Составьте химические уравнения характеризующие свойства оксидов азота

Оксид азота IV: получение и химические свойства

Оксид азота (IV) — бурый газ. Очень ядовит! Для NO₂ характерна высокая химическая активность.

Способы получения

1. Оксид азота (IV) образуется при окислении оксида азота (II) кислородом или озоном:

2. Оксид азота (IV) образуется при действии концентрированной азотной кислоты на неактивные металлы.

Например , при действии концентрированной азотной кислоты на медь:

3. Оксид азота (IV) образуется также при разложении нитратов металлов, которые в ряду электрохимической активности расположены правее магния (включая магний) и при разложении нитрата лития.

Например , при разложении нитрата серебра:

Химические свойства

1. Оксид азота (IV) реагирует с водой с образованием двух кислот — азотной и азотистой:

Если растворение NO₂ в воде проводить в избытке кислорода , то образуется только азотная кислота:

Поскольку азотистая кислота неустойчива, то при растворении NO₂ в теплой воде образуются HNO₃ и NO:

При нагревании выделяется кислород:

2. При растворении оксида азота (IV) в щелочах образуются нитраты и нитриты:

В присутствии кислорода образуются только нитраты:

3. Оксид азота (IV) – сильный окислитель. В атмосфере оксида азота (IV) горят фосфор , уголь , сера , оксид серы (IV) окисляется до оксида серы (VI):

4. Оксид азота (IV) димеризуется :

Строение и свойства оксидов азота

Задача 898.
Описать химические свойства N₂О и NO. К какому классу оксидов относятся эти соединения?
Решение:
а) Химические свойства N₂O:
1) При нагревании выше 500 0 С оксид азота (I) разлагается на азот и кислород:

2) Оксид азота (I) – сильный окислитель. Реакции N₂O с аммиаком и водородом могут сопровождаться взрывом:

В водном растворе N₂O взаимодействует с катионом Sn 2+ , восстанавливаясь до NH₂OH, а раствор SO₂ в воде восстанавливает N₂O до N₂:

б) Химические свойства NO. В NO атом азота находится в своей промежуточной степени окисления +2, поэтому для него характерна окислительно-восстановительная двойственность. Под действием сильных окислителей он окисляется, а в присутствии сильных восстановителей – восстанавливается.

1) NO как восстановитель:

2) NO как окислитель:

3) При взаимодействии NO с щелочными металлами образуется нитроксил-ион NO – , который является электронным аналогом молекулы О₂ и имеет кратность связи 2:

NO + Na ↔ Na + + NO –

Нитроксил-ион играет роль промежуточного соединения в обратимых процессах нитрификации. Он димеризуется с образованием гипонитрит-иона:

4) Молекула NO относительно легко теряет электрон, превращаясь в прочный катион нитрозила NO+, изоэлектронный молекулам N₂ и СО. Этот катион образует соли нитрозила:

NOF + BF₃ ↔ [BF₄] –
Тетрафторо-
борат (III) нитрозила

В водных растворах соли нитрозила гидролизуются:

Монооксид азота может быть лигандом в комплексных соединениях. Как лиганд NO называют «нитрозил». Например, [Fe(NO)₄] – тетранитрозилжелезо, [Fe(H₂O)₅NO]Cl₂ – хлорид нитрозилпентаакважелеза(II), K₂[Fe(NO)(CN)₅] – пентацианонитрозилферрат(III).

Оксиды N₂O и NO – не солеобразующие сосуды. Они не взаимодействуют с водой, растворами кислот и оснований.

Задача 899.
Что представляет собой бурый газ, выделяющийся при действии концентрированной азотной кислоты на металлы? Из каких молекул он состоит? Почему его окраска усиливается при повышении температуры и ослабляется при ее понижении? Будет ли этот газ подчиняться закону Бойля — Мариотта, если подвергать его сжатию при постоянной температуре? Составить уравнения реакций, происходящих при растворении этого газа в воде и в растворе щелочи.
Решение:
При действии на металлы концентрированной азотной кислотой выделяется оксид азота (IV) NO₂ – бурый очень токсичный газ:

Молекула NO₂ нелинейная:

Угол ONO равен 134,1 0

Её неспаренный электрон находится на связывающей орбитали. Благодаря этому при повышении давления и понижении температуры NO₂ переходит в бесцветный димер:

