Урок по теме: «Окислительные свойства серной и азотной кислот».
Цель: обобщить, систематизировать и расширить знания учащихся об окислительно-восстановительных реакциях, важнейших окислителях и продуктах их восстановления.
Задачи:
Совершенствовать знания о свойствах кислот при рассмотрении особых свойств концентрированных серной и азотной кислот. Закрепить умение определять степени окисления элементов, окислитель и восстановитель, расставлять коэффициенты методом электронного баланса.
Совершенствовать умение определять окислительно-восстановительные свойства веществ, прогнозировать продукты реакций в зависимости от активности металлов, концентрации кислот и реакции среды раствора.
Продолжить подготовку к ЕГЭ по химии.
Тип урока: комбинированный.
Ход урока.
I. Организационный момент.
II. Актуализация знаний, умений и навыков.
II I. Изучение новой темы.
Из кислот наибольшее значение имеют серная и азотная кислоты. Их окислительные свойства рассмотрим более подробно.
Серная кислота.
Окислительные свойства серной кислоты зависят от ее концентрации и типа металла, с которым она взаимодействует. Разбавленная серная кислота окисляет металлы, стоящие в ряду активности до водорода, за счет ионов Н+.
Zn + H2SO4(p) = ZnSO4 + H2
У концентрированной серной кислоты окислителем является элемент образующий кислотный остаток - SO42- , за счет атома серы в максимальной степени окисления. Окислительные свойства SO42- значительно выше, чем иона водорода Н+, поэтому концентрированная серная кислота взаимодействует практически со всеми металлами, расположенными в ряду напряжений как до водорода, так и после водорода, кроме золото и платины, также с многими неметаллами. Так как окислителем в концентрированной серной кислоте является ион кислотного остатка, за счет атома серы в степени окисления +6, а не ион водорода то при взаимодействии с концентрированной серной кислоты с металлами водород не выделяется. Металл под действием концентрированной серной кислоты окисляется до характерной степени окисления и образует соль, а продукт восстановления кислоты зависит от активности металла и степени разбавления кислоты.
Взаимодействие металлов с концентрированной серной кислотой.
В зависимости от активности металла, и от условий протекания реакций могут выделяться SO2, S, H2S:
При обычных условиях:
Взаимодействие активных металлов с конц. серной кислотой (Li – Zn)
8Na + 5H2SO4(k) = 4Na2SO4 + H2S + 4H2O (соль, H2S, H2O).
Взаимодействие металлов средней активности с конц. серной кислотой (Cd – Pb).
3Ni + 4H2SO4(k) = 3NiSO4 + S + 4H2O (соль, S, H2O)
Взаимодействие пассивных металлов с конц. серной кислотой (Me, стоящие в ряду напряжений металлов после H2, Fe)
Cu + H2SO4(k) = CuSO4 + SO2 + H2O (соль, SO2, H2O).
На схемах указаны продукты, содержание которых максимально среди возможных продуктов восстановления кислот. Так при взаимодействии серной кислоты с цинком или с магнием в зависимости от концентрации кислоты одновременно могут образоваться различные продукты восстановления серной кислоты – SO2, S, H2S.
Zn + 2H2SO4 (70%) = ZnSO4 + SO2 + H2O
3Zn + 4H2SO4 (40%) = 3ZnSO4 + S + 4H2O
4Zn + 5H2SO4 (25%) = 4ZnSO4 + H2S + 4H2O
Взаимодействие с неметаллами.
Окислительно-восстановительные процессы происходят и в случае нагревания некоторых неметаллов с концентрированной серной кислотой:
C + 2H2SO4(k) = CO2 + 2SO2 + 2H2O
S + H2SO4(k) = 3SO2 + 2H2O
Азотная кислота .
Самое интересное свойство: взаимодействие с металлами.
Водород при взаимодействии с металлами никогда не выделяется
Схема реакции азотной кислоты (и разбавленной, и концентрированной) с металлами:
HNO3 + Ме → нитрат + H2O + продукт восстановленного азота
Два нюанса:
1. Алюминий , железо и хром с концентрированной азотной кислотой в нормальных условиях не реагируют, из-за пассивации. Нужно нагреть.
2. С платиной и золотом концентрированная азотная кислота не реагирует вообще.
Чтобы понять до чего вообще может восстанавливаться азот, посмотрим на диаграмму его степеней окисления:
Азот +5 – окислитель, будет восстанавливаться, то есть понижать степень окисления.
Все возможные продукты восстановления азотной на диаграмме обведены красным.
Определить какой именно продукт будет образовываться можно чисто логически:
до таких низких степеней окисления как -3 или +1, с образованием продуктовNH4NO3 или N2O соответственно, азот восстанавливают только достаточно сильные, активные металлы: щелочные — 1-я группа главная подгруппа, щелочноземельные, а так же Al и Zn. Как ранее уже было сказано, разбавленная кислота восстанавливается глубже, поэтому при взаимодействии активных металлов с конц. азотной кислотой образуется N2O, а при взаимодействии с разб. азотной кислотой NH4NO3.
4Ba + 10HNO3(конц.) → 4Ba(NO3)2 + 5H2O + N2O↑
4Ba + 10HNO3(разб.) → 4Ba(NO3)2 + 3H2O + NH4NO3
8Li + 10HNO3(конц.) → 8LiNO3 + 5H2O + N2O↑
8Li + 10HNO3(разб.) → 8LiNO3 + 3H2O + NH4NO3
8Al + 30HNO3(конц.) (t)→ 8Al(NO3)3 + 15H2O + 3N2O↑
8Al + 30HNO3( разб .) → 8Al(NO3)3 + 9H2O + 3NH4NO3
Остальные металлы восстанавливают азотную кислоту до +2 или +4, с образованием продуктов соответственно: NO или NO2.
Разбавленная кислота восстанавливается глубже
при взаимодействии с ней металлов, не отличающихся особой активностью, будет образовываться NO. Ну а с конц. азотной NO2:
Cu + 4HNO3( конц .) → Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2↑
3Cu + 8HNO3( разб .) → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO↑
Fe + 6HNO3(конц.) (t)→ Fe(NO3)3 + 3H2O + 3NO2↑
Fe + 4HNO3(разб.) → Fe(NO3)3 + 2H2O + NO↑
(обратите внимание, что железо окисляется до высшей степени окисления)
Ag + 2HNO3(конц.) → AgNO3 + H2O + NO2↑
3Ag + 4HNO3(разб.) → 3AgNO3 + 2H2O + NO↑
IV .Закрепление:
Задание 1. Закончите уравнения возможных реакций:
а) Li + H2SO4(k) =
б) Ag + H2SO4(p) =
в) AI + H2SO4(k) =
г) AI + H2SO4(p) =
д) Hg + H2SO4(k) =
е) Ni + H2SO4(k) =
ж) Сa + HNO3 (к) =
з) Сa + HNO3 (p) =
Задание 2. Осуществите превращения, окислительно-восстановительные реакции уравнивайте методом электронного баланса, определите окислитель и восстановитель.
H2SO4→ SO2 → SO3 → H2SO4 → CuSO4 → H2SO4 → ZnSO4
NH4Cl→ NH3 → N2 → NO → NO2 → HNO3 → NO2
Задание 3. Напишите уравнения реакций взаимодействия азотной кислоты со следующими веществами в молекулярном и ионном виде:
a) Al2O3
б) Ba(OH)2
в) Na2S