ЗАНЯТТЯ №19 (6 год

ЗАНЯТТЯ №19 (6 год.)

Тема 30. p-елементи VА групи. Азот. Сполуки Нітрогену у від’ємному ступені окиснення. Сполуки Нітрогену у додатному ступені окиснення.

МЕТА:

§         Пояснювати закономірність зміни атомних радіусів, енергії іонізації, спорідненості до електрона, електронегативності р-елементів із зростанням їх атомного номеру в підгрупі та періоді.

§         Запропонувати можливі ступені окиснення та пояснити хімічну активність простих речовин р-елементів залежно від конфігурації валентних електронів.

§         Трактувати збуджений стан атомів та гібридизацію їх атомних орбіталей і форму молекул на прикладі утворення відповідних сполук.

§         Трактувати підсилення металічних властивостей простих речовин р-елементів у підгрупі та зменшення у періоді із зростанням заряду ядра їх атомів.

§         Пояснювати хімічні властивості простих речовин та сполук р-елементів за допомогою рівнянь хімічних реакцій.

§         Порівняти умови одержання, стійкість та хімічну активність оксидів, гідрогенпохідних, галогенидів, гідроксидів і солей залежно від ступеню окиснення та положення р-елементів у періодичній системі.

§         Аналізувати здатність сполук р-елементів до участі в реакціях комплексоутворення .

§         Пояснювати окисно-відновні та кислотно-основні  властивості сполук р-елементів залежно від ступеня окиснення елементу.

§         Пояснювати методи добування та хімічні властивості полімерних кислот та їх солей.

§         Запропонувати реакції якісного виявлення катіонів і аніонів р-елементів.

§         Запропонувати прості речовини і сполуки р-елементів, які застосовують у фармацевтичному аналізі та медицині.

Професійна орієнтація студентів

В медичній практиці застосовуються азот, солі амонію, закис азоту, натрій нітрит та численні органічні сполуки як синтетичного так природного походження, які містять нітроген в аліфатичному ланцюзі або в гетероциклі. Крім того нітроген міститься в численних сполуках – азобарвниках, які використовуються у практиці фармацевтичного аналізу.  Вивчення хімії нітрогену та його сполук – невід’ємна частина базових хімічних знань, на яких ґрунтуватиметься вивчення аналітичної хімії, фармхімії і фармацевтичного аналізу.

Методика виконання практичної роботи.

Тема 30. p-елементи VА групи. Азот. Сполуки Нітрогену у від’ємному ступені окиснення. Сполуки Нітрогену у додатному ступені окиснення.

Прилади і реактиви: штатив з пробірками, кристалізатор,  газовідвідна трубка з гумовою вставкою; NH₄Cl (крист.), NH₄NO₃ (крист.), NH₄CH₃COO (крист.), Cu (стружка),  розчини: NH₄Cl (0,5н), NaOH (2н), HCl (конц.), NH₃  H₂O (25 %), Al₂(SO₄)₃ (0,5н), KMnO₄ (0,5н), K₂Cr₂O₇ (0,5н), HNO₃ (0,5н), HNO₃ (конц.), HNO₃ (2н), фенолфталеїн, універсальний індикаторний папірець.

Робота 1. Добування аміаку і вивчення його властивостей. Якісна реакція на іон NH⁴⁺.

В пробірку поміщають 5-6 крапель 0,5н розчину амоній хлориду, додають 5-6 крапель 2н розчину їдкого натру. На слабкому полум’ї пальника підігріти розчин. До отвору пробірки піднести мокрий лакмусовий папірець і відзначте зміну забарвлення. До отвору пробірки піднести паличку, змочену концентрованою хлоридною кислотою. Відзначте появу білого диму.

Написати рівняння реакцій: а) отримання аміаку; б) взаємодії аміаку з водою, яка частково приводить до утворення іону амонію, в) взаємодії аміаку з хлоридною кислотою.

Робота 2.  Рівновага у водному розчині аміаку.

В дві пробірки поміщають по 6-8 крапель розчину аміаку і по 1 краплі розчину фенолфталеїну. Відзначте забарвлення розчину. На присутність яких іонів воно вказує? Додати в першу пробірку 1 мікрошпатель амоній хлориду і перемішати розчин. Як змінилася інтенсивність забарвлення? Чому? До розчину аміаку в другій пробірці додати 5-6 крапель розчину алюміній сульфату. Відзначте зникнення запаху аміаку.

Написати: а) схему рівноваги у водному розчині аміаку; б) молекулярне й іонне рівняння реакції взаємодії алюміній сульфату  з водним розчином аміаку.

