Изучение свойств азотной кислоты

«Химик не такой должен быть, который дальше дыму и пеплу ничего не видит, а такой, который на основании опытных данных может делать теоретические выводы».
М.В. Ломоносов

Цели урока:

• на основе экспериментальных данных закрепить знания об общих свойствах кислот (на примере HNO₃) в свете теории электролитической диссоциации,
• рассмотреть специфические свойства HNO₃ в свете теории окислительно- восстановительных реакций,
• повысить технику химического эксперимента учащихся,
• создать условия для развития у учащихся умения анализировать результаты лабораторных исследований, практических умений работать с реактивами, оборудованием в соответствии с правилами по технике безопасности,
• выполнение презентации по данной теме в Microsoft PowerPoint.

Оборудование: HNO₃ разбавленная и концентрированная, медная проволока, индикаторные бумаги, фенолфталеин, растворы NaOH, K₂CO₃, порошок CuO, штатив с пробирками, инструктаж по ТБ.

Структура проведения урока

Ребята, нам в руки попал старинный пергамент, содержание которого нам придется расшифровать.

Вопрос: Монах-алхимик Бонавентура в 1270 году в поисках универсального растворителя «алкагеста» решил нагреть смесь железного купороса с селитрой. Сосуд, в котором была смесь, вскоре наполнился красно-бурым «дымом». Монах в изумлении застыл, затем убрал огонь и увидел, как в колбу-приемник стала капать желтоватая жидкость. Она действовала на все металлы, даже на серебро и ртуть. Алхимики думали, что сидящий в жидкости рыжий дым является демоном, управляющим одной из стихий природы – водой. Поэтому желтоватую жидкость называли «крепкой водой» или «крепкой водкой». Это название сохранилось до времен М. В. Ломоносова. Как сейчас называют это вещество?

Ответ: Так раньше называли азотную кислоту. Бонавентура получил ее по реакции:

2 FeSO₄ · 7Н₂О + 4 КNO₃ = Fe₂О₃ + 2 К₂SO₄ + 2НNO₃ +13Н₂О +2NO₂

Красно-бурый дым – это NО₂

С 1720 года в России азотную кислоту получали более простым способом:

2КNO₃ + Н₂SO₄ = К₂SO₄ + 2НNO₃

Сегодня на уроке мы с вами должны, опираясь на эксперименты, закрепить знания об общих и специфических свойствах азотной кислоты с позиции теорий окислительно-восстановительных реакций и электролитической диссоциации.

Для работы класс разбивается на 5 групп, каждая из которых получает свое задание (задание 5 группе выдается за две недели до урока). Учащиеся готовятся в течение 10 минут, используя материал учебника, дополнительную информацию из справочной литературы. Затем к доске выходят по два представителя от каждой группы, один из которых записывает на доске уравнения реакций, а другой докладывает о проделанной работе. Класс принимает участие в обсуждении результатов. В рабочих тетрадях учащихся должны быть зафиксированы основные выводы, уравнения реакций по каждому из рассматриваемых вопросов. Перед выполнением работы необходимо повторить правила по технике безопасности при работе с химическим оборудованием и реактивами.

Задание группе 1.

«Изучение физических свойств концентрированной и разбавленной азотной кислоты».

Рассмотрите склянки с концентрированным и разбавленным растворами HNO₃. Запишите наблюдения в виде таблицы. Для получения дополнительных сведений используйте справочник по неорганической химии.

Зная строение HNO₃, дайте характеристику по всем известным вам признакам.

Задание группе 2.

«Изучение химических свойств разбавленной азотной кислоты».

1. Проделайте опыт, доказывающий наличие катионов Н⁺ в растворе НNO₃.
2. Проведите реакцию между раствором HNO₃ и СuO.

Составьте молекулярные, полные и сокращенные ионные уравнения реакций. Результаты исследований занесите в таблицу.

Сделайте вывод.

Задание группе 3.

«Изучение химических свойств разбавленной азотной кислоты».

1. Проведите реакцию между растворами HNO₃ и NaOH.
2. Проведите реакцию между растворами НNО₃ и К₂СО₃.

Составьте молекулярные, полные и сокращенные ионные уравнения реакций. Результаты исследований занесите в таблицу.

Сделайте вывод.

Задание группе 4.

«Изучение специфических свойств азотной кислоты».

Изучите взаимодействие HNO₃ с металлами. Для этого проведите реакции между разбавленной HNO₃ и медной проволокой и концентрированной HNO₃ и медной проволокой. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса. Результаты исследования оформите в виде таблицы.

Сделайте вывод.

Давайте ответим на вопрос: «Какими еще свойствами обладает концентрированная азотная кислота?»

