Урок "Властивості нітратної кислоти"

Про матеріал

Мета: створити умови для формування навчальної, комунікативної компетенції через освоєння знань щодо складання рівнянь реакцій, хімічних властивостейі нытратної кислоти, розвиток умінь працювати самостійно, логічно мислити, що сприятиме вихованню моральних якостей особистості.

завдання:

Організувати діяльність учнів для отримання знань про хімічні властивості.

Повторити матеріал про реакції іонного обміну та умови їх перебігу до кінця, спираючись на теорію електролітичноїдисоціації

Формувати вміння дослідницької роботи, через хімічний експеримент;

Розвивати навички самостійної роботи з текстом, пізнавальні інтереси і інтелектуальні здібності в процесі проведення хімічного експерименту, логічне мислення;

Виховувати шанобливе ставлення учнів до думки інших.

Перегляд файлу

Властивості нітратної кислоти. Методичні рекомендації.

Найбільш ефективним в практиці викладання хімічних кислот є розгляд на прикладах реакцій з чотирма класами речовин в наступному порядку:

металами
основними оксидами
основами
солями

Ми бачимо логічну систему властивостей.

Ме МеО Ме(ОН)n МеROx

ROx –кислотний залишок

Це є зручним способом запам’ятовування властивостей кислот.

Другу систему властивостей кислот можна показати на знаходженні загального у властивостях кислот.

Завдання: приведіть приклади даних типів кислот.

Проблемне питання:Які загальні хімічні властивості цих кислот?

(Відповідь: Вони мають тільки одну загальну властивість - взаємодіють з лугами.)

Проблемне питання З якими класами неорганічних сполук буде взаємодіяти нітратна кислота?

Обґрунтування.

Основні оксиди взаємодіють тільки з сильними кислотами.
Нітратна кислота реагує з всіма основними оксидами.
Солі реагують з нітратною кислотою.
Метали.

А) активні метали для складання хімічних рівнянь неможна: реакції будуть протікати не з кислотами, а розчинником -водою.

Б)Сильні кислоти взаємодіють з більшістю металів , але не однаково.

Наприклад хлорид на кислота реагує з металами, які розташовані в ряду напруженості металів до Гідрогену , з утворенням солі і водню/ Чим лівіше розташований метал у ряді активності, тим активніше він взаємодіє з кислотами. Найбільш інтенсивно витісняють водень ті метали, які розташовані на самому початку ряду.

Завдання. Використовуючи витискувальний ряд Бекетова напишіть відповідні хімічні реакції

Mg + HCl = MgCl2 + H2

Fe + HCl= FeCl2 + H2

Cu + HCl =

Але нітратна і концентрована сульфатна реагує також з металами, які розташовані після Гідрогену. Тільки продуктами реакції будуть не водень, а різні за складом сполуки Нітрогену і Сульфуру. Це викликає труднощі в пошуках загального.

Розглянемо систему властивостей нітратної кислоти – взаємодія з:

- основами

- основними оксидами

- солями

- металами.

Пояснення проведемо за допомогою з точки зору електролітичної дисоціації і окиснення – відновлення.

І. Властивості іонів нітратної кислоти з збереженням ступенів окиснення елементів.

Учням відомо,що реакції обміну в розчинах протікають з причини утворення нерозчинних або розчинних, але які не дисоціюють , а також летких речовин. Ця загальна закономірність протікання реакцій повинна спостерігатися в ході реакцій,характерних для іонів нітратної кислоти.

І. Реакції, характерні для катіонів Гідрогену.

Реакції, в ході яких ступень окиснення катіонів Гідрогену не змінюється, можна скласти, користуючись таблицею розчинності. При складанні іонних рівнянь і пояснення сутності реакцій необхідно внести зміни в таблицю розчинності. В пустую клітину для Н2О,т.б на перехрещенні строки з OH– і стовпчика з H+ , необхідно дописати букви (МД) – малодисоційована речовина .Традиційно табличні данні представляють собою розчинність в 100г води за кімнатною температурою. Для пояснення реакцій на іонному рівні ця таблиця не підходить.

