"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Нитраты — соли азотной кислоты, содержащие нитрат-ион NO₃⁻. По зарядам ионов можно составить формулу соли, а по положению металла в ряду активности — предсказать, что образуется при её нагревании. Нитраты растворимы в воде, но ведут себя при нагревании по-разному: одни превращаются в нитриты, другие дают оксиды или металлы, бурый газ NO₂ и кислород. Эти закономерности помогают составлять и проверять уравнения реакций.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Нитраты — это соли азотной кислоты, содержащие нитрат-ион NO₃⁻. Примеры формул: NaNO₃, KNO₃, Ca(NO₃)₂. Название и формула помогают узнать состав соли и отличить её от других солей азота.
Нитрат-ион состоит из одного атома азота и трёх атомов кислорода, его заряд равен −1. Он является кислотным остатком азотной кислоты: если от формулы HNO₃ мысленно убрать ион водорода H⁺, останется NO₃⁻. Знание заряда нужно, чтобы правильно составлять формулы солей.
Нитриты — соли азотистой кислоты HNO₂, в которых содержится нитрит-ион NO₂⁻. В частности, нитрит может образоваться при нагревании некоторых нитратов: из нитрата калия получается нитрит калия и кислород. Различие между нитратом и нитритом — один атом кислорода в составе иона.
Термическое разложение нитратов — их превращение при нагревании в другие вещества. В зависимости от металла продуктами могут быть нитрит или оксид металла, сам металл, а также газы. Это определение помогает понять, почему для разных нитратов записывают разные уравнения.
Чтобы составить формулу нитрата, учитывают заряды его частиц: нитрат-ион имеет заряд −1, а катион металла — положительный заряд. Число ионов выбирают так, чтобы общий заряд соли был нулевым: один Na⁺ соединяется с одним NO₃⁻, поэтому получается NaNO₃. У Ca²⁺ заряд вдвое больше, значит, ему нужны два нитрат-иона; формула — Ca(NO₃)₂, а скобки показывают, что группа NO₃ повторяется.
Все нитраты растворимы в воде. Растворение означает, что соль распадается на подвижные ионы, поэтому её формулу можно использовать при записи состава раствора и реакций в нём. Правило растворимости также помогает не искать исключения, когда нужно определить, останется ли нитрат растворённым в воде.
При нагревании нитратов наиболее активных металлов, например калия, один атом кислорода от каждой группы NO₃ переходит в молекулы O₂, а оставшаяся часть становится нитрит-ионом NO₂⁻. Поэтому образуются нитрит металла и кислород: 2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂. Для нитратов металлов средней активности характерно другое превращение: образуется оксид металла, а часть кислорода и азота выделяется в виде NO₂ и O₂.
Нитраты малоактивных металлов могут разлагаться до самого металла, бурого газа NO₂ и кислорода. Это связано с тем, что при нагревании такие металлы не сохраняются в составе оксида: образовавшийся оксид может распадаться дальше. Поэтому сначала определяют металл и его положение в ряду активности, а затем выбирают схему реакции; активность металла служит ориентиром для предсказания продуктов.
Уравнение реакции должно сохранять число атомов каждого элемента: атомы не исчезают, а только перераспределяются между продуктами. Например, при разложении нитрата меди(II) бурый газ NO₂ указывает на оксид азота(IV), а выделение газа, который поддерживает горение, проверяют тлеющей лучинкой — это кислород. После записи формул подсчитывают атомы слева и справа и подбирают коэффициенты, не меняя индексы веществ.
| Группа нитрата | Продукты разложения | Пример уравнения |
|---|---|---|
| Нитраты наиболее активных металлов | Нитрит металла и кислород | 2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂ |
| Нитраты металлов средней активности | Оксид металла, NO₂ и кислород | 2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂ + O₂ |
| Нитраты малоактивных металлов | Металл, NO₂ и кислород | 2AgNO₃ → 2Ag + 2NO₂ + O₂ |
Пользуйся таблицей после того, как определишь металл и его активность: это помогает выбрать подходящие продукты реакции. Затем проверь, что выбранный пример соответствует этой группе, и уравняй число атомов слева и справа. В таблице приведены типичные представители групп, а не полный перечень всех нитратов.
