|
Реферат: Азотная кислота (Химия)
Содержание 1. Азотная кислота стр. 3 2. Окислительные свойства азотной кислоты стр. 3 3. Нитраты стр. 6 4. Промышленное получение азотной кислоты стр. 7 5. Круговорот азоты в природе стр. 8 6. Библиография стр. 10
1. Азотная кислота. Чистая азотная кислота HNO[pic]—бесцветная жидкость плотностью 1,51 г/см[pic] при - 42 °С застывающая в прозрачную кристаллическую массу. На воздухе она, подобно концентрированной соляной кислоте, «дымит», так как пары ее образуют с 'влагой воздуха мелкие капельки тумана, Азотная кислота не отличается прочностью, Уже под влиянием света она постепенно разлагается: [pic] Чем выше температура и чем концентрированнее кислота, тем быстрее идет разложение. Выделяющийся диоксид азота растворяется в кислоте и придает ей бурую окраску. Азотная кислота принадлежит к числу наиболее сильных кислот; в разбавленных растворах она полностью распадается на ионы Н[pic] и- NO[pic]. 2. Окислительные свойства азотной кислоты. Характерным свойством азотной кислоты является ее ярко выраженная окислительная способность. Азотная кислота—один из энергичнейших окислителей. Многие неметаллы легко окисляются ею, превращаясь в соответствующие кислоты. Так, сера при кипячении с азотной кислотой постепенно окисляется в серную кислоту, фосфор — в фосфорную. Тлеющий уголек, погруженный в концентрированную HNO[pic], ярко разгорается. Азотная кислота действует почти на все металлы (за исключением золота, платины, тантала, родия, иридия), превращая их в нитраты, а некоторые металлы—в оксиды. Концентрированная HNO[pic] пассивирует некоторые металлы. Еще Ломоносов открыл, что железо, легко растворяющееся в разбавленной азотной кислоте, не растворяется в холодной концентрированной HNO[pic]. Позже было установлено, что аналогичное действие азотная кислота оказывает на хром и алюминий. Эти металлы переходят под действием концентрированной азотной кислоты в пассивное состояние. Степень окисленности азота в азотной кислоте равна 4-5. Выступая в качестве окислителя, НNО[pic] может восстанавливаться до различных продуктов: [pic] Какое из этих веществ образуется, т. е. насколько глубоко восстанавливается азотная кислота в том или ином случае, зависит от природы восстановителя и от условий реакции, прежде всего от концентрации кислоты. Чем выше концентрации HNO[pic], тем менее глубоко она восстанавливается. При реакциях с концентрированной кислотой чаще всего выделяется [pic]. При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с малоактивными металлами, например, с медью, выделяется NO. В случае более активных металлов — железа, цинка, — образуется[pic]. Сильно разбавленная азотная кислота взаимодействует с активными металлами—--цинком, магнием, алюминием -— с образованием иона аммония, дающего с кислотой нитрат аммония. Обычно одновременно образуются несколько продуктов. Для иллюстрации приведем схемы реакций окисления некоторых металлов азотной кислотой; [pic] При действии азотной кислоты на металлы водород, как правило, не выделяется. При окислении неметаллов концентрированная азотная кислота, как и в случае металлов, восстанавливается до [pic], например [pic] Более разбавленная кислота обычно восстанавливается до NO, например: [pic] Приведенные схемы иллюстрируют наиболее типичные случаи взаимодействия азотной кислоты с металлами и неметаллами. Вообще же, окислительно- восстановительные реакции, идущие с участием [pic], протекают сложно. Смесь, состоящая из 1 объема азотной и 3—4 объемов концентрированной соляной кислоты, называется царской водкой. Царская водка растворяет некоторые металлы, не взаимодействующие с азотной кислотой, в том числе и «царя металлов»—золото. Действие ее объясняется тем, что азотная кислота окисляет соляную с выделением свободного хлора и образованием хлороксида азота(III), или хлорида нитрозила, [pic]:
[pic] Хлорид нитрозила является промежуточным продуктом реакции и разлагается: [pic] Хлор в момент выделения состоит из атомов, что и обусловливает высокую окислительную способность царской водки. Реакции окисления золота и платины протекают в основном согласно следующим уравнениям. [pic] С избытком соляной кислоты хлорид золота(III) и хлорид платины (IV) образуют комплексные соединения [pic] На многие органические вещества азотная кислота действует так, что один или несколько атомов водорода в молекуле органического соединения замещаются нитрогруппами [pic]. Этот процесс называется нитрованием и имеет большое значение в органической химии. Азотная кислота — одно из важнейших соединений азота: в больших количествах она расходуется в производстве, азотных удобрений, взрывчатых веществ и органических красителей, служит окислителем во многих химических процессах, используется в производстве серной кислоты по нитрозному способу, применяется для изготовления целлюлозных лаков, кинопленки. 3. Нитраты. Соли азотной кислоты называются нитратами. Все они хорошо растворяются в воде, а при нагревании разлагаются с выделением кислорода. При этом нитраты наиболее активных металлов переходят в нитриты: [pic]
