ТЕМА: АЗОТ И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ

47
ТЕМА: АЗОТ И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ
Опыт 1. Получение азота и исследование его свойств
Собрать прибор для получения газов и проверить его герметичность. Насыпать в пробирку 1–2 г измельченного нитрита натрия, прилить по каплям
2–3 мл концентрированного раствора хлорида аммония и осторожно нагреть.
Собрать выделяющийся газ и проверить, поддерживает ли он горение. Написать уравнение реакции получения азота.
*Опыт 2. Получение аммиака, его взаимодействие с водой и хлористым
водородом
Рис. 2. Прибор для получения аммиака
Поместить в фарфоровый тигелек по
3–4 микрошпателя сульфата аммония и
гашеной извести. Стеклянной палочкой
тщательно перемешать смесь и небольшое
ее количество поместить в цилиндрическую пробирку (около 1/2 объема). Отметить запах аммиака. Пробирку укрепить в
штативе, закрыв пробкой с отводной трубкой, конец которой опустить в коническую
пробирку с водой около 2/3 объема (рис.
2).
На спиртовке нагревать смесь 3–5 мин., пропуская аммиак в воду, после
чего пробирку с полученным раствором отставить, закрыть пробкой и сохранить для следующего опыта, а к отверстию отводной трубки поднести стеклянную палочку, смоченную концентрированной соляной кислотой (плотность 1,19 г/см3), влажную красную лакмусовую бумажку.
Описать наблюдаемые явления и объяснить их. Написать уравнения реакций:
а) получения аммиака;
б) взаимодействия аммиака с водой, приводящее частично к образованию
иона аммония:
NH3 + Н2О 
 NH4+ + OH–.
Процесс можно рассматривать как протонирование молекулы аммиака,
так как последняя является лучшим акцептором протона, чем молекула воды.
Опыт 3. Равновесие в водном растворе аммиака
Полученный в опыте 2 раствор аммиака разделить на две пробирки. В одну из них добавить одну каплю фенолфталеина. Отметить окраску раствора.
На присутствие каких ионов она указывает? Добавить в раствор 3–4 микрошпателя хлорида аммония и размешать раствор. Как изменилась интенсивность окраски? Почему? К раствору аммиака во второй пробирке добавить 5–
48
6 капель раствора сульфата алюминия. Отметить исчезновение запаха аммиака.
Написать:
а) схему равновесия в водном растворе аммиака (см. опыт 1);
б) молекулярное и ионное уравнения реакции взаимодействия сульфата
алюминия с водным раствором аммиака.
Указать, в каком направлении смещается равновесие в водном растворе
аммиака при добавлении к нему хлорида аммония? Сульфата алюминия?
Как при этом изменяется концентрация компонентов данной равновесной
системы: ОН––иона, NH4+–иона, NH3? В каком направлении сместится равновесие данной системы при добавлении соляной кислоты? Почему?
Примечание. Ранее водный раствор аммиака обозначали формулой NH4OH.
Правильнее выражать его формулой NH3·H2O, так как в этом соединении существует водородная связь, и молекул NH4OH не обнаружено.
Опыт 4. Восстановительные свойства аммиака
В три пробирки внести раздельно по 3–4 капли растворов: а) бромной воды; б) перманганата калия; в) дихромата калия. В каждую из пробирок добавить по 3–5 капель 25%-ного (концентрированного) раствора аммиака. В каждом случае растворы слегка подогреть до изменения их окраски.
Написать соответствующие уравнения реакций, учитывая, что в каждом
случае аммиак в основном окисляется до свободного азота. Во всех ли случаях произошло изменение окраски растворов? При каких условиях возможно
протекание реакции между аммиаком и дихроматом калия? Подкрепите свои
доводы расчетами.
Опыт 5. Получение аммиакатов
В трех пробирках получить осадки Cu(OH)2, Zn(OH)2, Ni(OH)2. Прилить к
ним раствор аммиака. Происходит растворение осадков вследствие образования аммиакатов. Составить уравнения реакций, отметить цвета осадков и растворов комплексных соединений.
Опыт 6. Гидролиз солей аммония
В три пробирки налить по 5–6 капель нейтрального раствора лакмуса. В
каждую из пробирок раздельно добавить по 2–3 микрошпателя кристаллов
хлорида, нитрата и ацетата аммония. Каждый раствор перемешать чистой
стеклянной палочкой.
