если стандартные энтальпииобразования газообразных аммиака и гидразина равны –46.2 и 95.4 кДж/мольсоответственно. Энтальпии диссоциации молекул водорода и азота равны 431 и 950кДж/моль соответственно.97Семинар 16. Пниктогены – 2.План семинара.1. Оксиды пниктогенов.2. Оксокислоты пниктогенов.3. Получение и свойства нитратов.4. Закономерности изменения свойств оксокислот азота и фосфора.5. Особенности химии висмута.6. Задачи.1. Оксиды пниктогенов.1.1.

Общие особенности: прямой синтез из простых веществ невозможен (за исключением NO вспецифических условиях: электрическая дуга, температура 2000С); несколько более устойчивы, чем оксиды галогенов, но при нагревании такжесклонны к диссоциации на простые вещества; характерны окислительные свойства.1.2. Получение и свойства оксидов азота и фосфораТаблица 16.1. Оксиды азота и фосфора.ОксидN2OФизические св-ваСинтезОтношение к водеБесцветный газtCNH4NO3 = N2O + 2H2OНе взаимодействует3Cu + 8HNO3 (30%) = 3Cu(NO3)2 ++ 2NO + 4H2ONOБесцветный газ2KNO2 + 2KI + 2H2SO4 = 2NO ++ 2K2SO4 + I2 + 2H2O4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O(катализатор Pt/Rh)98Не взаимодействуетN2O3N2O3 + H2O ==2HNO2NO + NO2  N2O3 (ниже 0C)Синяя жидкостьCu + 4HNO3 (конц.) = Cu(NO3)2 ++ 2NO2 + 2H2ONO2(N2O4)Бурый газ,бесцветнаяжидкость (димер)tC2Pb(NO3)2 = 2PbO+4NO2+O22NO2 + H2O (хол) == HNO2 + HNO32NO + O2 = 2NO2N2O5Белое твердоевеществоP2O3(P4O6)Белое твердоевеществоP2O5(P4O10)Белое твердоевещество2HNO3 + P2O5 = 2HPO3 + N2O5N2O5 + H2O ==2HNO3P4 + 3O2 = 2P2O3 (недостаток O2)P2O3 + 3H2O ==2H3PO3P2O5 + H2O = 2HPO3P4 + 5O2 = 2P2O5P2O5 + 3H2O ==2H3PO42.

Оксокислоты азота и фосфора.2.1. Общая характеристика и номенклатура.Таблица 16.2. Номенклатура оксокислот азота и фосфора.ЭлементСтепень окисленияФормулакислотыНазвание кислотыНазвание солейN+3HNO2АзотистаяНитритыN+5HNO3АзотнаяНитратыP+1H3PO2ФосфорноватистаяГипофосфитыP+3H3PO3ФосфористаяФосфитыP+5HPO3МетафосфорнаяМетафосфатыP+5H3PO4ОртофосфорнаяОртофосфатыP+5H4P2O7ПирофосфорнаяПирофосфаты992.2.

Синтез, строение и свойства оксокислот азота и фосфора и их солей.Таблица 16.3. Получение и свойства оксокислот азота и фосфора.КислотаСинтезСтроениеСвойстваHNO2Ba(NO2)2+H2SO4 = BaSO4 ++ HNO2H-O-N=OСлабая кислота,сильный окислитель4NO2 + 2H2O +O2 = 4HNO3HNO3H3PO2Сильная кислота,сильный окислительtCKNO3 (тв.) + H2SO4(конц.) == KHSO4+HNO3tC2P4 + 3Ba(OH)2 +6H2O == 3Ba(H2PO2)2 + 2PH3Одноосновная кислота,сильный восстановительBa(H2PO2)2 + H2SO4 == BaSO4 + 2H3PO2H3PO3Двухосновная кислота,восстановительP2O3 + 3H2O = 2H3PO3P2O5 + 3H2O = 2H3PO4H3PO4Трехосновная кислота,окислительные свойстванехарактерныtCCa3(PO4)2 + 3H2SO4 == 3CaSO4 + 2H3PO4Четырехосновная кислота,окислительные свойстванехарактерны2H3PO4 = H4P2O7 + H2OH4P2O7(200-250C)HPO3H4P2O7 = 2HPO3 + H2O[(HPO3)n](350-400C)Циклическая (n=3)или линейная (n=)100Сильная кислота,окислительные свойстванехарактерныТример метафосфорной кислоты (HPO3)3 имеет следующее строение:Рис.

16.1. Строение тримера метафосфорной кислоты.2.3. Особенности оксокислот пниктогенов Так как максимальная валентность азота равна четырем, то в структурной формулеазотной кислоты изображают либо донорно-акцепторую связь NO, либо дверавнозначные связи N-O, имеющие кратность 1.5. Во всех оксокислотах фосфора атом фосфора в молекуле окружен четырьмясоседними атомами. Обратите внимание, что фосфорноватистая и фосфористая кислоты (несмотря начисло атомов водорода в формулах!) одно- и двухосновная соответственно исодержат связи P - H. Различие свойств оксокислот фосфора удобно иллюстрировать на примеревзаимодействия их солей с раствором нитрата серебра:NaH2PO2 + 4AgNO3 + 2H2O = H3PO4 + NaNO3 + 3HNO3 + 4Ag (черный осадок)Na2HPO3 + 2AgNO3 = NaNO3 + Ag2HPO3 (белый осадок)tCAg2HPO3 = HPO3 + 2Ag (черный осадок)Na2HPO4 + 3AgNO3 + NH3 = 2NaNO3 + NH4NO3 + Ag3PO4 (желтый осадок)Na2H2P2O7 + 4AgNO3 + 2NH3 = 2NaNO3 + 2NH4NO3 + Ag4P2O7 (белый осадок)NaPO3 + AgNO3 = NaNO3 + AgPO3 (белый осадок)HPO3 вызывает свертывание белка, а H4P2O7 таким свойством не обладает. Азотная кислота взаимодействует с металлами особым образом:а) водород никогда не является основным продуктом реакции;101б) металлы окисляются до нитратов, содержащих металлы в максимально возможнойстепени окисления (за исключением случая очень разбавленной кислоты);в) продукты восстановления азота определяются концентрацией кислоты и активностьюметалла: чем более активный металл и более разбавленная кислота, тем более низкуюстепень окисления имеет восстановленный азот.2.4.

Основные продукты восстановления азотной кислоты при ее взаимодействии сметалламиТаблица 16.4. Основные продукты взаимодействия азотной кислоты с металлами.КонцентрациякислотыОсновной продуктвосстановленияПримечаниеЛюбойNO2Пассивация (Fe, Cr, Al, Bi идр.) – реакция идет толькопри нагреванииЛюбойNO<20%Правее H2Реакция почти не идет10-20%Левее H2N2O или N260% и выше«концентрированная»20-60%«разбавленная»<10%«очень разбавленная»МеталлЛевее H2NH4NO3Образуются низшиенитраты, например,Fe(NO3)2, Sn(NO3)2Примечание: термины «левее H2» и «правее H2» означают расположение металлов в рядунапряжений Многие неметаллы (S, C, P, As, Si) окисляются концентрированной азотнойкислотой до оксокислот, содержащих неметалл в высшей степени окисления,азотная кислота при этом восстанавливается до NO2. «Царская водка» - смесь концентрированных HCl и HNO3 окисляет даже золото.

Характеристики

Список файлов семинаров