ibrain.kz
RUKZ
Предыдущая тема|Следующая: Углерод и кремний: аллотропия, оксиды углерода, силикатная промышленность
Химия · 9 класс3 четвертьТема 8Лабораторная работаГОСО РК 2026Базовый

Подгруппа азота и фосфора: аммиак, азотная кислота, минеральные удобрения

Подгруппа азота и фосфора: аммиак, азотная кислота, минеральные удобрения

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы3 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ3 четвертьдескрипторы ГОСО
Раздел 1 из 5
1

Аммиак и соли аммония

Аммиак NH₃ — бесцветный газ с резким характерным запахом («нашатырного спирта»), почти в 2 раза легче воздуха (M = 17 г/моль). В молекуле NH₃ атом азота образует три ковалентные полярные связи с атомами водорода за счет sp³-гибридизации (пирамидальное строение) и обладает одной свободной неподеленной электронной парой.

Аммиак обладает рекордной растворимостью в воде: при 20 °C в 1 объеме воды растворяется около 700 объемов NH₃! Растворение сопровождается образованием гидрата аммиака (слабого основания):

NH₃ + H₂O ⇄ NH₃·H₂O ⇄ NH₄⁺ + OH⁻.

Водный раствор аммиака окрашивает фенолфталеин в малиновый цвет.

Ион аммония NH₄⁺ образуется по донорно-акцепторному механизму: неподеленная пара азота переходит на свободную орбиталь катиона H⁺. Качественная реакция на соли аммония — нагревание с твердыми щелочами: NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃↑ + H₂O (появление резкого запаха аммиака и посинение влажного лакмуса).

Схема: Синтез аммиака Габера-Боша и свойства азотной кислоты

Анимированная модель
N₂(г) + 3H₂(г) ⇄ 2NH₃(г) + 92 кДж4 моль газа (слева) ⇄ 2 моль газа (справа) + QТемпература (T)T ↑ → смещение влево ←(в сторону поглощения тепла)T ↓ → смещение вправо →Давление (P)P ↑ → смещение вправо →(в сторону меньшего числа моль)P ↓ → смещение влево ←Концентрация (C)C(N₂, H₂) ↑ → вправо →(в сторону расхода в-в)C(NH₃) удаление → вправо →Принцип Ле Шателье: система смещает равновесие так, чтобы ослабить внешнее воздействие
Промышленный синтез NH₃ (Fe катализатор, 450 °C, 20 МПа); окислительные свойства HNO₃ с металлами.
Сверхрастворимый газ

Аммиак NH₃

Пирамидальная молекула с неподеленной парой, обладающая основными и восстановительными свойствами.
Комплексный катион

Ион аммония NH₄⁺

Тетраэдрический катион, образованный тремя обменными и одной донорно-акцепторной связью.

Опыт «Фонтан»

При введении капли воды в колбу с сухим аммиаком давление внутри падает почти до вакуума, и вода снизу с огромной силой врывается малиновым фонтаном.

Шаг 1
Получение аммиака
Нагреть сухую смесь хлорида аммония NH₄Cl и гашеной извести Ca(OH)₂.
Шаг 2
Сбор газа
Собирать аммиак в перевернутую дном вверх сухую пробирку (он легче воздуха).
Шаг 3
Идентификация
Поднести влажную лакмусовую бумажку: она мгновенно синеет от щелочной среды.
Донорно-акцепторное образование катиона аммония
H3N:+H+⟶[H3N ⁣−H]+≡NH4+\text{H}_3\text{N}: + \text{H}^+ \longrightarrow [\text{H}_3\text{N}\!-\text{H}]^+ \equiv \text{NH}_4^+
Все 4 связи N–H в катионе аммония абсолютно неразличимы по длине (0.103 нм) и энергии.
Раздел 2 из 5
2

Азотная кислота HNO₃ и ее специфические окислительные свойства

Азотная кислота HNO₃ — сильная одноосновная кислота и сильнейший окислитель (азот в высшей степени окисления +5). В чистом виде — бесцветная дымящая на воздухе жидкость с удушливым запахом, на свету желтеет из-за разложения: 4HNO₃ → 4NO₂ + O₂ + 2H₂O.

