Урок №35. Соли азотной кислоты. Азотные удобрения
Нитраты (селитры)
Азотная кислота – одноосновная, образует один ряд солей – нитраты состава:
Me(NO3)n
и
NH4NO3
Нитраты калия, натрия, кальция и аммония называют селитрами. Например, селитры: KNO3 – нитрат калия (индийская селитра), NаNО3 – нитрат натрия (чилийская селитра), Са(NО3)2 – нитрат кальция (норвежская селитра), NH4NO3 – нитрат аммония (аммиачная или аммонийная селитра, ее месторождений в природе нет). Германская промышленность считается первой в мире, получившей соль NH4NO3 из азота N2 воздуха и водорода воды, пригодную для питания растений.
Физические свойства
Нитраты – вещества с преимущественно ионным типом кристаллических решёток. При обычных условиях это твёрдые кристаллические вещества, все нитраты хорошо растворимы в воде, сильные электролиты.
Получение нитратов
Нитраты образуются при взаимодействии:
1) Металл + Азотная кислота
Cu + 4HNO3(k) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
2) Основный оксид + Азотная кислота
CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O
3) Основание + Азотная кислота
HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O
4) Аммиак + Азотная кислота
NH3 + HNO3 = NH4NO3
Вытеснительный ряд кислот
5) Соль слабой кислоты + Азотная кислота
В соответствие с рядом кислот каждая предыдущая кислота может вытеснить из соли последующую:
2HNO3 + Na2CO3 = 2NaNO3 + H2O + CO2↑
6) Оксид азота (IV) + щёлочь
2NO2 + NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O
в присутствии кислорода -
4NO2 + O2 + 4NaOH = 4NaNO3 + 2H2O
Ряд активности металлов Бекетова Н.Н.
Химические свойства нитратов
I. Общие с другими солями
1) C металлами
Металл, стоящий в ряду активности Бекетова Н.Н. левее, вытесняет последующие из их солей:
Cu(NO3)2 + Zn = Cu + Zn(NO3)2
2) С кислотами
AgNO3 + HCl = AgCl↓ + HNO3
3) Со щелочами
Cu(NO3)2 + 2NaOH = Cu(OH)2 ↓ + 2NaNO3
4) C cолями
2AgNO3 + BaCl2 = Ba(NO3)2 + 2AgCl↓
II. Специфические
Все нитраты термически неустойчивы. При нагревании они разлагаются с образованием кислорода. Характер других продуктов реакции зависит от положения металла, образующего нитрат, в электрохимическом ряду напряжений (см. схему "Термическое разложение нитратов"):
Схема "Термическое разложение нитратов"
1) Нитраты щелочных (исключение - нитрат лития) и щелочноземельных металлов разлагаются до нитритов:
2NaNO3 =T,°C= 2NaNO2 + O2↑
2КNO3 =T,°C= 2KNO2 + O2
Термическое разложение нитрата калия
2) Нитраты менее активных металлов от Mg до Cu включительно и нитрат лития разлагаются до оксидов:
2Mg(NO3)2 =T,°C= 2MgO + 4NO2↑ + O2↑
2Cu(NO3)2 =T,°C= 2CuO + 4NO2 ↑+ O2↑
Исключения:
4LiNO3 =T,°C= 2Li2O + 4NO2 + O2
Mn(NO3)2=T,°C=MnO2 + 2NO2
4Fe(NO3)2=T,°C=2Fe2O3 + 8NO2 + O2
3) Нитраты наименее неактивных металлов (правее меди) разлагаются до металлов:
Hg(NO3)2 =T,°C= Hg + 2NO2↑ + O2↑
2AgNO3 =T,°C= 2Ag + 2NO2↑+ O2↑
4) Нитрат и нитрит аммония:
Нитрат аммония разлагается в зависимости от температуры так:
NH4NO3 =190-245°C= N2O↑+ 2H2O
2NH4NO3 =250-300°C= N2↑ + 2NO + 4H2O
2NH4NO3 =>300°C= 2N2↑+ O2 + 4H2O
Нитрит аммония:
NH4NO2 =T,°C= N2↑+ 2H2O
Видео: Получение азота разложением нитрита аммония
Качественная реакция на нитрат-ион NO3–
Взаимодействие нитратов c металлической медью при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты или с раствором дифениламина в Н2SO4 (конц.).
