Урок "Азотная кислота, состав, строение молекулы, физические

Урок "Азотная кислота, состав, строение молекулы, физические и
химические свойства, получение"
Тип урока: Урок передачи и приобретения новых знаний и умений.
Цели: Повторить и закрепить знания об общих химических свойствах кислот; изучить строение молекулы
азотной кислоты, физические и специфические химические свойства азотной кислоты – взаимодействие ее с
металлами; познакомить учащихся с промышленным и лабораторным способами получения чистой азотной
кислоты.
Задачи:
 способствовать систематизации понятийного аппарата: вещество, электролит, электролитическая
диссоциация, ион, заряд иона, гидроксид, кислота, физические свойства азотной кислоты, химические
свойства азотной кислоты, общие свойства кислот, специфические свойства азотной кислоты, степень
окисления химического элемента, окислитель, восстановитель, взаимосвязь строения, свойств и
применения азотной кислоты на уровнях:
o «5»– обосновать, доказать;
o «4» – характеризовать, применить;
o «3» – рассказать;
 способствовать совершенствованию специальных предметных умений: составлять формулы веществ по
степени окисления химических элементов (по зарядам ионов), уравнения химических реакций с
участием азотной кислоты; проводить лабораторные опыты по исследованию физических и химических
свойств азотной кислоты с соблюдением правил ТБ;
 способствовать формированию общеучебных умений:
o учебно-интеллектуальных (анализировать факты, устанавливать причинно-следственные связи;
выдвигать гипотезу; сравнивать кислоты по свойству реагирования с металлами; делать выводы);
o учебно-информационных (работать с инструктивным листом, учебником и тестами как
шпаргалкой);
o учебно-организационных (понимать смысл задания, распределять время для выполнения тестовых
заданий и их проверки, планировать работу по организации эксперимента, проводить эксперимент,
осуществлять самоконтроль);
o учебно-коммуникативных (сотрудничать в паре с одноклассником);
 способствовать формированию критического мышления учащихся (критически оценивать собственные
знания по теме и сопоставлять их с научными);
 создать условия для формирования товарищеских отношений между учениками через включение их в
парную форму работы.
В результате урока необходимо знать:
1.
2.
3.
4.
Состав и строение молекулы азотной кислоты; число ковалентных связей, образуемых атомом азота и
степень окисления азота в молекуле азотной кислоты.
Общие химические свойства азотной кислоты: взаимодействие с индикаторами (лакмусом и
метилоранжем), с основными и амфотерными оксидами, основаниями, с солями более слабых и более
летучих кислот.
Специфические химические свойства азотной кислоты: взаимодействие ее с металлами.
Лабораторный и промышленный способы получения азотной кислоты.
Необходимо уметь:
1.
2.
Составлять уравнения химических реакций с позиции теории электролитической диссоциации.
Составлять уравнения реакций взаимодействия концентрированной и разбавленной кислоты с
металлами с использованием метода электронного баланса.
Методы и методические приемы:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Беседа.
Самостоятельная работа учащихся по составлению уравнений химических реакций азотной кислоты с
металлами.
Лабораторная работа по изучению общих химических свойств азотной кислоты;
Составление опорного конспекта.
Творческая работа: сообщение учащегося о получении азотной кислоты.
Демонстрация опытов: взаимодействие разбавленной и концентрированной азотной кислоты с медью.
