Химия. «Азотная кислота, строение, свойства, применение».

Разработка урока по химии в 9 классе на тему : « Азотная кислота ,строение, свойства,
применение»
Урок построен в форме игры- путешествия и так , чтобы, изучая новый материал, учащиеся
могли привлечь ранее приобретенные знания: строение атома азота,типы химической связи,
электролитическая диссоциация, ОВ реакции, техника безопасности при проведении
эксперимента.
Тип урока : комбинированный урок.
Место урока в системе обучения. Урок проводится в 9 классе после изучения азота , аммиака
до изучения солей азотной кислоты.
Цели. 1) Рассмотреть оксиды азота, на их примере повторить классификацию и свойства
оксидов.Изучить свойства азотной кислоты , отметить ее особенности взаимодействия с
металлами.Рассмотреть применение азотной кислоты.
2)Способствовать развитию у учащихся интереса к химической науке; развивать
умения выделять главное, сравнивать изучаемые факты, логично излагать мысли и делать
выводы.
3) Воспитывать умение работать в атмосфере поиска, творчества, прививать чувство
ответственности за выполненную работу.
Методы и методические приемы. Рассказ с элементами беседы; словесные; наглядные;
эксперимент.
Оборудование и реактивы. На каждом столе перед учащимися схема взаимодействия азотной
кислоты с металлами , тесты для закрепления изученного материала, растворы азотной
кислоты(конц. и разб.), медь, стеклянная и фарфоровая посуда.
План урока.
- Остановка №1 «Оксиды азота»( повторение)
- Остановка №2 «Состав и строение молекулы азотной кислоты»
-Остановка №3 « Физические свойства азотной кислоты и химические свойства азотной
кислоты»
-Остановка №4 « Получение азотной кислоты и ее применение»
- Оставновка №5 « Закрепление материала( тест по вариантам)»
Ход урока.
Учитель сообщает тему урока(на доске), цели урока , а также о том, что сегодня урок
необычный , а в виде путешествия ( на каком транспорте учащиеся выбирают сами), в
результате которого мы познакомимся и изучим азотную кислоту.Итак поехали.
На остановке№1 задание: Вспомнить и написать формулы оксидов азота.Какие оксиды
называются солеобразующими, какие – несолеобразующие?
Один из учеников записывает на доске, остальные самостоятельно в тетрадях - формулы пяти
оксидов азота , называют их , устанавливают соответствие между оксидами и кислотами.
Остановка №2. Задание: записать на доске молекулярную формулу азотной кислоты,
вычислить ее молекулярную массу и отметить степени окисления элементов. Составить
структурную формулу ее.
O
Тип химической связи- ковалентная полярная.
Н – О—N
O
Остановка №3.Учитель демонстрирует флаконы с разбавленной и конц. 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 запаха. Учитель добавляет , что
температура кипения кислоты + 83 С, при хранении она желтеет, т.к под действием света или
при нагревании частично разлагается . Записать уравнения реакции разложения кислоты :
4HNO3=2H2O +4NO2 + O2
Задание. Вспомнить и перечислить с какими веществами реагирует азотная кислота? При
взаимодействии металлов с азотной кислотой выделения водорода не происходит.Учащиеся
называют и записывают в тетрадях уравнения реакций в свете ТЭД. Вспомнить и повторить
правила техники безопасности при работе с кислотами.
Учитель предлагает обратиться к специфическим свойствам азотной кислоты и
демонстрирует опыт : взаимодействие конц. азотной кислоты с медью. Записываем уравнение
реакции, составляем электронный баланс:
Cu + 4HNO3= Cu(NO3)2 + 2NO2+2H2O
N+5+ 1e --- N+4 2
Cuo – 2e -- Cu +2 1
Не реагирует с азотной кислотой(люб. конц.) платина и золото.
Не реагируют с конц. кислотой :
Разбавлен. Азотная кислота с малоактивными
Алюминий, хром, железо.
Ме с выделением NO, с активными МЕ с выде
С металлами остальными с выделением лением N2O.
NO2.
Очень разбавленная азотная кислота с МЕ с выделением N2, NH3, NH4NO3/
Остановка №4 .Лабораторный способ: действие концентрированной серной кислоты на
нитраты Na NO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3
В промышленности кислоту в основном получают аммиачным способом. В Росси история
получения азотной кислоты связана с именем химика- технолога И.И Андреева(1880- 1919).Он
в 1915г. создал первую установку по производству кислоты из аммиака и реализовал
разработанный способ в заводском масштабе в 1917г. Первый завод был построен в Донецке.
Далее учитель рассказывает о том где используется кислота: для производства азотных
удобрений( аммиачной селитры), взрывчатых веществ, красителей, нитратов, о которых речь
пойдет на следующем уроке.
Остановка № 5 .Выполнить варианты тестовых заданий.
Вариант1
1. какой ряд чисел соответствует распределению по энергетическим уровням в атоме
азота? А)2.8.1; Б)2.8.2 ; В) 2.4 ; Г)2.5.