Вказати, в якому напрямку зміщується рівновага у водному розчині аміаку при додаванні до нього амоній хлориду, алюміній  сульфату?

Робота 3. Відновні властивості аміаку.

У дві пробірки внести окремо по 3-4 краплі 0,5н розчинів калій перманганату і калій біхромату. В кожну з пробірок додати по 3-5 крапель 25%-ного розчину аміаку. В кожному випадку розчини злегка підігріти до зміни їх забарвлення.

Написати відповідні рівняння реакцій, враховуючи, що в кожному випадку аміак головним чином окиснюється до молекулярного азоту, перманганат відновлюється до MnO₂, а калій біхромат –  до Cr₂O₃. У  всіх випадках відзначте зміну забарвлення розчину.

Робота 4. Гідроліз солей амонію.

У три пробірки налити по 5-6 крапель нейтрального розчину лакмусу. В кожну з пробірок окремо додати по 2-3 мікрошпателі кристалів амоній хлориду, амоній нітрату і амоній ацетату, кожен розчин перемішати. Відзначте зміну забарвлення лакмусу в кожному випадку. Написати в молекулярному й іонному вигляді відповідні рівняння реакцій гідролізу.

Робота 5. Отримання оксиду й диоксиду нітрогену та дослідження їхніх властивостей.

У фарфорову чашку налити води. Конічну пробірку наповнити водою, закрити отвір пальцем, і перевернувши вверх дном, помістити в кристалізатор. Відкриваючи під водою пробірку, слідкувати, щоб вода з неї не вилилась і в неї не проникло повітря.

В мікроколбочку з газовідвідною трубкою помістити 2-3 маленьких шматочки мідної стружки і 2-4 краплі розведеної нітратною кислоти. Під витяжкою колбочку закріпити в штативі вертикально і, якщо реакція йде недостатньо енергійно, злегка підігріти на маленькому полум’ї пальника. Газовідвідну трубку опустити в кристалізатор і підвести під пробірку з водою. Заповнити пробірку газом, що виділяється приблизно на ¾ її об’єму (в пробірці повинна залишитися вода), закрити її під водою пальцем, і, вийнявши з води, перевернути дном вниз. Відкривши на 1-2 с отвір пробірки спостерігати побуріння безколірного газу. Закривши пробірку пальцем, струсити її декілька разів до повного поглинання водою отриманого бурого газу. Знову відкрити пробірку і спостерігати побуріння газу вдруге і його розчинення у воді при струшуванні. До отриманого розчину додати 1-2 краплі нейтрального розчину лакмусу. Відзначте зміну забарвлення і зробіть висновок про реакцію середовища в розчині.

Описати явища, які спостерігали. Написати рівняння реакцій:

а) отримання оксиду нітрогену (ІІ) взаємодією міді з розведеною нітратною кислотою;

б) окиснення оксиду нітрогену (ІІ) до диоксиду і реакцію димеризації останнього. Написати графічні й електронні формули цих оксидів. Чим пояснюється легке окиснення NO до NO₂ і полімеризація останнього?

в) взаємодія NO₂ з водою, яка супроводжується утворенням нітратної кислоти і оксиду нітрогену (ІІ).

Робота 6. Окиснювальні властивості нітратної кислоти.

Внести в пробірку 3-4 краплі концентрованої нітратної кислоти і маленький шматочок мідної стружки. В другу пробірку внести 2 краплі 2н розчину нітратної кислоти і 2 краплі води. Отриманий розчин розмішати скляною паличкою, після чого внести в нього також шматочок мідної стружки. Пробірку з розведеною нітратною кислотою злегка нагріти. Обидві пробірки тримати на білому фоні. Відзначити різне протікання реакцій в обох випадках.

Який газ виділяється в першій пробірці, який – в другій? Написати рівняння відповідних реакцій. Чим пояснити легке пожовтіння газу, який виділяється на початку реакції?

Програма самопідготовки

Тема 30. p-елементи VА групи. Азот. Сполуки Нітрогену у від’ємному ступені окиснення. Сполуки Нітрогену у додатному ступені окиснення.

Загальна характеристика елементів VА групи. Нітроген, Фосфор, Арсен в організмі, їх біологічна роль, знаходження в природі та організмі.

