Особенности Оксиды азота - Кабардино

Современные проблемы неорганической химии:
ОСОБЕННОСТИ СОСТАВЛЕНИЯ УРАВНЕНИЙ РЕАКЦИЙ С
УЧАСТИЕМ ОКСОНИТРИДА АЗОТА (V)
КОЧКАРОВ ЖАМАЛ АХМАТОВИЧ
Кабардино-Балкарский государственный университет, г.Нальчик
В данной статье проанализированы свойства оксонитрида азота (V) в
соответствии с представленной классификацией окислительновосстановительных реакций [1-6]:
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ
РЕАКЦИИ
ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ
МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ
ДИСМУТАЦИЯ
КОНМУТАЦИЯ
без ДИСМУТАЦИ И КОНМУТАЦИИ
Схема. Вариант предлагаемой классификации
окислительно- восстановительных реакций
Оксид азота (I) или оксид диазота, или оксонитрид азота (V) N2O
бесцветный газ со сладковатым вкусом и слабым запахом, мало растворим в
воде, не взаимодействует с ней, с кислотами и щелочами несолеобразующий оксид. Центральная частица азота подвергается sp –
гибридизации, валентный угол 180 оС, имеет линейное строение,
резонансные структурные формулы можно представить так:
-3
+5
-2
N ← N=O
II
IV
II
и
-3
+5
-2
III
IV
I
NN→O
Ковалентность центральной частицы азота равна четырем, степень
окисления (+5), а крайней частицы – двум или трем, степень окисления (-3).
В литературе обычно степень окисления атомных частиц азота упрощенно
представляют равной (+1), что является средней арифметической между
степенями окисления (+5) и (-3). Но при таком подходе невозможно
определить тип ОВР.
Нами представлены возможные электронные схемы внутримолекулярного
окисления–восстановления N2O:
2
1. N-3 + N+5 + 2ē = N20
ВМК
2. N-3 + N+5 + 4ē = 2N-
ВМК
3. N-3 + N+5 + 8ē = 2N-3 ВМК
4. N-3 + N+5 - 8ē = 2N+5
5. N-3 + N+5 - 2ē = 2N+2 ВМК
Рассмотрим конкретные окислительно-восстановительные реакции с
участием N2O.
1.Возможные пути получения N2O
NH4)2SO4(т) + Ca(NO3)2(т) = 2N2O↑ + 4H2O + CaSO4
(300 0С)
2NaNO3(т) + (NH4)2SO4(т) = Na2SO4 + 2N2O↑ + 4H2O (250-300 0С)
N+5 + 8ē = N-3
2 (ММОВ, но не является ММК)
-3
+5
2N -16ē = 2N
1
На первый взгляд эти реакции можно отнести к межмолекулярной
конмутации, если упрощенно принять, что атомные частицы азота в N2O
имеют степень окисления (+1). Однако, с учетом строения молекулы N2O,
приведенные реакции не относятся к конмутации.
Реакция
NH4NO3(т) = N2O↑ + 2H2O + Q
(190-250 0С, Пристли)
является внутримолекулярной ОВ, но также не относится к реакции
конмутации:
N+5 + 8ē = N-3 1 (ВМОВ, не является ВМК)
N-3 - 8ē = N+5 1
Для реакции
NH2OH(т) + HNO2(г) = N2O↑ + 2H2O
(t)
можно было представить две записи электронного баланса:
N+3 + 6ē = N-3
N-1 -6ē = N+5
1
1
N+3 - 2ē = N+5
N-1 +2ē = N-3
1
1
Но азотистая кислота более сильный окислитель, чем азотная, а у
гидроксиламина преобладают восстановительные свойства, поэтому
правильной является первая запись баланса.
