Нітратна та ортофосфатна кислота

Нітратна кислота	Ортофосфатна кислота
Молекулярна формула HNO3 молекул вона існує тільки в безводному стані або в парах.   Структурна формула: Валентність Нітрогену в нітратній кислоті дорівнює IV, а ступінь окиснення +5.	У молекулі фосфатної кислоти атоми гідрогену сполучені з атомами оксигену: У водному розчині фосфатна кислота дисоціює ступінчас­то. Як триосновна кислота, вона утворює солі — фосфати — трьох видів Ступінь окиснення фосфору у кислоті +5
Фізичні властивості. Нітратна, або азотна кислота НNО3 – одна з найважливіших кислот.Безводна нітратна кислота –за звичайних умов є безбарвною рідиною, важчою за воду (p=1,513 г/см^3). Вона летка і нестійка. Температура кипіння кислоти за нормального тиску становить 83^0С. Сполука змішується з водою в будь-яких співвідношеннях, утворюючи розчин. Нітратна кислота є токсичною. Її концентрований розчин спричинює пожовтіння шкіри й опіки. ГДК парів НNО3 в повітрі становить 2 мг/м^3.	Фізичні властивості. Фосфатна кислота — біла тверда речовина, з т. пл. 42,5^0С З водою змішується в будь-яких співвідношеннях. На відміну від нітрат­ної кислоти не є окисником і не розкладається при нагріванні, що пояснюється найбільшою стійкістю ступеня окиснення +5 з усіх можливих для фосфору.
Хімічні властивості. Розведена нітратна кислота має всі властивості кислот. Вона реагує з основами, солями, амфотерними гідроксидами, основними і амфотерними оксидами. Вона належить до сильних кислот. У водних розчинах дисоціює: під дією теплоти і світла частково розкладається Нітратна кислота належить до сильних одноосновних кислот. У водному розчині вона повністю дисоціює на йони: 1)дисоціація 2)взаємодіє з основними оксидами та основами: 3)Взаємодіє з солями, з обмеженою кількістю солей, оскільки нітратна кислота хоч і сильна, але вона летка: 4)Розкладається під час нагрівання і під впливом світла: 5)Взаємодіє з металами. Як сильний окисник нітратна кислота окиснює майже всі метали (за винятком золота, платини та ін.). При цьому водень не виділяється, бо відновлюється Нітроген, а не Гідроген. Лише магній може витіснити водень із нітратної кислоти, та й то на початку реакції, а далі він окиснюється з утворенням води. Нітроген відновлюється тим повніше, чим активніший метал і чим більше розбавлена кислота. Продукти відновлення можуть бути різні: NO2, NO, N2O, N2 або NH3, який з нітратною кислотою утворює сіль амоній нітрат. Тому зберігають її в прохолодному і темному місці. Кислота ж, залежно від концентрації і активності металу, може відновлюватися до сполук: +5 +4 +3 +2 +1 0 -3 -3 HNО3→NО2 →HNО2→ NО →N2О→ N2 → NH3 (NH4NО3). Утворюється також сіль нітратної кислоти.   Згідно зі схемою, концентрована нітратна кислота з важ­кими металами має відновлюватися до NO2;крім того, будуть утворюватися Н2О та сіль AgN03. Запишемо схему реакції: Ag + 2HNO3(конц.) → AgN03+ NO2+ Н2О. Розведена нітратна кислота при взаємодії зі сріблом (важ­ким металом) відновлюється до NO і утворюються вода і сіль AgN03: 3Ag+ 4HNO3(розв.) → 3AgN03+ NO + 2Н2О; Ще приклад: досить активний метал цинк залежно від кон­центрації нітратної кислоти може відновлювати її до оксиду нітрогену(І) N2O,вільного азоту N2 і навіть до аміаку NH3, який з надлишком нітратної кислоти дає нітрат амонію NH4NO3. 4Zn + 10HNO3(дуже розв.)= 4Zn (NО3)2 + NH4NO3+ 3Н2О; Слід мати на увазі, що концентрована нітратна кислота за звичайної температури не взаємодіє з алюмінієм, хромом та залізом. Нітратна кислота не реагує з Pt, Rh, Іг, Та, Au. Платина і золото розчиняються у "царській водці" — суміші 3 об'ємів концентрованої хлоридної кислоти і 1 об'єму концентрованої нітратної кислоти. Нітратна кислота взаємодіє з багатьма неметалами, окиснюючи їх до відповідних кислот. Наприклад: S + 2HNО3= H2SO4+ 2NO; 3Р + 5HNО3+ 2Н2О = 3Н3РО4 + 5NO; В + 3HNО3= НзВОз + 3NО2; С + 4HNО3= СО2 + 2Н2О + 4NО2. Взаємодія з солями. СаСО3 +2HNО3= Са (NО3)2 + СО2 ↑+ Н2О Вона також взаємодіє з органічними сполуками. Нітруван­ням останніх добувають вибухові речовини, органічні барвни­ки, ліки. Взаємодіє з органічними речовинами: а) реакції нітрування: б) реакція етерифікації: в) ксантопротеїнова реакція на білки. Нітратна кислота роз’їдає тканини, спричинює жовті плями на шкірі і виразки	Хімічні властивості. Взаємодія з металами. Фосфатна кислота, на відміну від нітратної, окисні властивості виявляє набагато слабше, тому реагує тільки з активними металами, утворюючи сіль і водень: 3Mg + 2H3PO4 = Mg2(PO4)2 ↓+ 3H2↑ Фосфат магнію – нерозчинна сіль, викликає пасивацію металу, і реакція припиняється. А в надлишку кислоти реакція відбувається, але з утворенням кислої солі: Mg + 2H3PO4 = Mg(Н2PO4)2 ↓+ 3H2↑ Взаємодія з основами. Кислота реагує зі сполуками основної та амфотерної природи (оксидами, гідроксидами) з утворенням солей – ортофосфатів. Під час таких реакцій можуть утворюватися не тільки середні солі 3NaOH+H3PO4=Na3PO4+3H2O а й кислі – гідроген фосфати, дигідрогенфосфати: 2NaOH+H3PO4(надл)=Na2НPO4+2H2O NaOH+H3PO4(надл)=NaН2PO4+H2O Взаємодія з солями. Оскільки H3PO4 - кислота середньої сили й нелетка, то з нею реагують солі слабких, летких, нестійких кислот – карбонатної, сульфідної, оцтової та ін.: Na2СО3+ 2H3PO4(надл) =2NaН2PO4+СО2+Н2О
Добування нітратної кислоти. У лабораторних умовах нітратну (азотну) кислоту добувають з її солей дією концентрованої сульфатної кислоти: KNO3+ H2SO4(к)= HNO3+ KHSO4. Реакція відбувається при слабкому нагріванні (сильне нагрівання розкладає HNO3). Суміш речовин нагрівають в установці для перегонки. HNO3 виділяється у вигляді пари, яка при охолодженні конденсується. У промисловості нітратну кислоту добувають каталітич­ним окисненням аміаку, який, у свою чергу, утворюється при сполученні водню і азоту повітря. Відкриття промислового способу окиснення аміаку до нітратної кислоти належить інженеру-хіміку І. І. Андрєєву — засновнику азотної промисловості в Росії. Він запропонував застосовувати при окисненні аміаку киснем повітря каталізатор — платинову сітку — і реалізував цей спосіб спочатку на дослідній установці в Макіївці (1916), а потім на заводі в Донецьку (колишній Юзовці) (1917). Увесь процес добування нітратної кислоти можна розді­лити на три етапи: 1. окиснення аміаку на платиновому каталізаторі до NО; 4NH3+ 5О2 = 4NО + 6Н2О; 2. окиснення киснем повітря NО до NO2: 2NО + О2 = 2NО2; 3. поглинання NО2 водою при надлишку кисню: 4NО2+ 2Н2О + О2 = 4HNО3. (3NО2 + Н2О= 2HNО3+ NО) Вихідні продукти — аміак і повітря — старанно очищають від шкідливих домішок, що отруюють каталізатор (сірково­день, пил, масла тощо). За цим способом утворюється розведена (40—60 %-ва) кислота. Концентровану нітратну кислоту (96—98 %-ву) добу­вають перегонкою розведеної кислоти у суміші з концентро­ваною сульфатною кислотою. При цьому випаровується тільки нітратна кислота. Розведену нітратну кислоту зберігають і перевозять у тарі з хромистої сталі, концентровану — в алюмінієвій тарі. Неве­лику кількість її зберігають у скляних бутлях.	Добування ортофосфатної кислоти. У промисловості фосфатну кислоту добувають двома способами: екстракційним і термічним. За першим способом подрібнений фосфат кальцію оброб­ляють сульфатною кислотою: Са3(РО4)2 + 3H2SO4= 2Н3РО4 + 3CaSО4↓. CaSО4випадає у вигляді осаду, а кислота залишається в розчині. Разом з кислотою в розчин переходить багато домішок — сульфати феруму, алюмінію та ін. Така кислота використовується при виробництві добрив. Другим способом спочатку добувають фосфор (відновлен­ням природного фосфору в електропечі). Далі його окиснюють до оксиду Р2О5, а останній сполучають з водою і діста­ють чисту кислоту (концентрація до 80 %).
Застосування. Азотна кислота — один з найважливіших продуктів основної хімічної промисловості. Велика кількість її витрачається на виробництво азотних добрив, вибухових речо­вин, лікарських речовин, барвників, пластичних мас, штучних волокон та інших матеріалів. Димляча нітратна кислота засто­совується у ракетній техніці як окисник ракетного пали	Застосування. Ортофосфатна кислота не отруйна і найбільш широко застосовується у виробництві мінеральних добрив, крім того, вона використовується у харчовій промисловості для виготовлення сиропів.

 

*напишіть рівняння реакції концентрованої та розбавленої нітратної кислоти з калієм,алюмінієм,залізом,міддю,кальцієм,барієм,сіркою,фосфором.

*Яку масу нітратної кислоти можна добути з 20,2 г калій нітрату при дії на нього надлишком сульфатної кислоти, якщо масова частка практичного виходу нітратної кислоти складає 0,98. (12,348 г)

*Яку масу розчину фосфатної кислоти з масовою часткою розчиненої речовини 65% можна одержати з кальцій фосфату масою 10 т, якщо масова частка практичного виходу складає 92%? (8,95 т)

*Яка маса фосфориту необхідна для виробництва 5 т фосфору, якщо масова частка виходу продукту реакції складає 96% від теоретично можливого? (26 т)

У водному розчині фосфатна кислота дисоціює ступінчас­то. Як триосновна кислота, вона утворює солі — фосфати — трьох видів:

1) фосфати — заміщено всі атоми гідрогену у фосфатній кислоті, наприклад К₃РО₄ — фосфат калію, (NH₄)₃P0₄-т фосфат амонію;

2) гідрогенфосфати — заміщено два атоми гідрогену кислоти, наприклад К₂НРО₄ — гідрофосфат калію, (NH₄)₂HP0₄— гідрофосфат амонію;

3) дигідрогенфосфати — заміщений один атом гідрогену кис­лоти, наприклад КН₂РО₄ — дигідрофосфат калію, NH₄H₂PO₄- дигідрофосфат амонію.

Усі фосфати лужних металів і амонію розчиняються у воді. З кальцієвих солей фосфатної кислоти розчиняється у воді лише дигідрофосфат кальцію. Гідрофосфат кальцію і фосфат кальцію розчинні в органічних кислотах (органічні кислоти є в підзолистих і тор­фових ґрунтах).

Класифікація добрив. Мінеральні добрива поділяють на прості (однобічні) і комплексні (складні та змішані).

Прості добрива містять один поживний елемент. На­приклад, натрієва селітра містить нітроген, а хлорид калію — калій і т. д.

Складні добрива в однорідних частинках містять два і більше поживних елементів. Наприклад, калійна селітра містить калій і нітроген, нітрофоска — нітроген, фосфор, калій і т. д.

Змішані добрива — це механічні суміші різних видів добрив — простих, складних або тих і інших. Вони часто називаються тукосумішами.

Мінеральні добрива часто називають туками, а промис­ловість, що їх виробляє,— туковою. Нині вона випускає по­над 40 видів мінеральних добрив.