Нитраты большинства остальных металлов при нагревании распадаются на оксид металла, кислород и диоксид азота. Например: [pic] Наконец, нитраты наименее активных металлов (например, серебра, золота) разлагаются при нагревании до свободного металла: [pic] Легко отщепляя кислород, нитраты при высокой температуре являются энергичными окислителями. Их водные растворы, напротив, почти не проявляют окислительных свойств. Наиболее важное значение имеют нитраты натрия, калия, аммония и кальция, которые на практике называются селитрами. Нитрат натрия [pic]или натриевая селитра, иногда называемая также чилийской селитрой, встречается в большом количестве в природе только в Чили. Нитрат калия[pic], или калийная селитра, в небольших количествах также встречается в природе, но главным образом получается искусственно при взаимодействии нитрата натрия с хлоридом калия. Обе эти соли используются в качестве удобрений, причем нитрат калия содержит два необходимых растениям элемента: азот и калий. Нитраты натрия и калия применяются также при стекловарении и в пищевой промышленности для консервирования продуктов. Нитрат кальция [pic]или кальциевая селитра, получается в больших количествах нейтрализацией азотной кислоты известью; применяется как удобрение. 4. Промышленное получение азотной кислоты. Современные промышленные способы получения азотной кислоты основаны на каталитическом окислении аммиака кислородом воздуха. При« описании свойств аммиака было указано, что он горит в кислороде, причём продуктами реакции являются вода и свободный азот. Но в присутствии катализаторов - окисление аммиака кислородом может протекать иначе. Если пропускать смесь аммиака с воздухом над катализатором, то при 750 °С и определенном составе смеси происходит почти полное превращение [pic] Образовавшийся [pic] легко переходит в[pic], который с водой в присутствии кислорода воздуха дает азотную кислоту. В качестве катализаторов при окислении аммиака используют сплавы на основе платины. Получаемая окислением аммиака азотная кислота имеет концентрацию, не превышающую 60%. При необходимости ее концентрируют, Промышленностью выпускается разбавленная азотная кислота концентрацией 55, 47 и 45%, а концентрированная—98 и 97%, Концентрированную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах, разбавленную — в цистернах из кислотоупорной стали. 5. Круговорот азота в природе. При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве нитрифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с карбонатом кальция[pic], образует нитраты: [pic] Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот). Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде. Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы, возмещающие потери азота. К таким процессам относятся прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты. 'Другим источником пополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образование характерных вздутий — «клубеньков», почему они и получили название клубеньковых бактерий. Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества. Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений. Изучение вопросов питания растений и повышения урожайности последних путем применения удобрений является предметом специальной отрасли химия, получившей название агрохимии.
Реферат на тему: Алкадиены. Каучук
МПС РФ ЧИПС УрГУПС
Самостоятельная работа по теме: «Алкадиены. Каучук»
Выполнил: студент 17А группы отд. ОПУД Шарманов Владимир
Челябинск
2000 План:
Строение алкадиенов:
а) молекулярное
б) структурное
Вид гибридизации
Гомологический ряд
Изомерия
Свойства:
а) химические
б) физические
Получение
Применение
Алкадиены, или диеновые углеводороды, — непредельные углеводороды, содержащие в углеродной цепи молекулы две двойные связи.
Строение алкадиенов:
а) молекулярное
C4H6 – бутадиен C5H8 - пентадиен
б) структурное
CH2 = CH – CH = CH2 бутадиен-1,3
CH2 = CH – CH = CH2 | CH3 2-метилбутадиен-1,3
Вид гибридизации
CH2 = CH – CH = CH2 бутадиен-1,3
Атомы углерода в молекуле бутадиена-1,3 находятся в состоянии sp3- гибридизации. За счет гибридных sp3-орбиталей, оси симметрии которых лежат в одной плоскости, в молекуле возникают (-связи между всеми атомами углерода и (-связи углерод – водород. Центры всех атомов в молекуле бутадиена-1,3 лежат в одной плоскости. Негибридные p-орбитали атомов углерода (по одной у каждого атома) расположены перпендикулярно к плоскости молекулы и перекрываются не только между атомами 1,2 и 3,4, но и между атомами 2,3. Электроны на таких орбиталях образуют общую (-электронную систему однако перекрывание p-орбиталей между атомами углерода 2 и 3 менее полное, чем 1,2- и 3,4-перекрывание.
Гомологический ряд
Общая формула диеновых углеводородов CnH2n-2 C3H4 – пропадиен C4H6 – бутадиен C5H8 – пентадиен C6H10 – гексадиен C7H12 – гептадиен C8H14 – октадиен C9H16 – нонадиен C10H18 – декадиен
Изомерия
I. Структурная:
а) C-скелет:
CH2 = CH – CH = CH – CH3 CH2 = CH – C = CH2 петадииен-1,3 | CH3 2- метилбутадиен-1,3
б) двойная связь
CH2 = CH – CH = CH – CH3 CH2 = C = CH – CH2 – CH3 пентадиен-1,3 пентадиен-1,2
в) межклассовая (с алкинами)
C3H4 C3H4
CH ( C – CH3 CH2 = C = CH2
II. Пространственная
CH3 – CH = CH – CH = CH2
H H CH3 H | | | | C = C C = C | | | | CH3 CH=CH2 H CH=CH2 циспентодиен-2,4 транспентодиен-2,4
Свойства
а) физические
Бутадиен-1,3 (Дивинил)– бесцветный газ с неприятным запахом, температурой плавления –4,5(C. Практически нерастворим в воде. 2-Метилбутадиен-1,3 (Изопрен) – при обычных условиях – жидкость с температурой кипения 34(C.
б) химические
1. Гидрирование и галогенирование Алкаднены могут присоединять водород (в момент выделения, т е. водород в виде атомов Н) и галогены. Обычно атомы водорода или галогена присоединяются к атомам углерода, занимающим в цепи положения 1 и 4 (так называемое 1,4-присоединение). При этом образуется новая двойная связь между углеродными атомами. Атомы водорода или галогена могут присоединяться также к атомам углерода 1 и 2 (1,2-присоединение), при этом вторая двойная связь в алкадиене не изменяется.
CH2 = CH – CH = CH2 + H2 ( CH3 – CH = CH – CH3
CH2 = CH – CH = CH2 + Br2 ( CH2Br – CH = CH – CH2Br
2. Гидрогалогенирование Присоединение хлороводорода к бутадиену-1,3 приводит к образованию продуктов 1,2- и 1,4-присоединения: ( CH2Cl – CH = CH – CH3 CH2 = CH – CH = CH2 + HCl –| ( CH2 = CH – CHCl – CH3 3. Полимеризация 4. Горение
Получение
Дегидрирование алканов
CH3 – CH2 – CH2 – CH3 ( CH2 = CH – CH = CH2 + 2H2
Реакция Лебедева (дегидрирование и дегидратация)
ZnO и Al2O3 – католизаторы
C2H5OH + C2H5OH ( CH2 = CH – CH = CH2 + 2H2O + H2
Применение
Алкадиены применяются для производства каучука.
Каучук.
В современной промышленности важную роль играю эластомеры – высокомолекулярные вещества, сохраняющие эластичность в широком интервале температур Эластомеры легко изменяют фирму при внешнем воздействии, а после окончания воздействия принимают исходную форму. Типичными эластомерами являются каучуки. Натуральный каучук. Натуральный каучук получается из природного сырья — сока дерева гевеи, распространенного в Южной Америке (главным образом в Бразилии). На воздухе белый млечный сок этого дерева быстро твердеет и темнеет, превращаясь в эластичную массу. Натуральный каучук представляет собой полимер изопрена, его состав отвечает формуле: [pic]
Синтетический каучук. Большие потребности промышленности в каучуке обусловили разработку синтетических способов его получения. В СССР синтетический каучук начал впервые производиться в промышленных масштабах в 19321 по способу С. В. Лебедева. Этот способ заключался в полимеризации бутадиена-1,3 в присутствии металлического натрия в качестве катализатора:
nСН2 = СН – СН =CH2 ( (– СН2 – СН = СН – СН2 –)n бутадиен-1,3 бутадиеновый каучук (полибуталиен)
Такой каучук уступает по свойствам натуральному: он менее эластичен, изделия из него быстрее изнашиваются. Каучук используют в производстве шин, резинотехнических изделий, клеев, эбонита, медицинских и бытовых изделий. Для превращения каучука в резину проводят вулканизацию каучука. Резина отличается от каучука большей эластичностью и прочностью. Она устойчивее к действию температуры и растворителей.
| |