Отметить изменение окраски лакмуса в каждом случае. Написать в молекулярном и ионном виде соответствующие уравнения реакций гидролиза.
Примечание. Реакцию гидролиза солей аммония можно рассматривать как реакцию депротонирования иона NH4+:
 NH3 + H3O+.
NH4+ + H2O 
49
Опыт 7. Термическая непрочность солей аммония
Большинство солей аммония непрочны и сравнительно легко разлагаются
при нагревании. Характер разложения зависит от аниона кислоты. Если соль
образована летучей кислотой, то продуктом разложения являются кислота и
аммиак, которые при охлаждении могут снова соединиться, образуя исходную соль. Если кислота многоосновна, нелетуча и не является окислителем,
то при разложении образуется аммиак и кислая соль аммония (при более
полном разложении – кислота). Если аммонийная соль образована кислотой,
анион которой является сильным окислителем, то разложение соли сопровождается окислением аммиака до свободного азота, а иногда – до оксидов азота.
а) Термическая диссоциация хлорида аммония
Несколько кристаллов хлорида аммония поместить в пробирку и укрепить
ее в штативе почти горизонтально. Осторожно нагревать дно пробирки только в том месте, где лежит соль, стараясь сохранять холодной верхнюю часть
пробирки. Наблюдать осаждение хлорида аммония на холодных частях пробирки и уменьшение его количества на дне. Написать уравнение обратимой
реакции разложения соли.
б) Разложение фосфата аммония
Поместить в пробирку несколько кристаллов фосфата аммония. Повторить действия, указанные в опыте 7а. Убедиться, что на холодных частях
пробирки не кристаллизуется соль. Подержать у отверстия пробирки влажную красную лакмусовую бумажку, осторожно определить выделение аммиака по запаху. Написать уравнение реакции, считая, что разложение фосфата
аммония протекает до образования гидрофосфата аммония.
в) Разложение нитрата аммония
3–4 микрошпателя соли нитрата аммония положить в пробирку и укрепить ее вертикально в штативе. Осторожно нагревать пробирку, как только
начнется интенсивное разложение соли, прекратить нагревание и внести
тлеющую лучинку. Что наблюдается? Реакция разложения соли протекает по
схеме NH4NO3  N2O + H2O. Подобрать коэффициенты, используя схему перехода электронов. Указать, какой элемент окисляется и какой восстанавливается.
Гемиоксид азота разлагается при нагревании с выделением кислорода и
азота. Написать уравнение реакции разложения данного оксида, указав окислитель и восстановитель. Учитывая характер разложения, отметить – окислительные или восстановительные свойства более характерны для оксида азота
(I). Вспомнить, как разлагался нитрит аммония.
50
Опыт 8. Качественные реакции на катион аммония NH4+
а) Определение ионов аммония по запаху аммиака и изменению цвета лакмусовой бумажки
В пробирку внести 2–3 капли раствора соли аммония и добавить столько
же разбавленного раствора гидроксида натрия (калия). Слегка нагреть пробирку и над ее отверстием подержать влажную красную лакмусовую бумажку. По запаху и по изменению цвета лакмусовой бумажки убедиться в выделении аммиака и образовании ОН––иона.
Написать в молекулярной и ионной форме уравнение реакции. Можно ли
этой реакцией обнаружить катион NH4+ в присутствии солей КС1, NaNO3?
Ответ мотивировать.
б) Обнаружение иона аммония реактивом Несслера
Очень чувствительной реакцией на ион аммония является реактив Несслера, представляющий собой щелочной раствор комплексного соединения
ртути – тетраиодомеркурат (II) калия K2[HgI4].
В пробирку внести 4–5 капель реактива Несслера и одну каплю раствора
соли аммония. Наблюдать образование красно-бурого осадка. Записать уравнение реакции
Hg
2K2[HgI4] + 4KOH + 2NH4Cl = O
Hg
NH2 I + 6KI + 2KCl + 3H2O + 2NH4I.
Опыт 9. Восстановительные свойства гидразина
К 1 мл раствора нитрата серебра прилить 2 мл раствора аммиака, и 2 мл
раствора сульфата гидразина. При слабом нагревании на внутренней поверхности пробирки выделится серебро в виде зеркала. Написать уравнение реакции.
Опыт 10. Восстановительные свойства гидроксиламина
К 3 мл жидкости Фелинга прилить 1 мл раствора солянокислого гидроксиламина. На холоду происходит выделение желтого гидроксида меди (I).