Враховуючи,що нітратна кислота сильна і концентрація іонів Гідрогену в її концентрованому розчині велика, то вона реагує з всіма основами.

Взаємодія з основами.

Дослід 1. В пробірку набрати 3-5мл слабкого розчину калій (натрій ) гідроксиду і додати каплю фенолфталеїну. До забарвленого розчину по краплю додати розчин нітратної кислоти, постійно струшуючи суміш. В час, коли від чергової краплі окрас зникне, додавання кислоти зупиняємо.

Завдання: Написати хімічне рівняння в молекулярному , повному іонному і скороченому виді.

HNO₃+KOH = KNO₃+H2O

H⁺ +NO₃^– +K⁺ + OH^– = K+NO₃^– + H2O

Отримуємо скорочене іонне рівняння, яке відображає сутність реакції.

H⁺+ OH^– = H2O

Вона показує що реакція відбулася за рахунок сполученню катіонів Гідрогену з гідроксид –іонами, в результаті чого утворилася малодисоційована сполука – вода.

Завдання

Для продовження формування вмінь складати іонні рівняння реакцій можна пропанувати учням скласти по три рівняння реакцій між нітратною кислотою і магній гідроксидом , алюміній гідроксидом.

Для знаходження загального в цій властивості нітратної кислоти проаналізуємо суть реакцій, яка відображена короткими іонними рівняннями.

№	Рівняння хімічної реакції	Спостереження	Висновок
1	КОН + HNO3 =
	MgO+ HNO3 =
2	Al(OH)3+ HNO3=
Загальний висновок:

Загальний висновок: не обидва іона нітратної кислоти , а тільки катіон Гідрогену бере участь в реакції завдяки малодисоційованої речовини –води. В її утворенні беруть участь :

- в першому випадку - гідроксид іони

- в другому випадку – вся нерозчинна основа.

Взаємодія з основними оксидами.

Іон Гідрогену утворює воду при взаємодії з О2-:

2Н+ + ОН- = Н2О

Так як в розчині нітратної кислоти концентрація іонів Гідрогену велика, то нітратна кислота реагує з всіма основними оксидами.

Дослід . Розміщуємо у велику пробірку купрум (ІІ) оксид об’ємом 1-2 сірникові головки і додаємо 2-4мл розчину нітратної кислоти. Для попередження попадання парів кислоти у повітря пробірку закривають ватою,змоченою розчином натрій карбонату, і встановлюють її в штативі для повільного протікання реакції. Через 30-60 с (іноді 2-3 хв) розчин набуває синій окрас. Якщо це не відбувається, суміш треба залишити на більш тривалий час або нагріти протягом 15-30 с.

Після демонстрації досліду виконати завдання.

Завдання: Написати хімічне рівняння в молекулярному , повному іонному і скороченому виді.

CuO + HNO3 =

Висновок: При взаємодії купрум (ІІ)оксиду з катіонами Гідрогену утворюються іони міді і малодисоційованої речовини –води.

CuO + 2Н+ = Cu ²⁺ + Н2О

Завдання

Для продовження формування вмінь складати іонні рівняння подібних реакцій можна пропанувати одно - і трьохзарядних металів, наприклад арґентум оксиду і ферум (ІІІ) оксиду з нітратною кислотою.

Заповнити таблицю і зробити висновок.

№	Рівняння хімічної реакції	Спостереження	Висновок
1	CuO + HNO3 =
2	AgO + HNO3 =
3	Fe2O3 + HNO3=
Загальний висновок:

Загальний висновок. Реакції відбуваються при взаємодії оксидів металів з катіонами Гідрогену. Ці реакції протікають з утворенням малодисоційованої речовини – води і вільного іону металу.

3. Взаємодія з солями.

Також необхідно зробити в таблиці розчинення зміни. Під символом іона Гідрогену Н+ необхідно написати в клітинці для карбонатної кислоти замість літери «Р» - (Розкл.) –розкладається Одночасно це буде попередженням неможливості її використовувати при проведенні реакцій обміну і складанні рівнянь реакцій.

Після цього можна продемонструвати декілька реакцій з розчинними і нерозчинними карбонатами, а також розчинами силікатів.

Дослід 1.

