Раздел «Неорганическая химия» в спецификации НЦТ

Элементы V группы и их соединения

Главное по теме

Синтез аммиака: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ (катализатор Fe, около 450-500 °C, высокое давление). Реакция обратимая и экзотермическая.
Лабораторный аммиак: 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ = CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O при нагревании. Любая соль аммония со щёлочью даёт NH₃ с резким запахом.
NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ (слабое основание); NH₃ + HCl = NH₄Cl (белый дым).
Окисление аммиака на платине: 4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O - начало получения азотной кислоты.
Азотная кислота: 2NO + O₂ = 2NO₂; 4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃. Холодная концентрированная HNO₃ пассивирует Fe, Al, Cr.
Cu + 4HNO₃(конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O; 3Cu + 8HNO₃(разб.) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.
Разложение нитратов: 2NaNO₃ = 2NaNO₂ + O₂; 2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂ + O₂.
Фосфор: 4P + 5O₂ = 2P₂O₅; P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄. Фосфат-ион определяют по жёлтому осадку Ag₃PO₄ с AgNO₃.
Степени окисления азота от -3 (NH₃) до +5 (HNO₃); у фосфора чаще -3, 0, +3, +5.
Азот, фосфор и калий - основа минеральных удобрений: NH₄NO₃, Ca(H₂PO₄)₂, KCl.

Задания с разбором

1.Найди массовую долю азота в мочевине CO(NH₂)₂.

1M = 12 + 16 + 2·(14 + 2) = 60 г/моль.
2Азота 2 атома: 2 · 14 = 28.
328 / 60 = 0,467.

Ответ: 46,7 %

2.Сколько литров аммиака получится из 30 л водорода при синтезе N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ (азот в избытке, объёмы газов измерены при одинаковых условиях)?

1Объёмы газов относятся как коэффициенты: 3 объёма H₂ дают 2 объёма NH₃.
230 · 2 / 3 = 20.

Ответ: 20 л

3.Какой объём NO (н. у.) выделится при растворении 9,6 г меди в разбавленной азотной кислоте?

13Cu + 8HNO₃(разб.) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O. Водород не выделяется, азотная кислота окисляет азотом (ловушка).
2n(Cu) = 9,6 / 64 = 0,15 моль, n(NO) = 0,15 · 23 = 0,1 моль.
3V = 0,1 · 22,4 = 2,24 л.

Ответ: 2,24 л

Где теряют баллы

Азот, фосфор, аммиак, азотная кислота, удобрения
Ловушка: Думают, что азотная кислота с металлами выделяет водород; путают азотные и фосфорные удобрения.
Как решать: HNO₃ с металлами даёт оксиды азота или соли аммония, но не H₂. Азотные удобрения: мочевина, селитры, аммофос частично. Фосфорные: суперфосфат, фосфоритная мука. Калийные: поташ, KCl.

Объяснение простыми словами

Представьте поле пшеницы. Растениям нужен азот, чтобы строить белки и хлорофилл. А азота вокруг полно: в каждом вдохе почти четыре пятых составляет азот N₂. Но растения не могут взять его из воздуха, потому что молекула N₂ очень прочная: два атома соединены тройной связью. Поэтому азот приходится превращать в доступные соединения, прежде всего в аммиак, а из него делать удобрения. Вот почему тема V группы, азота и фосфора, так важна и для химии, и для сельского хозяйства.

Элементы V группы: азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут. На внешнем уровне у них пять электронов, поэтому в соединениях степени окисления бывают от -3 до +5. Азот может быть -3 (в аммиаке NH₃), 0 (в N₂), +1, +2, +3, +4 и +5 (в азотной кислоте). Обратите внимание: максимальная валентность азота IV (у него всего четыре орбитали на внешнем уровне), а степень окисления в HNO₃ равна +5. Это частый вопрос. В группе сверху вниз неметаллические свойства ослабевают: азот и фосфор неметаллы, висмут уже металл.

Дальше в Biik: продолжение объяснения, видеоразбор и проверка из 8 заданий по этой теме.

Доучи тему до конца в Biik

План на каждый день, видеоразборы, проверка из 8 заданий после каждой темы, пробник ЕНТ раз в месяц и ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы. 3 дня бесплатно, без карты.

Начать бесплатно Пройти диагностику

Диагностика покажет, сколько баллов тебе не хватает до гранта и где именно. 30 заданий после короткой бесплатной регистрации.

Термины

Азот: Элемент N, неметалл, простое вещество N₂ составляет около 78 процентов воздуха и химически малоактивно из-за тройной связи.
Аммиак: NH₃, бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворимый в воде, легче воздуха.
Нашатырный спирт: Водный раствор аммиака, слабое основание.
Ион аммония: NH₄⁺, образуется при присоединении H⁺ к аммиаку по донорно-акцепторному механизму.
Соли аммония: Соединения с катионом NH₄⁺; при нагревании со щёлочью выделяют аммиак.
Синтез Габера: Промышленное получение аммиака из азота и водорода над железным катализатором при высоком давлении.
Обратимая реакция: Реакция, идущая в обе стороны; со временем устанавливается химическое равновесие.
Принцип Ле Шателье: Если на равновесную систему воздействовать, равновесие смещается так, чтобы ослабить это воздействие; давление выгодно для синтеза NH₃.
Оксиды азота: N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₅; NO₂ бурый газ, N₂O₅ - ангидрид азотной кислоты.
Азотная кислота: HNO₃, сильная кислота и сильный окислитель, реагирует с большинством металлов без выделения водорода.
Пассивация: Образование прочной оксидной плёнки, из-за которой холодная концентрированная HNO₃ не растворяет Fe, Al, Cr.
Нитраты: Соли азотной кислоты, все растворимы в воде; при нагревании разлагаются с выделением кислорода.
Селитры: Нитраты натрия, калия, аммония и кальция, используемые как азотные удобрения.
Фосфор: Элемент P; существует как белый (ядовитый, светится) и красный фосфор, аллотропные модификации.
Оксид фосфора(V): P₂O₅, кислотный оксид, жадно поглощает воду, образует фосфорную кислоту.
Фосфорная кислота: H₃PO₄, трёхосновная кислота средней силы, образует три ряда солей.
Фосфаты: Соли H₃PO₄: средние (PO₄³⁻), гидрофосфаты (HPO₄²⁻) и дигидрофосфаты (H₂PO₄⁻).
Суперфосфат: Фосфорное удобрение Ca(H₂PO₄)₂ с гипсом, получают из фосфорита и серной кислоты.
Минеральные удобрения: Вещества с азотом, фосфором и калием, которые вносят в почву для питания растений.

Все темы: Химия