Демонстрация слайдов с помощью мультимедиа проектора.
Взаимопроверка и взаимооценка результатов самостоятельной работы.
Оборудование и реактивы:
На столах учащихся: растворы азотной кислоты HNO3 (20 – 25 %), индикаторы лакмус и метилоранж,
раствор гидроксида натрия NaOH, раствор сульфата меди (II) CuSO 4, раствор сульфата железа (II) FeSO4,
оксид меди (II) CuO, оксид алюминия Al2O3, раствор карбоната натрия Na2CO3, пробирки,
пробиркодержатели.
На столе учителя: концентрированная азотная кислота HNO3 (60 – 65 %), разбавленная азотная кислота
HNO3 (30 %), штатив с пробирками, медная проволока (кусочки), газоотводная трубка, кристаллизатор с
водой, пробиркодержатель, мультимедийная установка (компьютер, проектор, экран).
План урока
«Азотная кислота, состав, строение молекулы,
физические и химические свойства, получение»
Состав и строение молекулы азотной кислоты.
Физические свойства азотной кислоты.
Химические свойства азотной кислоты:
а) общие химические свойства (лабораторная работа в группах);
б) специфические свойства (взаимодействие концентрированной и разбавленной азотной
кислоты с медью). Демонстрационный опыт.
4. Получение азотной кислоты (выступление учащегося).
1.
2.
3.
Ход урока:
I Повторение.
Учитель:
На прошлых уроках мы изучили некоторые соединения азота. Давайте вспомним их.
Ученик:
Это аммиак, соли аммония, оксиды азота.
Учитель:
Какие оксиды азота являются кислотными?
Ученик:
Оксид азота (III) N2O3 – азотистый ангидрид и оксид азота (V) N2O5 – азотный ангидрид, ему
соответствует азотная кислота HNO3.
Учитель:
Каков качественный и количественный состав азотной кислоты?
Учитель пишет на доске формулу азотной кислоты и просит ученика расставить степени окисления
Ученик:
Молекула состоит из трех химических элементов: H, N, O – из одного атома водорода, одного
атома азота и трех атомов кислорода.
II Состав и строение HNO3
Учитель:
Как же образуется молекула азотной кислоты?
Строение молекулы HNO3
(текст к презентации)
Элемент
Электронная схема
Электронная формула
Водород
(1Н)
1s1
Азот
(7N)
1s2 2s2 2p3
Кислород
(8О)
1s2 2s2 2p4
Электронно-графическая формула
На внешнем энергетическом уровне водорода есть слабо связанный электрон
На внешнем энергетическом уровне атома азота есть три вакансии (акцептор-версия), однако этот уровень
может быть и полностью расформирован (донор-версия)
На внешнем энергетическом уровне атома кислорода есть две вакансии (акцептор-версия). Уровень легче
дополнить электронами, чем полностью расформировать.
Водород должен достроить 1s орбиталь до пары электронов
Азоту требуются три электрона для заполнения 2p орбиталей. Состояние неустойчивое, он может и потерять
электроны с этих орбиталей при контакте с другими атомами.
Кислороду требуются два электрона для заполнения 2р орбитали.
Электрон из 1s орбитали водорода и один из неспаренных электронов 2р орбитали кислорода образуют пару
и создают общую пару. Водород укомплектован электронами.
Неспаренный электрон из оставшейся 2р орбитали атома кислорода и один из неспаренных электронов 2р
орбитали азота образуют пару и создают общую орбиталь. Первый атом кислорода укомплектован
электронами.
Неспаренные электроны атома азота могут «спариться» в возбужденном состоянии и тогда одна из
орбиталей будет пустой или вакантной.
Неспаренные электроны 2р орбитали атома кислорода также могут «спариться» при переходе атома в
возбужденное состояние, и одна 2р орбиталь также становится вакантной
*
8О Н 8О
Е