Главная химическая особенность HNO₃: ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С МЕТАЛЛАМИ ВОДОРОД НИКОГДА НЕ ВЫДЕЛЯЕТСЯ! Вместо H₂ образуются продукты восстановления азота: NO₂ (бурый газ), NO (бесцветный газ), N₂O, N₂ или нитрат аммония NH₄NO₃ в зависимости от концентрации кислоты и активности металла.

Правила взаимодействия HNO₃ с металлами:

• Металлы после водорода (Cu, Ag) с концентрированной HNO₃ дают бурый газ NO₂↑, а с разбавленной — бесцветный газ NO↑ (буреющий на воздухе: 2NO + O₂ → 2NO₂);

• Железо Fe, хром Cr и алюминий Al на холоду пассивируются концентрированной HNO₃;

• «Царская водка» (смесь 1 объема концентрированной HNO₃ и 3 объемов концентрированной HCl) растворяет даже благородные металлы — золото Au и платину Pt.

Сверхокислитель

Азотная кислота HNO₃

Кислота, окисляющая почти все металлы до нитратов с выделением токсичных оксидов азота NOₓ.
Уникальный реактив

«Царская водка»

Смесь HNO₃ и HCl (1:3), выделяющая атомарный хлор и растворяющая золото: Au + HNO₃ + 4HCl = H[AuCl₄] + NO + 2H₂O.

Ксантопротеиновая проба

При попадании капли HNO₃ на кожу белки денатурируют с появлением стойкого ярко-желтого пятна нитросоединений.

Шаг 1
Определение концентрации HNO₃
Установить концентрацию: концентрированная (>60%) или разбавленная (<30%).
Шаг 2
Определение активности металла
Малоактивный металл (Cu, Ag) с конц. дает NO₂, с разб. — NO.
Шаг 3
Уравнивание электронным балансом
Составить электронный баланс и уравнять молекулярное уравнение.
Окисление меди разбавленной азотной кислотой
3Cu+8HNO3(разб)⟶3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O3\text{Cu} + 8\text{HNO}_3\text{(разб)} \longrightarrow 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO}\uparrow + 4\text{H}_2\text{O}
Выделяющийся монооксид азота NO при контакте с воздухом мгновенно окисляется в бурый NO₂.
Раздел 3 из 5
3

Фосфорная кислота и минеральные удобрения

Фосфор P образует аллотропные модификации: белый фосфор P₄ (воскообразный, ядовитый, самовоспламеняется на воздухе и светится в темноте) и красный фосфор P (аморфный нетоксичный порошок, используемый в спичечных коробках).

При сгорании фосфора образуется оксид фосфора(V) P₂O₅, который при гидратации дает ортофосфорную кислоту H₃PO₄ (кислота средней силы, не обладает окислительными свойствами азотной кислоты).

Минеральные удобрения — химические вещества, вносимые в почву для питания растений макроэлементами (азотом N, фосфором P, калием K):

1. Азотные удобрения (стимулируют рост зеленой массы, синтез белков): аммиачная селитра NH₄NO₃, мочевина (карбамид) (NH₂)₂CO (самое богатое азотом удобрение, 46% N), сульфат аммония (NH₄)₂SO₄.

2. Фосфорные удобрения (ускоряют созревание плодов, развитие корневой системы): простой суперфосфат Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄, двойной суперфосфат Ca(H₂PO₄)₂, преципитат CaHPO₄·2H₂O, фосфоритная мука Ca₃(PO₄)₂.

3. Калийные удобрения (повышают засухо- и морозоустойчивость): хлорид калия KCl, сульфат калия K₂SO₄, древесная зола (содержит поташ K₂CO₃).

Агрохимия

Комплекс NPK

Три главных питательных макроэлемента растений: азот (N), фосфор (P) и калий (K).
Аналитическое качество

Аммофос

Высококонцентрированное комплексное азотно-фосфорное удобрение (смесь NH₄H₂PO₄ и (NH₄)₂HPO₄).

Опасность нитратов

Избыточное внесение азотных удобрений приводит к накоплению токсичных нитратов NO₃⁻ в овощах и бахчевых культурах.