Нітроген. Загальна характеристика. Сполуки з різними значеннями ступенів окиснення. Азот як проста речовина. Причини малої хімічної активності. Молекула азоту як ліганд. Сполуки з від’ємним ступенем окиснення. Нітриди. Амоніак, кислотно-основна та окисно-відновна характеристика, реакції заміщення. Похідні амоніаку. Аміди, Амоніакати. Йон амонію та його солі, кислотно-основні властивості, термічне розкладання. Гідразин та гідроксиламін. Кислотно-основна та окисно-відновна характеристики. Азотистоводнева кислота, азиди, їх стійкість.

Сполуки Нітрогену з додатним ступенем окиснення. Оксиди Нітрогену. Будова молекул і природа зв’язку. Способи одержання. Кислотно-основні та окисно-відновні властивості. Нітритна кислота та нітрити, їх властивості. Нітратна кислота та нітрати, кислотно-основна та окисно-відновна характеристика. Термічна стійкість, застосування. «Царська вода». Механізм токсичної дії оксидів нітрогену та нітратів.

Зразки тестових завдань та ситуаційних задач.

1. Правильно електронна конфігурація атома Нітрогену представлена таким чином:

A. 1s²1p²2s²

B. 1s²2s²2p²

*C. 1s²2s²2p³

D. 1s¹2s²2p³

2. Негативний ступінь окислення проявляє Нітроген у сполуці:

A. N₂O.

B.NO₂.

*C. Na₃N.

D. NO.

3. Молекула аміаку NH₃ має форму:.

A. Вигнуту.

B. Площинну.

*C. Пірамідну.

D. Лінійну.

4.Солі нітритної кислоти, наприклад NaNO₂ виступають в реакціях:

A. Тільки відновниками.

B. Тільки окисниками.

*C. І окисниками і відновниками.

D. Не проявляють окисно – відновних властивостей.

1. Написати електронно-графічні схеми та електронні формули для атомів та іонів: N,  N^-3, N^-2, N^-1, N⁺¹, N⁺², N⁺³, N⁺⁴, N⁺⁵.

2. Фізичні властивості N₂.  Як добувають азот в промисловості та в лабораторії? Написати рівняння реакцій отримання азоту: а) розкладанням амоній біхромату; б) розкладанням амоній нітриту; в) окисненням аміаку. В кожному випадку вказати окисник і відновник.

3. Допишіть рівняння реакцій та назвіть продукти: а)N₂ + O₂ =; б) N₂ + H₂ =; в) N₂ + C =; г) N₂ + F₂ =; д) N₂ + CaC₂ =; е) N₂ + LiH =. За яких умов дані реакції будуть проходити? Чому?

4. Назвіть сполуки та назвіть ступені окиснення нітрогену у них: NH₃, Mg₃N₂, N₂H₄, NH₂OH, N₂, N₂O, NO, N₂O₃, HNO₂, NaNO₂, NO₂, N₂O₅, HNO₃, KNO₃.

5. Які сполуки називають нітридами та амідами?  Допишіть рівняння реакцій та вкажіть продукти: а)N₂ + Li =; б) N₂ + Al =; в) N₂ + Mg =; г) N₂ + B =; д) N₂ + H₂ =; е) H₂O + Li₃N =; є) Na + NH₃ =.

6. Зообразіть просторову будову молекули аміаку. Фізичні властивості. Який тип хімічного зв’язку у цій молекулі? За рахунок чого утворюються водневі зв’язки? Зобразіть їх. Покажіть донорно-акцепторний механізм утворення хімічного зв’язку у іоні NH₄⁺.

7. Допишіть рівняння реакцій та назвіть продукти: а)NH₃ + HCl =; б) NH₃ + HClO₄ =; в) NH₃ + H₂SO₄ =; г) NH₃ + H₂CO₃ =; д) NH₃ + NH₄HCO₃ =; е) NH₃ + O₂ =; є) NH₃ + CuO =; ж) NH₃ + Cl₂ =; з) NH₃ + MnO₂ =. Про які хімічні властивості аміаку свідчать реакції а-д?

8. Який об’єм аміаку (н.у.) треба розчинити в 0,1 л 8%-ного розчину амоній гідроксиду (ρ = 1 г/мл), щоб отримати 10%-ний розчин?

9. Написати рівняння реакцій термічного розкладу нітриту, нітрату і карбонату амонію.

10. Написати іонні і молекулярні рівняння гідролізу: а) амоній хлориду; б) амоній карбонату. Вирахуйте рН 0,1 М розчину амоній хлориду (К_дис. NH₄OH =1,8 × 10^-5).

11. Зобразіть просторову будову молекули гідразину. Добудьте його за реакцією NH₃ + NaOCl =. Допишіть рівняння реакцій та назвіть продукти: а)N₂H₄+KIO₃=; б) N₂H₄+O₂=.