3
2. Окислительно-восстановительные свойства N2O
При нагревании N2O до 750С параллельно протекают два процесса:
1) 2N2O(г) = 2N2↑ + O2↑ (взрыв)
N-3 + N+5 + 2ē = N20 2, ВМК+ВМОВ
2O-2 - 4ē = O20
1
2) 2N2O(г) = 2NO↑ + N2↑ (взрыв), ВМОВ, но не дисмутация
N-3 -5е = N+2
2
+5
2N +10е = N2 1
H2SO3(p) + N2O(г) = H2SO4 + N2↑, ВМК + ММОВ
N-3 + N+5 + 2ē = N2о 1
S+4 - 2ē = S+6
1
2SnCl2(p) + N2O(г) + 8HCl(p)+ H2O = 2H2[SnCl6] + 2NH2OH, ВМК+ММОВ
N-3 + N+5 + 4ē = 2N- 1
Sn+2 - 2ē = Sn+4
2
8TiCl3(p) + N2O(г) + 7H2O = 8TiOCl2 + 2NH4Cl + 6HCl, ММОВ
N-3 + N+5 + 8ē = 2N-3 1
Ti+3 - 1ē = Ti+4
8
о
N2O(г) + Mg = N2↑ + MgO (500 С), N2O(г) + 2Сu = N2↑ + Cu2O (t)
Cu(т) + N2O(г) = N2↑ + CuO (500-600 оС),
ВМК+ММОВ
-3
+5
о
N + N + 2ē = N2 1
Cuо - 2ē =
Cu+2 1
H2SO4(к) + N2O = SO2↑ + 2NО↑ + H2O:
N-3 + N+5 - 2ē = 2N+2 1
S+6 + 2ē = S+4
1, ВМК+ММОВ
Читатель может проанализировать следующие реакции:
H2(г) + N2O(г) = N2↑ + H2O + Q (150-200 оС, вспышка) ВМК+ММОВ
2P(г) + 5N2O(г) = 5N2↑ + P2O5↑
(500-600 оС), ВМК+ММОВ
С(т) + N2O(г) = N2↑ + CO↑
(450-600 оС, ВМК+ММОВ
С(т) + 2N2O(г) = 2N2↑ + CO2↑
(450-600 оС), ВМК+ММОВ
S(плав) + 2N2O(г) = 2N2↑ + SO2↑
(500 оС), ВМК+ММОВ
3N2O(г) + 2NH3(г) = 4N2↑ + 3H2O + Q (250 оС, взрыв)
N2O(г) + SO2(г) + H2O = N2↑ + H2SO4
5N2O(г) + 8KMnO4(р) + 7H2SO4(р) = 3MnSO4 + 4K2SO4 + 5Mn(NO3)2 + 7H2O
N-3 + N+5 - 8ē = 2N+5 5
Mn+7 + 5ē =
Mn+2 8, ММОВ
5N2O(г) + 2KMnO4(р) + 3H2SO4(р) = 2MnSO4 + K2SO4 + 10NO↑ + 3H2O
4
Литература
1.Кочкаров Ж.А. Неорганическая химия в уравнениях реакций. Учебное
пособие «Допущено УМО по классическому университетскому
образованию» для студентов химических факультетов. Изд-во КБГУ,
Нальчик, 2012 г. 400с.
2. Кочкаров Ж.А. Уравнения окислительно-восстановительных реакций:
Метод протонно-кислородного баланса и классификация ОВР// Науч-метод.
Журн. «Химия в Школе», 2007, №9. С.44-47
3.Кочкаров Ж.А. Классификация окислительно-восстановительных реакций в
неорганической химии/ Материалы международной нач-прак. конф.
«Иновационные технологии в производстве, науке и образовании» Грозный,
сентябрь,2010, с.61-65
4.Кочкаров Ж.А. Современные проблемы неорганической химии:
Составление уравнений окислительно-восстановительных/ Ш Всероссийская
научно-методическая конференция «Иновационные технологии в
профессиональном образовании» ГГНТУ, г.Грозный, 16.05.2012. С. 33-38
5.Кочкаров Ж.А. Современные вопросы неорганической химии:
Классификация Окислительно-восстановительных реакций/ Ш
Всероссийская научно-методическая конференция «Иновационные
технологии в профессиональном образовании» ГГНТУ, г.Грозный,
16.05.2012. С. 38-43
6.Кочкаров Ж.А. Современные проблемы неорганической химии:
Особенности азотной кислоты/ Ш Всероссийская научно-методическая
конференция «Иновационные технологии в профессиональном образовании»
ГГНТУ, г.Грозный, 16.05.2012. С. 43-46