При температуре от -11,2 0 С до 140 0 С бурый газ состоит из молекул NO₂ и N₂O₄, которые в интервале этих температур находятся в равновесии друг с другом:

При повышении температуры до 140 0 С окраска бурого газа усиливается до почти чёрной. Это объясняется тем, что при нагревании равновесие в системе
N₂O₄ —2NO₂ сместится в сторону образования NO₂, т. е. при нагревании идёт диссоциация молекул N₂O₄ до образования в системе преимущественно молекул NO₂, которые и придают тёмно-бурую окраску. Наоборот, при охлаждении в системе N₂O₄ —2NO₂ происходит преимущественно димеризация молекул NO₂ с образованием молекул N₂O₄, что и приводит к ослаблению окраски бурого газа.

Если мы будем повышать температуру системы больше 140 о С, то начнётся диссоциация молекул NO₂ на NO и О₂ (2NO₂ ↔ 2NO + О₂) и газ будет обесцвечиваться.

Если же бурый газ подвергнуть сжатию при постоянной температуре, то равновесие в системе N₂O₄ ↔ 2NO₂, согласно принципу Ле Шателье, сместится влево, в сторону уменьшения числа газообразных веществ (в сторону уменьшения объёма в системе). При этом объём системы уменьшится, окраска будет становиться светлее.

Задача 900.
Почему молекула NO₂ легко димеризуется, а для SO₂ подобный процесс не характерен?
Решение:
Молекула NO₂ нелинейная, имеет угловую форму с sp 2 -гибридизацией орбиталей атома азота:

Угол ONO равен 134,1 0

Её неспаренный электрон находится на связывающей орбитали. Благодаря этому при повышении давления и понижении температуры NO₂ переходит в бесцветный димер:

угол ONO = 135 0

₂ОN . + . NO₂ ↔ 2ОN—NO₂

Молекула N₂O₄ плоская. Таким образом, связь между двумя молекулами NO₂ происходит за счёт объединения неспаренных электронов атомов азота обеих молекул.

Молекула SO₂ имеет также как молекула NO₂ угловую форму с sp 2 -гибридизацией орбиталей атома серы:

Угол OSO равна 119,5 0 , длина связи O—S равна 143 пм.

На связывающей орбитали в молекуле SO₂ находятся два спаренных электрона, поэтому молекулы не могут димеризоваться.

I. NO — окислитель

NO₂ — оксид азота (IV), диоксид азота

При обычной температуре NO₂ — красно-бурый ядовитый газ с резким запахом. Представляет собой смесь NO₂ и его димера N₂O₄ в соотношении -1:4. Диоксид азота хорошо растворяется в воде.

Способы получения

I. Промышленный — окисление NO: 2NO + O₂ = 2NO₂

Химические свойства

NO₂ — кислотный оксид, смешанный ангидрид 2-х кислот

NO₂ взаимодействует с водой, основными оксидами и щелочами. Но реакции протекают не так, как с обычными оксидами — они всегда окислительно — восстановительные. Объясняется это тем, что не существует кислоты со С.О. (N) = +4, поэтому NO₂ при растворении в воде диспропорционирует с образованием 2-х кислот — азотной и азотистой:

Если растворение происходит в присутствии O₂, то образуется одна кислота — азотная:

Аналогичным образом происходит взаимодействие NO₂ со щелочами:

NO₂ — очень сильный окислитель

По окислительной способности NO₂ превосходит азотную кислоту. В его атмосфере горят С, S, Р, металлы и некоторые органические вещества. При этом NO₂ восстанавливается до свободного азота:

2NO₂ + 8HI = N₂ + 4I₂ + 4Н₂О (возникает фиолетовое пламя)

В присутствии Pt или Ni диоксид азота восстанавливается водородом до аммиака:

Как окислитель NO₂ используется в ракетных топливах. При его взаимодействии с гидразином и его производными выделяется большое количество энергии:

N₂O₃ и N₂O₅ — неустойчивые вещества

Оба оксида имеют ярко выраженный кислотный характер, являются соответственно ангидридами азотистой и азотной кислот.

N₂O₃ как индивидуальное вещество существует только в твердом состоянии ниже Т пл. (-10 0 С).

С повышением температуры разлагается: N₂O₃ → NO + NO₂

N₂O₅ при комнатной температуре и особенно на свету разлагается так энергично, что иногда самопроизвольно взрывается: