Нитраты и их термические превращения
Три типа разложения
| Металл | Продукты | Пример |
|---|---|---|
| K, Na, Rb, Cs (и Ba при умеренном нагреве) | нитрит + \(\ce{O2}\) | \(\ce{2KNO3 -> 2KNO2 + O2}\) |
| Li, Mg … Cu (и Ca, Sr, Ba при сильном нагреве) | оксид + \(\ce{NO2}\) + \(\ce{O2}\) | \(\ce{2Cu(NO3)2 -> 2CuO + 4NO2 + O2}\) |
| Ag, Hg, Au | металл + \(\ce{NO2}\) + \(\ce{O2}\) | \(\ce{2AgNO3 -> 2Ag + 2NO2 + O2}\) |
Причина — поляризующая способность катиона. Маленький высокозаряженный катион оттягивает электронную плотность нитрат-иона и «отрывает» от него оксид-ион; крупный однозарядный лишь немного деформирует нитрат (отщепляется атом кислорода). Литий — исключение среди щелочных металлов (маленький ион): \(\ce{4LiNO3 -> 2Li2O + 4NO2 + O2}\) — диагональное сходство с магнием.
boltГазы от оксидной группы
\(\ce{NO2 : O2 = 4 : 1}\) — ровно столько, сколько нужно для \(\ce{4NO2 + O2 + 2H2O -> 4HNO3}\): пропущенные через воду газы поглощаются без остатка. От нитрата серебра (\(\ce{2 : 1}\)) остаётся избыток кислорода, от нитрата натрия — весь кислород.
scienceТермическое разложение
- \(\ce{2NaNO3 ->[t] 2NaNO2 + O2}\) — селитра поддерживает горение (порох, фейерверки).
- \(\ce{2Pb(NO3)2 ->[t] 2PbO + 4NO2 + O2}\) — лабораторный способ получения \(\ce{NO2}\) (кристаллы трещат при нагревании).
- \(\ce{Hg(NO3)2 ->[t] Hg + 2NO2 + O2}\).
Особые случаи
scienceНитраты «с характером»
- \(\ce{NH4NO3 ->[200 °C] N2O + 2H2O}\) — внутримолекулярная ОВР, твёрдого остатка нет (урок 127).
- \(\ce{4Fe(NO3)2 ->[t] 2Fe2O3 + 8NO2 + O2}\) — железо(II) окисляется до +3: кислорода выделяется меньше, чем у меди.
- \(\ce{Mn(NO3)2 ->[t] MnO2 + 2NO2}\) — марганец окисляется до +4, кислород не выделяется вовсе.
- \(\ce{4LiNO3 ->[t] 2Li2O + 4NO2 + O2}\) — литий ведёт себя как магний (диагональное сходство).
- \(\ce{4Al(NO3)3 ->[t] 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2}\).
errorНе путать с нитратом аммония
\(\ce{NH4NO3}\) не даёт ни нитрита, ни оксида: окисляется катион. Смеси нитрата аммония с горючим (аммонал, игданит) — промышленные взрывчатые вещества.
boltКонтроль по кислороду
Если катион может окисляться (\(\ce{Fe^2+}\), \(\ce{Mn^2+}\), \(\ce{Sn^2+}\)), часть кислорода нитрата уходит на него: газов \(\ce{O2}\) меньше, чем в «стандартном» соотношении 4 : 1. Отношение \(\ce{NO2 : O2}\) — подсказка в задачах на неизвестный нитрат.
Задачи на смеси нитратов
Типовая задача: смесь двух нитратов разных групп прокаливают; известны массы до и после (или объём газов). Составляют систему из двух уравнений.
edit_noteНатрий и медь
Смесь \(\ce{NaNO3}\) и \(\ce{Cu(NO3)2}\) массой 27,26 г дала 14,86 г остатка. \(84{,}99x + 187{,}56y = 27{,}26\); \(69{,}00x + 79{,}55y = 14{,}86\) ⇒ \(x = 0{,}100\), \(y = 0{,}100\) моль.
boltГазы и вода
Пропустим газы разложения этой смеси через воду: газы от нитрата меди поглотятся полностью (\(\ce{4NO2 + O2}\)), а кислород от нитрата натрия останется. Объём непоглощённого газа сразу даёт количество нитрата натрия — изящная проверка.
scienceРеакции задачи
- \(\ce{2NaNO3 -> 2NaNO2 + O2}\).
- \(\ce{2Cu(NO3)2 -> 2CuO + 4NO2 + O2}\).
- \(\ce{4NO2 + O2 + 2H2O -> 4HNO3}\) — поглощение.
push_pinГлавное
Нитраты щелочных металлов (кроме лития) → нитрит + \(\ce{O2}\); нитраты щёлочноземельных и металлов от Mg до Cu (и Li) → оксид + \(\ce{NO2}\) + \(\ce{O2}\) (4 : 1, средняя молярная масса 43,2); нитраты малоактивных металлов (Ag, Hg, Au) → металл + \(\ce{NO2}\) + \(\ce{O2}\) (2 : 1). Особые случаи: \(\ce{NH4NO3 -> N2O + 2H2O}\); \(\ce{Fe(NO3)2}\) → \(\ce{Fe2O3}\) (железо окисляется); \(\ce{Mn(NO3)2 -> MnO2 + 2NO2}\). Газ от оксидной группы полностью поглощается водой: \(\ce{4NO2 + O2 + 2H2O -> 4HNO3}\).
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.