Составить уравнение реакции.
Примечание. Жидкость Фелинга получена путем смешения двух растворов:
1-й раствор: 34,64 г медного купороса в 500 мл воды;
2-й раствор: 52 г гидроксида натрия и 173 г тартрата натрия-калия NaKC4H4O6 в
500 мл воды.
51
*Опыт 11. Получение оксида и диоксида азота и исследование их свойств
В маленький кристаллизатор или фарфоровую
чашку налить воды. Коническую пробирку наполнить водой, закрыть отверстие пальцем и, перевернув вверх дном, поместить в кристаллизатор. Открывая под водой пробирку, следить, чтобы вода
из неё не вылилась и в нее не проник воздух.
В микроколбочку с газоотводной трубкой
(рис. 3) поместить 2–3 маленьких кусочка медной
Рис. 3. Прибор
стружки и 2–4 капли разбавленной азотной кислодля получения газа,
ты (плотность 1,12 г/см3). Колбочку укрепить в
собираемого вытесштативе вертикально и, если реакция идет недоснением воды
таточно энергично, слегка подогреть на спиртовке.
Газоотводную трубку опустить в кристаллизатор и
подвести под пробирку с водой.
Заполнить пробирку выделяющимся газом примерно на 3/4 ее объема (в
пробирке должна остаться вода), закрыть ее под водой пальцем, и, вынув из
воды, перевернуть дном вниз. Открыв на 1–2 секунды отверстие пробирки,
наблюдать побурение бесцветного газа. (Пробирку держать на белом фоне.)
Закрыв пробирку пальцем, встряхнуть ее несколько раз до полного поглощения водой полученного бурого газа. Снова открыть пробирку и наблюдать
побурение газа вторично и его растворение в воде при встряхивании. К полученному раствору добавить 1–2 капли нейтрального раствора лакмуса. Отметить изменение окраски и сделать вывод о реакции среды в растворе.
Описать наблюдаемые явления. Написать уравнения реакций:
а) получения оксида азота (II) взаимодействием меди с разбавленной
азотной кислотой;
б) окисления оксида азота (II) до диоксида и реакцию димеризации последнего;
в) взаимодействия NO2 с водой, сопровождающегося образованием азотной кислоты и оксида азота (II).
Написать графические и электронные формулы NO и NO2. Чем объясняется легкая окисляемость оксида азота (II) и способность оксида азота (IV) к
полимеризации?
Опыт 12. Оксид азота (III) и соли азотистой кислоты
а) Получение оксида азота (III) и его разложение
Внести в пробирку 3–4 капли насыщенного раствора нитрита калия и добавить одну каплю разбавленного раствора серной кислоты. Отметить появление в растворе голубой окраски оксида азота (III) N2O3, который является
ангидридом неустойчивой азотистой кислоты. Объяснить образование над
раствором бурого газа.
52
Написать уравнения реакций взаимодействия нитрита калия с серной кислотой, протекающего с образованием N2O3 и распада образовавшегося оксида N2O3 на NO и NO2 (реакция диспропорционирования).
б) Восстановительные и окислительные свойства нитритов
В три пробирки внести по 3–4 капли: в первую–иодида калия, во вторую–
перманганата калия; в третью – дихромата калия. Во все пробирки добавить
по 2–4 капли разбавленного раствора серной кислоты и 4–5 капель раствора
нитрита калия.
Отметить изменение окраски растворов в каждом случае. Написать уравнения протекающих реакций, учитывая, что в первой пробирке нитрит калия
восстанавливается до NO, во второй – KMnO4 переходит в сульфат марганца
(II), в третьей K2Cr2O7 – в сульфат хрома (III). В какое соединение переходит
при этом нитрит калия? Указать, в каком случае он является окислителем, в
каком восстановителем? Почему нитриты могут проявлять те и другие свойства?
Любой из указанных выше опытов можно использовать в качестве реакции открытия иона NO2– в присутствии иона NO3– (в отсутствие других восстановителей и окислителей).
Опыт 13. Окислительные свойства азотной кислоты
а) Взаимодействие меди с азотной кислотой
Внести в пробирку 3–4 капли концентрированной азотной кислоты (плотность 1,4 г/см3) и маленький кусочек медной стружки. В другую пробирку
внести 2 капли раствора азотной кислоты (плотность 1,12 г/см3) и 2 капли воды. Полученный раствор размешать стеклянной палочкой, после чего внести
в него также кусочек медной стружки. Пробирку с разбавленной азотной кислотой слегка подогреть. Держать обе пробирки на белом фоне, отметить
различие течения реакций в обоих случаях.