В циліндр набрати розчин натрій карбонату і додаємо по краплям розчин нітратної кислоти. Реакція супроводжується виділенням піни – утворення вуглекислого газу.

Дослід 2.

В циліндр кладуть кусочки ( або порошок) мармуру (магній карбонату) і додають по краплям розчин нітратної кислоти. Заповнити таблицю і зробити висновок

Супроводжується виділенням піни , шипінням ( розрив бульбашок піни, заповнених вуглекислим газом)

Дослід 3.

До 2-3 мл розчину натрій силікату додати по краплям розчин нітратної кислоти. Заповнити таблицю і зробити висновок

Спостерігаємо утворення суспензії нерозчинної силікатної кислоти білого кольору.

№	Рівняння хімічної реакції	Спостереження	Висновок
1	Na2CO3+ 2HNO3 = 2NaNO3 + CO2+H2O
2	CaCO3+ HNO3=
3	Na2SiO3+ HNO3=
Загальний висновок:

Загальний висновок: Спостерігаємо загальну закономірність протікання реакцій обміну : в розчинах вони протікають з утворенням малодисоційованої сполуки - води,газоподібних або нерозчинних сполук.

ІІ. Властивості нітрат – іонів.

Аналізуючи данні таблиці розчинності робимо висновок, що нітрат – іони не утворюють недисоціюючих або газоподібних речовин ні жодним з катіонів, які вказані в таблиці. Робимо висновок, , що нітрат іони, які містяться в нітратній кислоті, не беруть участь в реакціях обміну з водними розчинами інших речовин.

Окисно-відновні властивості іонів нітратної кислоти.

Показником окисної, відновної або подвійної функції речовини виступає ступень окиснення елементів, які його утворюють. В нітратній кислоті

Окисником у молекулі нітратної кислоти є атом Нітрогену з максимальним додатним значенням ступеня окиснення N⁵⁺, який залежно від концентрації HNO₃ і сили відновника (наприклад, активності металу) може приймати від 1 до 8 електронів. Ступень окиснення атомів нітрогену сама висока (+5), які входять в склад нітрат-іонів. Тому окисні властивості належать ні атомам нітрогену, а всьому нітрат-іону.

1.Взаємодія з металами.

Нітратна кислота взаємодіє з усіма металами (за винятком Au, Pt, Pd, Rh, Pd), перетворюючи їх на солі — нітрати.

Водень не виділяється , утворюються продукти відновлення Нітрогену.

Це указує на те,що нітрат-іони більш сильні окисники, ніж катіони Гідрогену.

Чим активніше метал і чим менше концентрація кислоти,

тим більше відновлюється нітроген.

Активні метали залежно від концентрації кислоти відновлюють Нітроген N⁺⁵ до N⁺¹, N^–3, а неактивні — до N⁺⁴, N⁺².

Нітратна кислота — сильний окисник.

N⁺⁵ → N⁺⁴ → N⁺² → N⁺¹ → N⁰ → N^–3

NO₂	NO	N₂O	N₂	NH₄NO₃
Неактивні метали (правіше за Ферум)+ *конц. кислота* Неметали + *конц. кислота*	Неактивні метали (правіше за Ферум) + рoзведена кислота	Активні метали (лужні, лужноземельні, Цинк) + *конц. кислота*	Активні метали (лужні, лужноземельні, цинк) + *кислота середнього розбавлення*	Активні метали (лужні, лужноземельні, цинк) + *дуже р*oзедена кислота
Пасивація: з холодною концентрованою нітратною кислотою не реагують Al, Cr, Fe, Be, Co.
Не реагують з нітратною кислотою ні при якій концентрації Au, Pt, Pd, Rh, Pd.

Доведено, що в ході багатьох реакцій на першій стадії утворюються оксиди металів. Але деякі оксиди дуже міцні і стійкі до окислення киснем, а значить, і нітратною кислотою як при звичайній температурі, так і при нагріванні. З причини їх знаходження на поверхні металів не протікають реакції між нітратною кислотою і багатьма металами: алюмінієм, залізом,хромом та інш. Ця властивість нітратної кислоти називається пасивація металів. Інші оксиди, будучи рихлими, легко розчиняються в нітратній кислоті.