Между атомом азота и вторым атомом кислорода образуются две общие электронные пары, при этом между
ними образуется двойная связь. Второй атом кислорода укомплектован электронами.
Вследствие того, что азот имеет пару электронов, а третий атом кислорода имеет вакантную орбиталь, азот
выступает в роли донора, а кислород в роли акцептора.
Электронная формула азотной кислоты
Таким образом, и третий атом кислорода укомплектован электронами.
- структурная формула азотной кислоты
или
Современная структурная формула азотной кислоты выглядит следующим образом:
- полуторная связь
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что валентность азота равна IV, а степень окисления +5, т.к.
все атомы кислорода, как наиболее электроотрицательные смещают на себя все пять электронов от атома
азота.
III Физические свойства:
Учитель:
Теперь переходим к изучению физических свойств азотной кислоты.
Учащиеся составляют краткое описание физических свойств азотной кислоты.
Учитель на демонстрационном столе показывает, что представляет собой концентрированная азотная
кислота HNO (60 – 65 %) - бесцветная жидкость, «дымящаяся на воздухе», с едким запахом.
Концентрированная 100 % - ая HNO3 иногда окрашена в желтоватый цвет, т.к. она летучая и нестойкая,
и при комнатной температуре разлагается с выделением оксида азота (IV) или «бурого» газа, именно
поэтому ее хранят в бутылках из темного стекла.
Учитель на доске пишет уравнение химической реакции разложения азотной кислоты:
Учитель:
Азотная кислота гигроскопична, смешивается с водой в любых отношениях. В водных
растворах – сильный электролит, при температуре – 41,6 0С затвердевает. На практике применяется 65 %
азотная кислота, она не дымит, в отличие от 100 % - ой.
IV Химические свойства
Учитель:
Переходим к следующему этапу урока. Азотная кислота – сильный электролит.
Следовательно, ей будут присущи все общие свойства кислот. С какими веществами реагируют кислоты?
Ученик:
С индикаторами, с основными и амфотерными оксидами, с основаниями, с солями более
слабых и летучих кислот, с металлами.
Учитель:
Перед вами общие свойства кислот.
№
пп
1
2
Химические свойства
Диссоциация
HCl →H+ + ClHCl + H2O → H3O+ + ClВзаимодействие с индикаторами
а) р-р кислоты + лакмус → р-р красного цвета
(фиолетовый)
б) р-р кислоты + метилоранж → р-р красного цвета
(оранжевый)
3
Взаимодействие с основными и амфотерными оксидами
кислота + оксид → соль + вода
а) 2HCl + FeO → FeCl2 + H2O
основный
оксид
б) 6HCl + Al2O3 → 2AlCl3 + 3H2O
амфотерный
оксид
4
5
Взаимодействие с основаниями (растворимыми и нерастворимыми)
кислота + основание → соль + вода
а) HCl + NaOH → NaCl + H2O
растворимое
основание
б) 2HCl + Cu(OH)2 → CuCl2 + 2H2O
нерастворимое
основание
Взаимодействие с солями более слабых и более летучих кислот
кислота + соль → новая кислота + новая соль
а) 2HCl + Na2SiO3 → H2SiO3 ↓ + 2NaCl
б) 2HCl + Na2CO3 → H2CO3 + 2NaCl
H2O
CO2↑
Взаимодействие с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений металлов до водорода
кислота + металл → соль + водород
2HCl + Zn → ZnCl2 + H2↑
Учитель:
Проведем экспериментальный этап урока. Ваша задача – провести химические реакции,
подтверждающие химические свойства кислот, на примере азотной кислоты. Работать будете группами по 4
человека. На партах лежат инструкции к лабораторным опытам (
6
Группа № 1
Налейте в две пробирки по 2 мл раствора азотной кислоты. В одну пробирку добавьте 1-2 капли
индикатора метилоранжа, в другую – 1-2 капли индикатора лакмуса. Отметьте изменение окраски
индикаторов. Напишите уравнение диссоциации азотной кислоты.
Группа № 2
Взаимодействие азотной кислоты HNO3 с основными оксидами
В пробирку насыпьте небольшое количество порошка оксида меди (II) CuO. Прилейте к нему
избыток раствора HNO3. Отметьте изменение окраски раствора и растворение оксида. Запишите уравнение
реакции. Напишите молекулярное, полное и сокращенное ионные уравнения.
Группа № 3
Взаимодействие азотной кислоты HNO3 с амфотерными оксидами
В пробирку насыпьте небольшое количество твердого порошка оксида алюминия Al2O3. Прилейте к
нему избыток раствора HNO3. Отметьте растворение осадка. Запишите уравнение реакции. Напишите
