«Взаимодействие азотной кислоты

с металлами».

(системно-деятельностный подход)

9 класс

Цель урока:

Ознакомить учащихся с окислительно-восстановительными свойствами азотной кислоты на примере взаимодействия ее с металлами.

Развивать исследовательские навыки учащихся, формировать системное мышление. Развивать умения решения расчетных задач на выход продукта реакции.

Закреплять навыки в написании уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Оборудование: 5 % раствор соляной кислоты, азотной кислоты ( конц.), цинк ( гранулы ); раствор гидроксида натрия, лакмусовая бумага, стаканчик с водой. Штатив – с 6 пробирками, спиртовка, спички, держатель для пробирок, стеклянная палочка, 2 листа синей бумаги.

( Опыты проводятся демонстрационно, необходимо их проводить под тягой ). При работе с концентрированной азотной кислотой соблюдать правила техники безопасности

Ход урока

I. Решение задачи:

Вычислите объем водорода, полученного при взаимодействии алюминия массой 270 мг. с раствором соляной кислоты, если объемная доля выхода водорода равна 80 %.

Дано: Решение:

m (Al) = 270 мг. М=; = ; V=;

270 мг. х м (H) = 0,8 2 Аl + 6 H Cl 2 Al Cl + 3H

М = 27 мг/м моль V = 22, 4 мл/моль
V (H) - ?

- 1-

1. Найти (Аl) :

(Аl) = = = 10 ммоль

2. Найти ( H) :

= ; (H) = = =15 ммоль;

3. Найти V (H):

V(H) = * V m = 0,8 * 336 = 268,8 мл.

Ответ: V (H) = 268,8 мл.

Итак, при взаимодействии соляной кислоты с алюминием выделяется 268,8 мл. водорода. Какие вещества образуются при взаимодействии соляной кислоты с медью?

-- Соляная кислота с медью не взаимодействует. Эта кислота не окислитель и взаимодействует только с металлами, находящими-

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

ся в ряду напряжений до водорода.

Сегодня мы с вами изучим, каким образом азотная кислота взаимодействует с металлами.

II. Изучение нового материала

1.Проблемный опыт:

« Восстановление азотной кислоты водородом »

Цель опыта: поставить проблему, вместе с учащимися разрешить ее, для предотвращения ошибок в написании уравнений

реакций взаимодействия металлов с азотной кислотой.

Выполнение опыта: ( тяга!)

В 2 пробирки с соляной кислотой поместить по 2 гранулы цинка. После того как начнется реакция с выделением водорода, в одну пробирку добавить 1-2 капли концентрированной азотной кислоты. Учащиеся наблюдают, что выделение водорода в этой пробирке практически прекращается, но затем через некоторое время

возобновляется.

Обсуждение опыта и выводы:

Эксперимент очень убедительно доказывает, что водород не только не только не выделяется из азотной кислоты, но и прекращает выделяться из соляной кислоты, если в растворе одновременно присутствует азотная кислота.

Почему это происходит?

( такой результат опыта кажется учащимся непонятным, ставит перед ними проблему ).

С помощью вопросов учителя учащиеся выдвигают предположения (гипотезы), объясняющие этот, на первый взгляд, необычный факт.

Водород выделяется при взаимодействии цинка с соляной кислотой? ( Да)

Куда он девается? (перестает выделяться)

На что затрачивается? ( на восстановление азотной кислоты)

Выделяется сразу молекулярный водород или атомарный?

(Атомарный).

Окислительными или восстановительными свойствами обладает атомарный водород? (восстановительными).

Азотная кислота? (окислительными).

Почему?

( N азот в степени окисления + 5 может только присоединять электроны, восстанавливаясь, поэтому азотная кислота – окислитель).

Следовательно, водород восстанавливает азотную кислоту, учащиеся записывают уравнение реакции:

+5 + - 3

H NO + 8 H N H + 3 H O

образовался аммиак, почему мы не видим его выделения?

Образовавшийся аммиак реагирует с соляной кислотой:

N H + HCl NHCl

поэтому выделение газа не происходит.

Как доказать, что наше исследование верное?

В растворе присутствуют ионы N H .

Докажите, наличие ионов аммония в растворе.