Властитель индийского города Лахора по имени Ранжит-Сингх в 1811 году хвастался перед другими владыками, что его голубой алмаз не подвержен действию никаких жидких веществ. Афганский шах Шуджа сказал, что готов поспорить на сам голубой алмаз, что его придворный факир-алхимик может за сутки уменьшить массу алмаза, поместив его в жидкий «алкагест». Предложение было принято. Вскоре после погружения алмаза в растворитель, стало заметно, что камень покрылся пузырьками, а жидкость стала желтой. По истечении суток алмаз снова взвесили, и оказалось, что он потерял в весе около 1 карата (0,2 грамма). К огорчению Ранжит-Сингха, алмаз пришлось отдать шаху Шудже. Правда через 2 года силой оружия алмаз был возвращен в Лахор, но это уже другая история…О какой реакции идет речь?

Ответ: На алмазы разрушительно действует концентрированная азотная кислота. При этом алмаз медленно превращается в СО₂ , а желтый цвет жидкости придает NO₂

C + 4 HNO₃ = CO₂ + 4 NO₂ + 2Н₂О

Задание группе 5.

Оформите презентацию о физических и химических свойствах азотной кислоты, сделанную в Microsoft Power Point. Отбор материала и построение презентации проводится под руководством учителей химии и информатики.

Для закрепления изученного материала проведем химический диктант:

1. Какова степень окисления азота в азотной кислоте?
   А) +1
   Б)+3
   В)+ 4
   Г)+5

2. Какова валентность азота в азотной кислоте?
   А) I
   Б) II
   В) IV
   Г) V

3. Выберите из предложенных утверждений только те, которые справедливы для азотной кислоты:
   А) маслообразная, вязкая жидкость,
   Б) летучая жидкость,
   В) газообразное вещество,
   Г) имеет резкий раздражающий запах,
   Д) не имеет запаха,
   Е) смешивается с водой в любых соотношениях,
   Ж) раствор проводит электрический ток,
   З) «дымит на воздухе»,
   И) легче воздуха.

4. Выберите правильные ответы. Разбавленная азотная кислота проявляет общие свойства кислот в реакциях с
   А) кислотами,
   Б) основными оксидами,
   В) основаниями,
   Г) кислотными оксидами,
   Д) солями.

5. С какими из металлов будет реагировать концентрированная азотная кислота:
   А) Al
   Б) Ca
   В) Zn
   Г) Fe
   Д) Cu

6. Почему склянки с концентрированной азотной кислотой запрещается перевозить упакованными в древесные стружки?

А теперь решим задачу:

Аммиак объемом 7,84 л (н.у.) подвергли каталитическому окислению и дальнейшему превращению в азотную кислоту. Получили раствор азотной кислоты массой 200 г. Считая выход кислоты равной 40% от теоретического, определите ее массовую долю в растворе.

Решение:

4NH₃ +5O₂= 4NO +6H₂O
2NO+O₂=2NO₂
4NO₂ +2H₂O+O₂= 4HNO₃
n(NH₃) =7,84:22,4=0,35 моль
n(NH₃)=n(NO)=n(NO₂)=n(HNO₃)=0,35 моль
m(HNO₃)= 63*0,35=22,05 г( теоретическая)
m(HNO₃)=22,05*0,4=8,82 г (практическая)
w( HNO₃)=(8,82:200)*100%=4,41%

А в заключении мне хотелось бы прочитать вам сказки, которые сочинили ученики, познакомившись со свойствами азотной кислоты.

Как трудно быть особенной…

Азотная Кислота была по характеру среди своих подруг самой сильной и уверенной в себе. Внешне это особенно не проявлялось: на первом месте Н, рядом кислотный остаток, все как у всех, а как хочется, чтобы все заметили твою неповторимость!

«Эврика! Придумала» – воскликнула Азотная Кислота. И решила, что ее отношение ко всем металлам, будь то активные или благородные, будет особенным. Все кислоты отдают активным металлам водород, а благородных вообще стесняются и никаких дел не имеют. « У меня все будет иначе, – решила Азотная Кислота – эти металлы водород ни при каких условиях не получат, даже если попытаются меня разбавить водой. Отдам им только молекулярный Азот, его соединения, а с благородными буду общительнее: при моих окислительных способностях от них останется лишь мокрое место в растворах солей, и газ выйдет в виде оксидов азота! Вот так я стану исключением из правил!

Азотная кислота в старости.

Это была бесцветная, слегка буреющая жидкость. От старости она дымилась и уже давно не помнила, сколько ей лет. Над кроватью ее висела старая, пожелтевшая фотография. Судя по снимку, в молодости Азотная Кислота была очень красива и имела здоровый желтоватый цвет лица. Каждый, кто навещал старушку, поражался резкому, раздражающему запаху в комнате, а также бурому оттенку потолка (хотя недавно потолок был чисто выбелен соседями). Печку бабушка никогда не топила и электричество не зажигала, так как не переносила жару и яркий свет.

4HNO₃ = 4NO₂ + 2H₂O + O₂

К статье прилагается презентация (приложение).

Литература:

1. Б. А. Степин, Л. Ю. Аликберова «Занимательные задания и эффектные опыты по химии» Москва «Дрофа» 2002.
2. Журналы «Химия в Школе» №1-6 2003.