2. Отрицательная степень окисления проявляется азотом в соединении:
А) N2O, Б) NO , В) NO2 ,Г) Na3N.
3. Взаимодействие медной стружки с концентрированной азотной кислотой приводит к
образованию :
А)NO2 , Б) NO , В) N2, Г) NH3.
Вариант2
1. Значение высшей валентности азота равно: А) 1; Б)2; В) 5; Г) 4.
2. Концентрированная азотная кислота не реагирует с : А) углекислым газом; Б) соляной
кислотой, В) углеродом, Г) гидроксидом бария.
3. При взаимодействии очень разбавленной кислоты с магнием образуется: А) NO2, Б)
NO , В) N2O , Г) NH4NO3.
Подведение итогов урока – выставление оценок.
Домашнее задание : Прочитать по учебнику « Химия-9»(Рудзитис Г.Е., Фельдман
Ф.Г.:Просвещение, 2008)параграф 19 , упр . 7 ; повторить конспект урока и схему
взаимодействия кислоты с металлами.
Азо́тная кислота́ (HNO3), — сильная одноосновная кислота. Твёрдая азотная кислота образует две
кристаллические модификации с моноклинной иромбической решётками.
Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях. В водных растворах она практически
полностью диссоциирует на ионы. Образует с водой азеотропную смесь с концентрацией 68,4 % и
tкип120 °C при нормальном атмосферном давлении. Известны два твёрдых гидрата: моногидрат
(HNO3·H2O) и тригидрат (HNO3·3H2O).
Содержание
Плотность азотной кислоты в зависимости от концентрации.
Фазовая диаграмма водного раствора азотной кислоты.
Азот в азотной кислоте четырёхвалентен[2], степень окисления +5. Азотная кислота — бесцветная,
дымящая на воздухе жидкость, температура плавления −41,59 °C, кипения +82,6 °C с частичным
разложением. Растворимость азотной кислоты в воде не ограничена. Водные растворы HNO 3 с массовой
долей 0,95-0,98 называют «дымящей азотной кислотой», с массовой долей 0,6-0,7 — концентрированной
азотной кислотой. С водой образует азеотропную смесь (массовая доля 68,4 %, d20 = 1,41 г/см, Tкип =
120,7 °C)
При кристаллизации из водных растворов азотная кислота образует кристаллогидраты:
моногидрат HNO3·H2O, Tпл = −37,62 °C
тригидрат HNO3·3H2O, Tпл = −18,47 °C
Твёрдая азотная кислота образует две кристаллические модификации:
моноклинная, пространственная группа P 21/a, a = 1,623 нм, b = 0,857 нм, c = 0,631, β =
90°, Z = 16;
ромбическая
Моногидрат образует кристаллыромбической сингонии, пространственная группа P na2, a = 0,631
нм, b = 0,869 нм, c = 0,544, Z = 4;
Плотность водных растворов азотной кислоты как функция её концентрации описывается уравнением
где d — плотность в г/см³, с — массовая доля кислоты. Данная формула плохо описывает поведение
плотности при концентрации более 97 %.
Химические свойства
Высококонцентрированная HNO3 имеет обычно бурую окраску вследствие происходящего на свету
процесса разложения:
При нагревании азотная кислота распадается по той же реакции. Азотную кислоту можно перегонять
(без разложения) только при пониженном давлении (указанная температура кипения при атмосферном
давлении найдена экстраполяцией).
Золото, некоторые металлы платиновой группы и тантал инертны к азотной кислоте во всём диапазоне
концентраций, остальные металлы реагируют с ней, ход реакции при этом определяется её
концентрацией.
HNO3 как сильная одноосновная кислота взаимодействует:
а) с основными и амфотерными оксидами:
б) с основаниями:
в) вытесняет слабые кислоты из их солей:
При кипении или под действием света азотная кислота частично разлагается:
Азотная кислота в любой концентрации проявляет свойства кислоты-окислителя, при этом азот
восстанавливается до степени окисления от +4 до −3. Глубина восстановления зависит в первую очередь
от природы восстановителя и от концентрации азотной кислоты. Как кислота-окислитель,
HNO3 взаимодействует:
а) с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода:
Концентрированная HNO3
Разбавленная HNO3
б) с металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода:
Все приведенные выше уравнения отражают только доминирующий ход реакции. Это означает, что в
данных условиях продуктов данной реакции больше, чем продуктов других реакций, например, при
взаимодействии цинка с азотной кислотой (массовая доля азотной кислоты в растворе 0,3) в продуктах
будет содержаться больше всего NO, но также будут содержаться (только в меньших количествах) и
NO2, N2O, N2 и NH4NO3.
Единственная общая закономерность при взаимодействии азотной кислоты с металлами: чем более
разбавленная кислота и чем активнее металл, тем глубже восстанавливается азот:
увеличение
металла
концентрации
кислоты
увеличение
активности
Продукты взаимодействия железа с HNO3 разной концентрации
С золотом и платиной азотная кислота, даже концентрированная не взаимодействует. Железо,
алюминий, хром холодной концентрированной азотной кислотой пассивируются. С разбавленной
азотной кислотой железо взаимодействует, причем в зависимости от концентрации кислоты образуются
не только различные продукты восстановления азота, но и различные продукты окисления железа:
Азотная кислота окисляет неметаллы, при этом азот обычно восстанавливается до NO или NO2:
и сложные вещества, например:
Некоторые органические соединения (например амины, скипидар) самовоспламеняются при контакте с
концентрированной азотной кислотой.