Видео-опыт "Качественная реакция на нитрат-ион"
В большую сухую пробирку поместить зачищенную медную пластинку, несколько кристалликов нитрата калия, прилить несколько капель концентрированной серной кислоты. Пробирку закрыть ватным тампоном, смоченным концентрированным раствором щелочи и нагреть.
Признаки реакции - в пробирке появляются бурые пары оксида азота (IV), что лучше наблюдать на белом экране, а на границе медь – реакционная смесь появляются зеленоватые кристаллы нитрата меди(II).
Протекают следующие уравнения реакций:
КNO3 (кр.) + Н2SO4 (конц.) =T,°C= КНSО4 + НNО3↑
Cu + 4HNO3 (конц.) =T,°C= Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Азотные удобрения
Азот один из основных элементов, необходимых для жизни, так как входит в состав всех аминокислот, а значит и белка. Вне белковых тел жизнь невозможна. Атмосферный азот растения усваивать непосредственно не умеют, зато они усваивают азот из почвы в двух формах: одна нитратная (в виде нитрат – ионов), другая – аммонийная (в виде ионов аммония). Причем наиболее предпочтительна аммонийная, потому что азот в этой форме сразу идет на построение аминокислот, образующих белок.
А вот нитратная форма должна сначала восстановиться до аммонийной и только потом будет усвоена растением. Без достаточного количества азота в почве растение не сможет набрать нужную вегетативную массу, а вот если его совсем не будет хватать, тогда нижние листья растений становятся бледно-зелеными, а потом уже все, начиная с верхушки, буреют и отпадают.
После уборки урожая азот в больших количествах уносится из почвы и вновь внести его в землю можно только с помощью минеральных удобрений. Недостаток азота в почве издавна восполняли органическими подкормками: перегноем и навозом. Производимые сейчас минеральные удобрения нельзя также вносить неконтролируемо, например, сульфат аммония после многократного внесения из-за гидролиза соли может привести к закислению почв, и его нужно нейтрализовать известью.
Все азотные удобрения хорошо растворимы в воде. Самое первое широко применяемое минеральное удобрение – это чилийская селитра (нитрат натрия), его впервые обнаружили и стали вывозить из Чили. Однако, запасы чилийской селитры стали быстро истощаться в связи с тем, что ее использовали и для производства пороха. Другим даже более ценным для растения стало удобрение – аммиачная селитра, его производство наладили после открытого немцем Фридрихом Габером способа связывания атмосферного азота в аммиак. Аммиачная селитра содержит азот сразу в двух формах: в нитратной и аммонийной. Получают ее так:
HNO3(разб.) + NH3 = NH4 NO3
Неудобство в ее использовании состоит в том, что оно легко слеживается, поэтому его нужно гранулировать, а также оно хорошо растворимо в воде, поэтому может быть смыто с поля первым же ливнем, и кроме того, при определенных условиях (при повышении температуры около 200оС) становится даже взрывоопасным.
Самое концентрированное и лекгоусваиваемое растениями азотное удобрение – это широко известная мочевина или карбамид – (NH2)2CO, массовая доля азота в нем 46%. Технологический процесс его производства довольно сложен и идет под давлением 20000 КПа и температуре около 200 0С и выражается уравнением:
2NH3 + CO2 = (NH2)2CO + H2O
Химическая промышленность выпускает также и сульфат аммония, гораздо более бедный по содержанию азота в нем, но зато очень дешевый, ведь это удобрение получают как побочный продукт при очистке коксового газа от аммиака серной кислотой:
2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4
К его недостаткам можно отнести относительную бедность азотом и при многократном его использовании закисление почв.