2Al + 6HNO₃ = Al₂O₃ + 6NO₂ + 3H₂O. - пасивація

Продукти відновлення HNO3 HNO₃ + Ме → сіль + Н₂О + ?
Концентрація HNO₃	Активні метали (лужні, лужноземеньні)	Fe, Cr, Al, Ni, Co	Метали середньої активності (від Mn до Pb)		Пасивні метали (Cu, Hg, Ag)	Неметали
*Розбавлена*	NH₃, NH₄NO₃	NO, проте в залежності від розведення можуть утворюватися N₂, N₂O, NH₃, NH₄NO₃; чим більш розведена кислота, тим нижче ступінь окиснення Нітрогену			NO	NO
*Концентрація від 63% і вище*	N₂O	NO₂ (при нагріванні); пасивація (при стандартних умовах)		NO₂	NO₂	NO₂
Благородні метали (окрім Аргентуму) з HNO₃ не взаємодіють.

Продукти відновлення нітратної кислоти залежать від її концентрації (або ступеня її розведення) та сили відновника. Чим більше розведена нітратна кислота і сила відновника, то глибший процес відновлення Нітрогену.

конц MeNO₃ + H₂O + ₂O (N₂);

Me (акт) + HNO₃

розбав MeNO₃ + H₂O + H₄NO₃;

конц MeNO₃ + H₂O + O₂;

Me (неакт) + HNO₃

розбав MeNO₃ + H₂O + O.

Приклади:

Zn + 4HNO₃ (63%) = Zn(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O,

3Zn + 8HNO₃ (30%) = 3Zn(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O,

4Zn + 10HNO₃ (20%) = 4Zn(NO₃)₂ + N₂O↑ + 5H₂O,

5Zn + 12HNO₃ (10%) = 5Zn(NO₃)₂ + N₂↑ + 6H₂O,

4Zn + 10HNO₃ (3%) = 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O.

Вивчення цієї властивості краще почати з демонстраційних дослідів. При їх проведенні треба потурбуватися про їх безпеку.

Дослід 1.Взаємодія концентрованої нітратної кислоти з міддю.

В циліндр з 0.5 – 1 мл концентрованої нітратної кислоти опустити мідний дріт і отвір закриваємо ватним тампоном. За циліндром встановлюємо білий фон ( аркуш паперу) для кращого спостереження за виділенням бурого газу. Реакцію зупиняють , витягнув дріт з нітратної кислоти, циліндр при цьому повинен бути весь час закритим.

Увагу звертаємо на складання складних для учнів рівнянь окисно-відновних реакцій і розстановку коефіцієнтів методом електронного балансу. Заповнити таблицю і зробити висновок

Пояснення:Нітратна кислота виконує подвійну роль: як окисник вона використовується на утворення нітроген (ІУ) оксиду та друга частина кислоти використовується на утворення солі.

№	Рівняння хімічної реакції	Спостереження	Висновок
1	Сu +4 HNO3(конц. ) =Cu(NO3)2 + 2NO2 +2 H2O Cu(0) -2e-->Cu(+2) }1 окисник N(+5) +1e-->N(+4) }2 відновник Cu + HNO₃ (розв.) =	Бурий газ	Виділяється NO2
2	Ag + HNO3 (конц )= Ag + HNO3 (розв) =
3	Fe + HNO3 (конц) = Fe + HNO3 (розв) =
Загальний висновок:

Дослід 2.Взаємодія розведеної нітратної кислоти з міддю.

Циліндр з розчином нітратної кислоти (1:5) заповнюємо вуглекислим газом для попередження небажаної реакції – окиснення нітроген оксиду . який утворюється в циліндрі з киснем повітря. В розчин занурюємо мідний дріт, циліндр закриваємо ватним тампоном. Спостерігаємо повільне виділення білих бульбашок газу і забарвлення розчину в блакитний колір.

3Cu + 8HNO₃ (розб.) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O;

Для утилізації нітратної кислоти , яка не вступила в реакцію, в розчин додають купрум (ІІ) гідроксид і залишають під тягою для повільного протікання реакції. Через деякий час утворюється розчин купрум (ІІ) нітрат темно - синього кольору, який можна використовувати для проведення дослідів.