12. Зобразіть просторову будову молекули гідроксиламіну. Добудьте його за реакцією відновлення нітратів дією HCl. Допишіть рівняння реакцій та назвіть продукти: а)NH₂OH (t)=; б) NH₂OH+I₂ + KOH=.

13. Фізичні властивості N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₅.  Допишіть рівняння реакцій та назвіть продукти: а)NH₄NO₃ (t)=; б) N₂O (t)=; в) NO (t)=; г) NO + O₂ =; д) NO + FeSO₄ =; е) N₂O₃ + NaOH =; є) NO₂ + H₂O (t)=; ж) NO₂ + H₂O (холод)=; з) N₂O₅ + H₂O =; е) HNO₃ (t)=.

14. Враховуючи відносну електронегативність атомів F, Cl, Na і N вказати зміщення електронних пар і відповідно ступінь окиснення кожного елемента в молекулах NF₃, NCl₃, Na₃N. Як будуть проходити реакції взаємодії вказаних сполук з водою? Написати відповідні рівняння реакцій.

15. Фізичні властивості HNO₂ та HNO₃. Порівняйте  силу цих кислот, використовуючи довідникові дані Ка та рКа. Напишіть рівняння дисоціації цих кислот.

16. Написати рівняння реакцій взаємодії: а) концентрованої HNO₃ з фосфором, літієм, калієм, кальцієм, магнієм, сріблом; б) розведеної HNO₃ з міддю, цинком, хромом і магнієм.

17. Написати рівняння реакцій термічного розкладу нітратів: KNO₃, Zn(NO₃)₂, AgNO₃, Mg(NO₃)₂.

18. Якими реакціями можна здійснити наступні перетворення:

NO₂^– ® NO₃^–,  NO₃^– ® NO,  NO₃^– ® NH₄⁺,  NO₂ ®  NO₃^– +  NO?

Написати відповідні реакції в молекулярній формі.

19. Що таке «нітруючи суміш» та «царська горілка»? напишіть рівняння розчинення золота у царській горілці. Для чого використовується суміш нітратної та фтороводневої кислоти? Допишіть рівняння та назвіть продукти: 1)Si + HF + HNO₃ = ; 2) W + HF + HNO₃ =.

20. Якісні реакції на іони NH₄⁺, NO₂^–, NO₃^–.

21. застосування сполук Нітрогену у фармації та медицині.

Студент повинен знати:

1. Хімічні властивості Нітрогену, та властивості його сполук.

Студент повинен вміти:

1.                 Проводити аналіз нітрогенвмісних солей .

Джерела інформації

а) Основні:

1. Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія. – Вінниця: Нова книга, 2003. – 464 с.

2. Романова Н.В. Загальна та неорганічна хімія: Підруч. Для студ. вищ. навч. закл. –ВТФ «Перун», 2004. – 480 с. 

3.      Рейтер Л.Г. Степаненко О.М., Басов В.П. Теоретичні розділи загальної хімії: Навчальний посібник. – К.: Каравела, 2003. – 344 с.

4.      Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая шк., 2003. – 743 с.

5. Загальна та неорганічна хімія: У 2-х ч./О.М.Степаненко, Л.Г.Рейтер, В.М.Ледовских, С.В.Іванов. – К.: Пед. Преса, 2002.– Ч. І.– 520 с.

6. Каличак Я.М., Кінжибало В.В., Котур Б.Я. та ін. Хімія. Задачі, вправи, тести: Навчальний посібник. – Львів: Світ, 2001. – 176 с.

7. Державна Фармакопея України / Державне підприємство «Науковий-експертний фармакопейний центр». – 1-е вид. – Харків: РІРЕГ, 2001.– 556 с.

8. www.tdmu.edu.te.ua/education.php.

б) Додаткові:

1.      В. Гомонай, С. Мільович Біонеорганічна хімія. – Ужгород: ВАТ «Патент», 2006. – 200 с.

2.      Телегус В.С., Бодак О.І., Заречнюк О.С., Кінжибало В.В. Основи загальної хімії – За ред. В.С. Телегуса: Підручник – Львів: Світ, 2000 – 424 с.

3.      Ершов Ю.А. Попков А.С. Берлянд А.З. Книжник А.З. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. – М.: Высш. шк., 2000. – 560 с.

 

Автор:  к.х.н., асист. Демид А.Є.

 

Обговорено і затверджено на засіданні кафедри

_____     ________2013 р. протокол № ___

 

Переглянуто на засіданні кафедри

_____     ________20__ р. протокол № ___