Какой газ выделяется в первой пробирке, какой – во второй? Написать
уравнения соответствующих реакций. Чем объяснить легкое пожелтение выделяющегося газа во второй пробирке в начале реакции?
б) Окисление сероводорода азотной кислотой
Внести в пробирку 5–7 капель сероводородной воды и добавить к ней 2–3
капли концентрированной азотной кислоты. Что наблюдается? Написать
уравнение реакции.
Опыт 14. Окислительные свойства нитратов
В тигелек поместить по 5–10 капель раствора нитрата калия и концентрированного раствора щелочи. Добавить 2–3 микрошпателя порошка алюминия
или магния. Поставить тигелек на асбестовую сетку и осторожно нагреть раствор (не кипятить!). В пары над тигельком внести влажную красную лакмусовую бумажку. По ее посинению и по запаху (осторожно!) убедиться в выде-
53
лении аммиака. Этот опыт может служить качественной реакцией открытия
иона NO3– в отсутствие ионов NO2– и NH4+.
Отметить наблюдаемые явления. Написать уравнение реакции окисления
Mg или Al нитратом калия в щелочной среде, учитывая, что алюминий в
сильно щелочной среде окисляется с образованием иона [Al(OH)4]–. В виде
какого соединения в данном случае получается магний?
*Опыт 15. Термическое разложение нитратов
Все нитраты при нагревании разлагаются с выделением свободного кислорода, вследствие чего в расплаве являются сильными окислителями. При
этом нитраты щелочных металлов переходят в нитриты, а нитраты щелочноземельных и тяжелых металлов разлагаются с образованием их оксидов и диоксида азота. Нитраты малоактивных металлов с положительным электродным потенциалом, разлагаются с выделением свободных металлов и также
диоксида азота. Во всех случаях протекают внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции.
а) Разложение нитрата калия
В цилиндрическую пробирку поместить 3–4 кристаллика нитрата калия.
Пробирку укрепить в штативе вертикально и нагревать на спиртовке до расплавления соли и начала выделения пузырьков газа. Внести в пробирку
тлеющую лучинку. Какой газ выделяется? Продолжать нагревание до полного прекращения выделения пузырьков газа.
Доказать образование нитрита калия при разложении нитрата. Для этого
по охлаждении пробирки внести в неё 4–6 капель воды и, помешивая стеклянной палочкой, растворить твердый остаток. По 2–3 капли полученного
раствора внести в две пробирки, в одной из которых содержится 3–4 капли
раствора иодида калия, подкисленного 2 каплями разбавленного раствора
серной кислоты, а в другой – 3–4 капли подкисленного раствора перманганата калия. Как изменилась окраска растворов в первом и во втором случае?
Написать уравнения всех протекающих реакций.
б) Разложение нитрата свинца
В цилиндрическую пробирку поместить 1–2 микрошпателя сухой соли
нитрата свинца. Пробирку укрепить в штативе горизонтально и осторожно
нагреть. Определить по цвету один из выделяющихся (кроме кислорода) газов.
Сделать вывод о составе газообразных продуктов разложения нитрата
свинца. Какое вещество осталось в пробирке? Указать его цвет и написать
формулу. Написать уравнение реакции разложения нитрата свинца. Указать
окислитель и восстановитель.
54
Опыт 16. Качественные реакции обнаружения анионов азотной и
азотистой кислот
а) Обнаружение нитрит-иона NO2–
Внести в одну пробирку 2–4 капли раствора нитрата, в другую – нитрита
калия или натрия и прибавить в каждую по 2–3 капли разбавленного раствора
уксусной кислоты. Наблюдать появление бурого газа в пробирке с нитритионом. Написать соответствующее уравнение. Отметить отсутствие признаков реакции в пробирке с нитрат-ионами. Какой анион можно обнаружить
этой реакцией?
б) Открытие нитрат-иона NO3–
К 5–6 каплям раствора нитрата калия или натрия добавить 3–4 капли раствора щелочи, 1 микрошпатель цинковой пыли и подогреть. При этом нитратный азот восстанавливается цинком до аммиака, а цинк переходит в раствор в виде комплексного аниона [Zn(OH)4]2–. Внести в пары нагреваемого
раствора влажную красную лакмусовую бумажку и наблюдать ее посинение.