молекулярное, полное и сокращенное ионные уравнения.
Группа № 4
Взаимодействие азотной кислоты HNO3 со щелочами
К раствору щелочи гидроксида натрия NaOH добавьте 1 – 2 капли индикатора фенолфталеина.
Отметьте изменение окраски индикатора в ярко – малиновый цвет. К полученному раствору прилейте
раствор азотной кислоты. Отметьте обесцвечивание раствора. Запишите уравнение реакции. Напишите
молекулярное, полное и сокращенное ионные уравнения.
Группа № 5
Взаимодействие азотной кислоты HNO3 с нерастворимым основанием
гидроксидом меди (II) Cu(OH)2
К раствору сульфата меди (ΙΙ) CuSO4 добавьте по каплям раствор гидроксида натрия NaOH.
Отметьте выпадение нерастворимого осадка синего цвета – гидроксида меди (II). К полученному осадку
добавьте избыток раствора азотной кислоты HNO3. Отметьте растворение осадка и образование раствора
голубого цвета. Запишите уравнение реакции. Напишите молекулярное, полное и сокращенное ионные
уравнения.
Группа № 6
Взаимодействие азотной кислоты HNO3 с раствором карбоната натрия Na2CO3
К раствору карбоната натрия Na2CO3 добавьте раствор азотной кислоты HNO3. Отметьте выделение
газа. Запишите уравнение реакции. Напишите молекулярное, полное и сокращенное ионные уравнения.
В тетрадях надо составить уравнения химических реакций в молекулярном и ионном виде.
Далее учитель проверяет технику безопасности выполнения лабораторных опытов. Вызывает учеников к
доске записывать уравнения реакций.
Учитель:
Переходим к специфическим химическим свойствам азотной кислоты. Следует отметить, что
азотная кислота, и разбавленная, и концентрированная, при взаимодействии с металлами не выделяет
водород, а может выделять различные соединения азота – от аммиака до оксида азота (IV).
Учитель:
Посмотрим на схему. У каждого на столах лежат схемы восстановления азотной кислоты
(разбавленной и концентрированной) металлами
Не взаимодействует
Au, Pt, Os, Ta, Ir
M I А группа
II А группа
-3
Соль + NH4NO3 + H2O
+5
HNO3
+
разбавленная
Тяжелые М (Pb, Cu, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg, Ag)
+2
Соль + NO
+ H 2O
Mg, Ca, Zn
+1
0
Соль + N2O (N2
) + H2O
Mg, Ca, Zn, Al очень разбавл енная кислота
-3
Соль + NH4NO3 + H2O
Не взаимодействует
Au, Pt, Os, Ta, Ir
M I А группа
II А группа
HNO3
+
концентрированная
+4
Соль + NO 2
+5
+ H2 O
Тяжелые М (Pb, Cu, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg, Ag) и Fe (t 0)
+2
Соль + NO + H 2O
Mg, Ca, Zn
+2
+4
Соль + NO (NO2 ) + H2O
Al, Co, Fe, Ni, Cr на холоду с HNO3 не реагируют
конц.
0
Al при t
Al + 4 HNO3
t
0
конц.
Al(NO3)3 + NO + 2 H2O
Далее учитель демонстрирует опыты:
1.
2.
Взаимодействие разбавленной азотной кислоты с медью. Собирание оксида азота (II) над водой.
Взаимодействие концентрированной азотной кислоты с медью. Получение оксида азота (IV).
На доске записывает уравнения реакций:
Учитель:
На основе опытов можно сделать выводы:
1.
2.
3.
4.
Раствор азотной кислоты реагирует не только с металлами, стоящими в электрохимическом ряду
напряжений металлов до водорода, но и с металлами, стоящими после водорода.
В реакции с разбавленной HNO3 окислителем металлов является не ион водорода H+, а ион NO3-, у
которого окислительные свойства сильнее.
Концентрированная азотная кислота также реагирует с металлами, стоящими в электрохимическом ряду
напряжений металлов правее водорода. Окислителем металлов в данном случае являются молекулы
HNO3 за счет предельно окисленного атома азота
.
В окислительно-восстановительных реакциях с металлами азотная кислота выступает как сильный
окислитель за счет атомов
. Поэтому водород не выделяется, продуктами реакции являются
соединения азота с более низкой степенью окисления, чем +5, а также соль и вода.
Учитель:
Пользуясь схемами восстановления концентрированной и разбавленной азотной кислоты
металлами, а также учебником на стр. 127, перейдем к самостоятельной работе по вариантам
Вариант 1
Закончите уравнения реакций. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса
А)
Б)
Ag + HNO3
концентрированная
К + НNO3
разбавленная
…
…
Вариант 2
Закончите уравнения реакций. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса
А)
Б)
Hg + HNO3
разбавленная
Ca + HNO3
концентрированная
…
…
Самостоятельная работа – вариант 1
0

