Азот и его соединения

Общие сведения об азоте

• Химический символ: N
• Порядковый номер: 7
• Атомная масса: 14
• Положение в ПСХЭ: 15 группа (V группа), главная подгруппа.
• Электронная конфигурация: $1s^2$ $2s^2$ $2p^3$
• Степени окисления: –3 (в $NH_3$), 0 ($N_2$), +1, +2, +3, +4, +5 (в оксидах и кислотах).
• Природное состояние: двухатомный газ $N_2$ (78% атмосферы).
• Особенность: молекула прочная (тройная связь N≡N), малореакционноспособный при н.у.

Физические свойства азота ($N_2$)

• Бесцветный, без запаха газ.
• Плохо растворим в воде.
• tкип = –196 °C.
• Инертен (реакционноспособен только при высоких t, p или в присутствии катализаторов).

Химические свойства азота

1. С металлами (нитриды):

$6Li + N_2 \to 2Li_3N$

2. С водородом (при t, p, катализатор):

$N_2 + 3H_2 \xrightarrow{t, p, Fe} 2NH_3$

(синтез аммиака, процесс Габера-Боша).

3. С кислородом (только при t):

$N_2 + O_2 \xrightarrow{t} 2NO$

Соединения азота

Аммиак ($NH_3$)

• Газ с резким запахом, легче воздуха, хорошо растворим в воде.
• Оснóвные свойства (слабое основание):

$NH_3 + HCl \to NH_4Cl$

$NH_3 + H_2O ⇌ NH_4^+ + OH^-$

• В промышленности: синтез по Габеру-Бошу ($N_2$ + $H_2$ при t, p, катализатор).
• Применение: удобрения (селитры), хладоагенты, очистка металлов.

Соли аммония ($NH_4$⁺)

• $NH_4Cl$, ($NH_4$)₂$SO_4$.
• При нагревании разлагаются:

$NH_4NO_3 \xrightarrow{t} N_2O + 2H_2O$

Оксиды азота

• $N_2O$ (закись азота, веселящий газ) — восстановитель.
• NO (оксид азота (II)): бесцветный газ, на воздухе быстро окисляется:

$2NO + O_2 \to 2NO_2$

• $N_2O_3$ — ангидрид $HNO_2$.
• $NO_2$ — бурый газ, окислитель:

$NO_2 + H_2O \to HNO_3 + HNO_2$

• $N_2O_5$ — ангидрид $HNO_3$.

Кислоты азота

• Азотистая кислота ($HNO_2$) — нестойкая, только в растворах.

$N_2O_3 + H_2O \to 2HNO_2$

• Азотная кислота ($HNO_3$)

• Сильная кислота, сильный окислитель.

• Разлагается при нагревании:

$4HNO_3 \to 4NO_2 + O_2 + 2H_2O$

• Реакции:

1. С металлами (даже с Cu, Ag):

$Cu + 4HNO_3(конц.) \to Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O$

$Zn + 2HNO_3(разб.) \to Zn(NO_3)_2 + H_2↑$

2. С неметаллами:

$C + 4HNO_3(конц.) \to CO_2 + 4NO_2 + 2H_2O$

Соли азотных кислот

• Нитриты ($NO_2$⁻): $NaNO_2$, $KNO_2$.
• Нитраты ($NO_3$⁻): $NaNO_3$, $KNO_3$ (селитры).
• При нагревании разлагаются:

$2KNO_3 \xrightarrow{t} 2KNO_2 + O_2$

Получение соединений азота

• $NH_3$: синтез по Габеру-Бошу ($N_2$ + $3H_2$).
• $HNO_3$: по методу Оствальда:

$NH_3 \xrightarrow{t, Pt} NO \xrightarrow{O_2} NO_2 \xrightarrow{H_2O} HNO_3$

Применение

• Азот: создание инертной атмосферы, производство аммиака.
• Аммиак: удобрения, хладоагент.
• $HNO_3$: производство удобрений, взрывчатых веществ (тротил, нитроглицерин).
• Нитраты: удобрения.

Важные реакции для ОРТ

1. $N_2 + 3H_2 \to 2NH_3$
2. $2NO + O_2 \to 2NO_2$
3. $NO_2 + H_2O \to HNO_2 + HNO_3$
4. $Cu + 4HNO_3(конц.) \to Cu(NO_3)_2 + 2NO_2↑ + 2H_2O$
5. $2KNO_3 \xrightarrow{t} 2KNO_2 + O_2$