Найбільше значення мають азотні, фосфорні та калійні добрива. Найголовніші з них представлено в таблиці 1.

Азотні добрива містять зв'язаний азот. Це селітри (нітрати натрію, калію, амонію і кальцію), солі амонію, рідкий аміак, аміачна вода, сечовина CO(NH₂)₂(застосовується і як кормовий засіб для худоби, містить найбільше азоту — 47 %) та ін. Із цих добрив тепер найширше застосовується аміачна селітра, тобто нітрат амонію. Щоб він не злежувався, його випускають у гранульованому (зернис­тому) вигляді.

Фосфорні добрива — це кальцієві та амонійні солі фосфатної кислоти. Вони становлять половину всіх мінераль­них добрив, що виробляються. Найпоширенішими фосфорни­ми добривами є такі.

Фосфоритне борошно, яке добувають при тонкому розмелюванні фосфоритів. Оскільки воно містить малорозчин­ну сіль Са₃(Р0₄)₂, то засвоюватися рослинами може тільки на кислих ґрунтах — підзолистих і торф'яних. Засвоєнню сприяє м'якість помелу, а також внесення його в ґрунт разом з кис­лими добривами, наприклад з (NH₄)₂S0₄або гноєм.

Простий суперфосфат, який добувають обробкою апатитів і фосфоритів сульфатною кислотою. Мета обробки — добути розчинну сіль, що добре засвоюється рослинами у будь-якому ґрунті:

Са₃(Р0₄)₂ + 2H₂SO₄= Са(Н₂Р0₄)₂ + 2CaS0₄.

Суміш добутих солей Са(Н₂Р04)₂, і CaS0₄звичайно і на­зивається простим суперфосфатом. Його виробляють у дуже великих кількостях як в гранульованому вигляді, так і у ви­гляді порошку.

Гранульоване добриво має ряд переваг порівняно з порош­ковим: його легше зберігати (не злежується); зручніше вносити у ґрунт за допомогою тукових сівалок, а головне — на більшості ґрунтів воно дає вищий приріст урожаю.

Подвійний суперфосфат — концентроване фосфор­не добриво складу Са(Н₂Р0₄)₂. Порівняно з простим супер­фосфатом не містить баласту — CaS0₄. Добування подвійного суперфосфату здійснюють у дві стадії. Спочатку добувають фосфатну кислоту. Потім водним роз­чином фосфатної кислоти обробляють апатит або фосфорит. Кількість вихідних продуктів беруть відповідно до рівняння:

Са₃(РО₄)₂ + 4Н₃РО₄ = 3Са(Н₂РО₄)₂

Преципітат — концентроване фосфорне добриво складу СаНРО₄·2Н₂О. Малорозчинний у воді, але добре розчи­няється в органічних кислотах. Утворюється при нейтралізації фосфатної кислоти розчином гідроксиду кальцію: Н₃РО₄ + Са(ОН)₂ = СаНРО₄ ∙ 2Н₂О.

Кісткове борошно, яке добувають переробкою кісток домашніх тварин, містить Са₃(РО₄)₂.

Амофос — добриво, що містить фосфор і нітроген. Ут­ворюється при нейтралізації фосфатної кислоти аміаком. Зви­чайно містить солі NH₄H₂PO₄та (NH₄)₂НРО₄.

Отже, фосфорними добривами є кальцієві та амонійні солі фосфатної кислоти.

Мінеральні добрива

Назва	Склад
Азотні
Амоній сульфат	(NH4)2SO4
Амоній нітрат	NH4NO3
Карбамід(сечовина)	CO(NH2)2
Аміачна селітра	Водний розчин NH3
Фосфорні
Простий суперфосфат	Суміш Са(Н2РО4)2Н2О і CaS042Н2О
Подвійний суперфосфат	Са(Н2РО4)2Н2О
Преципітат	СаНРО4 ∙ 2Н2О
Кісткове борошно	Са3(РО4)2
Калійні
Калій хлорид	КСl
Калій сульфат	K2SO4
Комбіновані (комплексні)
Амофос	NH4H2PO4і (NH4)2НРО4
Калій нітрат	КNO3