Некоторые металлы (железо, хром, алюминий, кобальт, никель, марганец, бериллий), реагирующие с
разбавленной азотной кислотой, пассивируются концентрированной азотной кислотой и устойчивы к её
воздействию.
Смесь азотной и серной кислот носит название «меланж».
Азотная кислота широко используется для получения нитросоединений.
Смесь трех объёмов соляной кислоты и одного объёма азотной называется «царской водкой». Царская
водка растворяет большинство металлов, в том числе золото и платину. Её сильные окислительные
способности обусловлены образующимся атомарным хлором ихлоридом нитрозила:
Нитраты
Азотная кислота является сильной кислотой. Её соли — нитраты — получают действием HNO3 на
металлы, оксиды, гидроксидыили карбонаты. Все нитраты хорошо растворимы в воде. Нитрат-ион в
воде не гидролизуется.
Соли азотной кислоты при нагревании необратимо разлагаются, причём состав продуктов разложения
определяется катионом:
а) нитраты металлов, стоящих в ряду напряжений левее магния:
б) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений между магнием и медью:
в) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений правее ртути:
г) нитрат аммония:
Нитраты в водных растворах практически не проявляют окислительных свойств, но при высокой
температуре в твердом состоянии являются сильными окислителями, например, при сплавлении
твердых веществ:
Цинк и алюминий в щелочном растворе восстанавливают нитраты до NH3:
Соли азотной кислоты — нитраты — широко используются как удобрения. При этом практически все
нитраты хорошо растворимы в воде, поэтому в виде минералов их в природе чрезвычайно мало;
исключение составляют чилийская (натриевая)селитра и индийская селитра (нитрат калия).
Большинство нитратов получают искусственно.
С азотной кислотой не реагируют стекло, фторопласт-4.
Исторические сведения
Методика
получения
разбавленной
азотной
кислоты
путём
сухой
перегонки селитры с квасцами и медным купоросом была, по видимому, впервые описана в
трактатах Джабира (Гебера в латинизированных переводах) в VIII веке. Этот метод с теми или иными
модификациями, наиболее существенной из которых была замена медного купороса железным,
применялся в европейской и арабской алхимии вплоть до XVII века.
В XVII веке Глаубер предложил метод получения летучих кислот реакцией их солей с
концентрированной серной кислотой, в том числе и азотной кислоты из калийной селитры, что
позволило ввести в химическую практику концентрированную азотную кислоту и изучить её свойства.
Метод Глаубера применялся до начала XX века, причём единственной существенной модификацией его
оказалась замена калийной селитры на более дешёвую натриевую (чилийскую) селитру.
Во времена М. В. Ломоносова азотную кислоту называли крепкой водкой.
Промышленное производство, применение и действие на организм
Азотная кислота является одним из самых крупнотоннажных продуктов химической промышленности.
Производство азотной кислоты[править | править исходный текст]
Современный
способ
её
производства
основан
на
каталитическом
синтетического аммиака на платино-родиевых катализаторах (процесс Оствальда)
смеси оксидов азота (нитрозных газов), с дальнейшим поглощением их водой
Концентрация полученной таким методом азотной
технологического оформления процесса от 45 до 58 %.
кислоты
колеблется
в
окислении
до
зависимости
от
Впервые азотную кислоту получили алхимики, нагревая смесь селитры и железного купороса:
Чистую азотную кислоту получил впервые Иоганн Рудольф Глаубер, действуя на селитру
концентрированной серной кислотой:
Дальнейшей дистилляцией может быть получена т. н. «дымящая азотная кислота», практически не
содержащая воды.
Применение[
в производстве минеральных удобрений;
в военной промышленности (дымящая — в производстве взрывчатых веществ, как
окислитель ракетного топлива, разбавленная — в синтезе различных веществ, в том числе
отравляющих);
крайне редко в фотографии — разбавленная — подкисление некоторых тонирующих
[3]
растворов ;
в
станковой графике —
для травления печатных
форм
(офортных досок, цинкографических типографских форм и магниевых клише).
в производстве красителей и лекарств (нитроглицерин)
в ювелирном деле — основной способ определения золота в золотом сплаве;
Действие на организм[
Азотная кислота по степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности. Её
пары очень вредны: пары вызывают раздражение дыхательных путей, а сама кислота оставляет на коже
долгозаживающие язвы. При действии на кожу возникает характерное жёлтое окрашивание кожи,
обусловленное ксантопротеиновой реакцией. При нагреве или под действием света кислота разлагается
с образованием высокотоксичного диоксида азота NO2 (газа бурого цвета).Ф ПДК для азотной кислоты в
воздухе рабочей зоны по NO2 2 мг/м3[4].