Условие: запишите формулу нитрата алюминия, если алюминий образует ион Al³⁺. Нужно подобрать число нитрат-ионов так, чтобы общий заряд соли стал равен нулю. Заряд нитрат-иона NO₃⁻ равен −1, поэтому одного такого иона недостаточно.
Ответ: Al(NO₃)₃. Проверка: один катион даёт суммарный заряд +3, а три аниона — −3.
Условие: запишите и уравняйте реакцию разложения KNO₃ при нагревании. Калий — активный металл, поэтому выбираем схему, в которой нитрат превращается в нитрит и кислород. Теперь нужно подобрать коэффициенты, сохранив число атомов каждого элемента.
Ответ: 2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂. Коэффициенты показывают, что из двух формульных порций нитрата калия получается одна молекула кислорода.
Условие: при нагревании 1 моль Cu(NO₃)₂ определить продукты реакции и количество выделившегося кислорода. Медь относится к металлам средней активности, поэтому образуются оксид меди(II), NO₂ и O₂. Коэффициент перед O₂ в уравнении будет показывать, сколько кислорода соответствует двум молям нитрата.
Ответ: продукты — CuO, NO₂ и O₂; выделяется 0,5 моль кислорода.
Ошибка: записать нитрат кальция как CaNO₃₂. Так делают, перенося индекс 2 без скобок, но он должен относиться ко всей группе NO₃, а не только к последнему атому. Проверь себя: в формуле должны быть два атома азота и шесть атомов кислорода, значит, правильно писать Ca(NO₃)₂.
Ошибка: считать, что все нитраты при нагревании дают одинаковые вещества. Это происходит, когда не учитывают активность металла и запоминают только один пример; проверь ряд активности и выбери нужную схему разложения. Нитрат калия даёт нитрит, а нитрат меди(II) — оксид меди, NO₂ и O₂.
Ошибка: путать нитрат-ион NO₃⁻ с нитрит-ионом NO₂⁻. Названия похожи, поэтому легко пропустить разницу в составе; проверяй индексы у кислорода. В нитрат-ионе три атома кислорода, а в нитрит-ионе — два.
Ошибка: не уравнять реакцию или изменить индексы в формулах, чтобы числа атомов совпали. Индексы задают состав вещества, и их изменение означает запись уже другой формулы; для проверки подсчитай атомы каждого элемента по обе стороны. Балансируют уравнение только коэффициентами перед формулами.
Чтобы составлять формулы нитратов, нужно знать, из чего состоят кислоты и соли, каковы заряды ионов и как по ним составлять нейтральные формулы. Растворимость нитратов связывает тему с изучением свойств солей и реакций в растворах. Ряд активности металлов помогает предсказывать продукты термического разложения, а уравнения связывают эту тему с окислительно-восстановительными реакциями.
Распознавание продуктов реакции тоже опирается на знакомые свойства веществ: кислород поддерживает горение, а NO₂ заметен как бурый газ. Эти признаки помогают связать составленное уравнение с наблюдениями опыта, но работу с NO₂ проводят только в подходящих условиях из-за его токсичности.
Почему в формуле нитрата кальция нужны скобки?
Кальций имеет заряд +2, поэтому для нейтральной соли нужны два нитрат-иона NO₃⁻. Скобки показывают, что индекс 2 относится ко всей группе: формула соли — Ca(NO₃)₂.
Все ли нитраты растворимы в воде?
Да, нитраты растворимы в воде. Это общее правило для солей азотной кислоты; при составлении формул растворимые ионы записывают в составе нитрата.
Почему нитраты разных металлов разлагаются по-разному?
При нагревании поведение нитрата зависит от активности металла, входящего в его состав. По ряду активности определяют, образуются ли нитрит и кислород, оксид металла либо сам металл, а также NO₂.
Как отличить нитрат-ион от нитрит-иона?
В нитрат-ионе NO₃⁻ три атома кислорода, а в нитрит-ионе NO₂⁻ — два. Оба иона имеют заряд −1, поэтому различать их нужно по составу, а не по заряду.
Как обнаружить кислород, выделяющийся при разложении нитрата?
К выделившемуся газу подносят тлеющую лучинку: в кислороде она вспыхивает. Опыт проводят осторожно, поскольку при разложении некоторых нитратов одновременно образуется ядовитый бурый газ NO₂.
§ 28. Соли азотной кислоты