Для удосконалення навичок по складанню рівнянь і підбору коефіцієнтів методом електронного балансу необхідно включити реакції нітратної кислоти з одно і трьохзарядними важкими металами – сріблом, залізом.

(Завдання додому)

Ag + 2HNO3 (конц) = AgNO3 + NO2 + H2O

3Ag + 4HNO3 ( розб) = 3AgNO3 + NO + 2H2O

Fe + 4HNO3 (розб) = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

Fe + 4HNO3 (безводна) = пасивація !

Fe + 6HNO₃ (конц)= Fe(NO₃)₃+ 3NO₂↑+ 3H₂O

2.Окисно-відновні властивості нітратної кислоти на основі реакції її розкладу.

Нітратна кислота термічно нестійка сполука.

$\mathsf{4HNO_3 \longrightarrow 4 NO_2 \uparrow + 2 H_2O + O_2 \uparrow}$

Наявність атомів Оксигену в продуктах розкладу пояснює її окисні дії на речовини.

Дослід .

Підпалюємо скіпку та даємо їй прогоріти.. На кінчику скіпки утворилося вугілля. В циліндр з 1-2мл концентрованої нітратної кислоти занурюємо кусочок тліючого вугілля. і закриваємо ватним тампоном, зволоженим розчином соди. Спостерігаємо бурхливу реакцію : переміщення вугілля по поверхні розчину і утворення бурого газу. ..

№	Рівняння хімічної реакції	Спостереження	Висновок
1	С + НNО₃_(конц)=
2
3
Загальний висновок:

Пояснення написання реакції.

Після запису формул реагентів під формулою нітратної кислоти записуємо формули трьох продуктів її розкладу. Потім дугою сполучаємо О2 і С, щоб показати причину утворення карбон(ІУ) оксиду.

НNО₃ +С =

(Н₂О + NО₂ + О2)

Наявність вуглекислого газу можна доказати , якщо газову суміш пропустити крізь розчин воду. Бурий газ перетвориться в безбарвний нітроген (ІУ)оксид. Далі суміш газів пропускаємо через вапняну воду. Спостерігаємо утворення каламуті. ,яка свідчить про наявність вуглекислого газу.

С + 4 НNО₃ = СО₂ + 4 NО₂ + 2 Н₂О

Дослід. Взаємодія сірки з нітратною кислотою (концентрованою)

В пробірці нагріваємо до кипіння 2—3 мл

концентрованої HNO3 с невеликою кількістю сірки.

S + 6HNO3=H2SO4 + 6NO2 + 2 H2O

Пояснення: При цьому нітратна кислота ввідновлюється до NО₂ , а сірка окислюється до сульфатної кислоти. Наявність іона SO42-

відкриваємо іонами Ва2+ (який міститься в розчині барій хлориду)

Дослід. Взаємодія сірки з нітратною кислотою (розбавленою)

В пробірці нагріваємо до кипіння 2—3 мл HNO3 с невеликою кількістю сірки.

S + 2 HNO3 = H2SO4 + 2 NO

Пояснення: в реакціях неметалів ( S, C, P)з розбавленою нітратною кислотою продуктом реакції є нітроген (ІІ) оксид.

При складанні рівнянь необхідно дотримуватися етапів:

- записуємо формули двох основних продуктів

- знаходять додаткові множники і розставляють коефіцієнти

- Тільки після цього становиться зрозуміло, треба дописувати певне число молекул води і в яку частину рівнянь.

Завдання : Для продовження формування вмінь складати іонні рівняння подібних реакцій можна пропанувати написати хімічні рівняння взаємодії нітратної кислоти концентрованої і розбавленої з фосфором.

З повагою,

Козлова Лілія Вікторівна

Вчитель хімії УФМЛ КНУ імені Тараса Шевченка

Спеціаліст вищої категорії, вчитель – методист.

099)292-20-36

doc

Завантажити

Зберегти на потім

Додав(-ла)

Козлова Лілія Вікторівна

Пов’язані теми

Хімія, Методичні рекомендації