1

5

2

1

5

2
4

2
1

2

2
H
N
O
Ag
N
O

N
O

H
O
а. Ag
3
3
2
2
концентрир
ованная
0

2

5

4
0
Ag

e

Ag
1
нок
1
окисление
восстан
тель
Ag
1

1

5

2
1
восстановл
ение
окислит
H
N
O
3
1
N

e

N
__________________________________________________________________
0

1

5

2

1

5

2

3

1

5

2 
1

2
K

10
H
N
O

8
K
N
O

N
H
N
O

3
H
O
б. 8
3
3
4
3
2
разбавленн
ая
0

1

5

3
0
K

e

K
1
нок
8
окисление
восстан
тель
K
8
8
N

8
e

N

1

5

2
1
восстановл
ение
окислит
H
N
O
3
Самостоятельная работа – вариант 2
0

1

5

2

2

5

2

4

2 
1

2
Hg

8
H
N
O

3
Hg
(
N
O
)

2
N
O

4
H
O
а. 3
3
3
2
2
разбавленн
ая
0

2

5

2
0
Hg

2
e

Hg
2
нок
3
окисление
восстан
тель
Hg
6
3
N

3
e

N

1

5

2
2
восстанов
ение
окислит
H
N
O
3
__________________________________________________________________
0
б.

1

5

2

2

5

2

4

2 
1

2
Ca

4
H
N
O
Ca
(
N
O
)

2
N
O

2
H
O
3
3
2
2
2
концентрир
ованная
0

2

5

4
0
Сa

2
e

Ca
2
нок
1
окисление
восстан
тель
Сa
2
1
N

1
e

N

1

5

2
2
восстанов
ение
окислит
H
N
O
3
V Получение азотной кислоты HNO3
Ученик:
(сообщение) В лаборатории азотную кислоту получают взаимодействием калийной или
натриевой селитры с концентрированной серной кислотой при нагревании или без нагревания:
В промышленности азотную кислоту получают каталитическим окислением аммиака, синтезированного из
азота воздуха:
Ученик показывает схему получения азотной кислоты (Приложение 10), а учащиеся записывают уравнения
реакций в тетрадь.
VI Заключение
Учитель:
На сегодняшнем уроке мы познакомились с составом и строением азотной кислоты.
Повторили и закрепили общие свойства кислот на примере азотной кислоты, закрепили свои знания по
теории ТЭД, теории строения атома и химической связи. Изучили специфические свойства азотной кислоты,
а именно взаимодействие ее с металлами. Познакомились со способами получения азотной кислоты.
Далее подводятся итоги, выставляются оценки. Учитель задает домашнее задание по учебнику, задачнику
и конспекту.
Д/з: § 33, упр. 4 на стр. 128 учебника;
задачи: 4 – 35, 4 – 41 задачник;
выучить конспект.