Шаг 1
Определение действующего элемента
Выяснить, какое удобрение требуется: азотное, фосфорное или калийное.
Шаг 2
Расчет массовой доли питательного элемента
Рассчитать ω(N) или ω(P₂O₅) по формуле ω = (n · Ar) / Mr.
Шаг 3
Оценка растворимости
Определить форму внесения: под вспашку (труднорастворимые) или в подкормку (легкорастворимые).
Получение простого суперфосфата
Ca3(PO4)2+2H2SO4⟶Ca(H2PO4)2+2CaSO4⏟простой суперфосфат\text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2 + 2\text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \underbrace{\text{Ca(H}_2\text{PO}_4)_2 + 2\text{CaSO}_4}_{\text{простой суперфосфат}}
Нерастворимый природный апатит переводится в растворимый дигидрофосфат кальция, легко усваиваемый корнями растений.
Раздел 4 из 5
4

Алгоритм лабораторного синтеза и распознавания аммиака NH₃

Методика работы со свободным аммиаком:

Шаг 1
Реакция соли аммония со щелочью
Смешать сухие порошки хлорида аммония NH₄Cl и гидроксида кальция Ca(OH)₂ и слегка нагреть: 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ —(t)→ CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O.
Шаг 2
Сбор аммиака методом вытеснения воздуха
Так как аммиак значительно легче воздуха (M = 17 г/моль < 29 г/моль) и колоссально растворим в воде (до 700 объемов NH₃ в 1 объеме воды!), его собирают в сухую перевернутую пробирку ДНОМ ВВЕРХ!
Шаг 3
Качественные признаки
Характерный резкий удушливый запах; влажная фенолфталеиновая бумажка у горлышка окрашивается в малиновый цвет; при поднесении стеклянной палочки, смоченной HCl(конц), образуется густой «дым без огня» (микрокристаллы NH₄Cl).
Раздел 5 из 5
5

Ловушки ЕНТ: Специфика азотной кислоты HNO₃ при взаимодействии с металлами

Азотная кислота — уникальный окислитель:

1. Водород H₂ НЕ выделяется ни при какой концентрации кислоты ни с какими металлами!

2. Реакция меди с HNO₃:

• С концентрированной HNO₃ (конц) выделяется «бурый газ» (диоксид азота NO₂):

Cu + 4HNO₃(конц) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑(бурый) + 2H₂O;

• С разбавленной HNO₃ (разб) выделяется бесцветный оксид азота(II) NO, который на воздухе мгновенно буреет:

3Cu + 8HNO₃(разб) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑(бесцветный) + 4H₂O (2NO + O₂ → 2NO₂).

3. Сверхразбавленная HNO₃ с активными металлами (Mg, Zn) восстанавливается до нитрата аммония NH₄NO₃!

Концентрированная vs разбавленная HNO₃

С медью: концентрированная HNO₃ дает бурый газ NO₂; разбавленная HNO₃ дает бесцветный NO! Железо и алюминий на холоду пассивируются концентрированной HNO₃.

Ваш прогресс по теме25%
Оглавление урока
Шпаргалка формул9 класс
Степень электролитической диссоциации:
α=Nдис/Nобщ=Cдис/Cобщ\alpha = N_{дис} / N_{общ} = C_{дис} / C_{общ}[б/р или %]
Закон разбавления Оствальда:
Kd=(α2⋅C)/(1−α)≈α2⋅CK_d = (\alpha^2 \cdot C) / (1 - \alpha) \approx \alpha^2 \cdot C[моль/л]
Ионное произведение воды:
K_w = [H^+] \cdot [OH^-] = 1.0 \cdot 10^{-14} \text{ (при 25°C)}[моль²/л²]
Водородный показатель pH:
pH=−lg⁡[H+],pOH=−lg⁡[OH−],pH+pOH=14pH = -\lg [H^+], \quad pOH = -\lg [OH^-], \quad pH + pOH = 14[ед. pH]
Следующая тема

Углерод и кремний: аллотропия, оксиды углерода, силикатная промышленность

Перейти к теме →