-3 -

Опыт 2: В чистую пробирку налить 1 мл. раствора, из пробирки №2 добавить щелочи и нагреть. К отверстию пробирки поднести при выделении газа смоченную лакмусовую бумагу, она синеет.

Аммиак взаимодействует с азотной кислотой? Да.

Следовательно, при восстановлении азотной кислоты цинком образуется нитрат аммония. Запишем уравнение реакции взаимодействия цинка с сильно разбавленной азотной кислотой:

+5 +2 - 3

4 Zn + 10 HNO 4 Zn (NO) + NHNO + 3 HO

разб

_

Zn - 2 е Zn 4 о-ния; Zn - в-тель;

_

N + 8 е N 1 в-ния; N - о-тель;

Вывод: Водород не выделяется из азотной кислоты при взаимодействии с металлами, а так же из растворов других кислот в присутствии азотной кислоты, потому, что расходуется на восстановление азотной кислоты.

Почему возобновляется выделение водорода?

Возобновление выделения водорода происходит потому, что восстановилась вся азотная кислота ( продолжается реакция цинка с соляной кислотой ). При таком подходе к эксперименту учащиеся допускают значительно меньше ошибок в записи уравнений реакций с участием азотной кислоты.

2. Продукты восстановления азотной кислоты.

а) Исследуйте, всегда ли при взаимодействии азотной кислоты с металлами выделяется аммиак или соли аммония?

Опыт 3: В пробирку с таблеткой цинка добавляется концентрированная азотная кислота 3-4 капли.

Энергично выделяется бурый газ.

+5 +2 +4

4 HNO + Zn Zn ( NO) + 2 NO + 2 HO

конц.

_

N + 1 е N 2 в-ния, N - о-тель;

_

Zn - 2 е Zn 1 о-ния, Zn - в-тель;

- 4 -

б) Работа по мини-справочнику:

Работая по мини-справочнику, мы с вами должны выяснить, есть ли какая-либо закономерность между продуктами восстановления азотной кислоты и условиями протекания химических реакций.

Работа по мини-справочнику:

« Взаимодействие кислот с металлами »

идет по строчкам, уравнения реакций учащиеся записывают на доске.

Концентрированная HNO:

-- HNO + Au, Pt, Jr, Rh, Ta

конц ирридий родий тантал

-- HNO + Mе NO + нитрат + HO

конц. Ме в max. с.о.

+5 +1 +1

10 HNO + 8 Na 8 Na NO + NO + 5 HO

конц.

_

2 N +8 e 2 N 1 в-ния; N = о-тель

_

Na – 1 e Na 8 о-ния; Na - в-тель

Концентрированная азотная кислота образует с остальными металлами NO бурый газ с резким запахом, мы это наблюдали при взаимодействии конц. HNO с цинком.

С помощью мини-справочника выясним, какие продукты образуются при восстановлении разбавленной кислоты металлами:

-- HNO не реагирует с теми же металлами

разб.

-- HNO + Ме NH + нитрат + HO

разб. Ме в

max. с.о

- 5 -

+1 -3

9 HNO + 8 Na 8 Na NO + NH + 3 HO

разб.

_

N + 8 e N 1 в-ния; N - о-тель

_

Na - 1 e Na 8 о-ния; K - в-тель

Азот восстанавливается до минимальной степени окисления.

HNO + остальные продукты + нитр. Ме + HO

разб. Ме разнооб. в max

с. о.

+3 0

36 H NO + 10 Fe ___ 10 Fe (NO) + 3 N + 18 HO

разб.

_ 0

2 N + 10 e N 3 в-ния; N - о-тель;

_

Fe - 3 e Fe 10 о-ния; Fe – в-тель;

Продукты разнообразны, поэтому можно написать разные варианты уравнений.

HNO + Me NO + нитрат + HO

разб. после H Me в

max с. о.

+2 +2

8 HNO + 3 Cu 3 Cu (NO) + 2 NO + 4 HO

разб.

 

N + 3 e N 2 в-ния; N -- о-тель

_

Сu - 2 e Cu 3 о-ния; Cu -- в-тель

- 6-

Давайте постараемся вывести какую-либо закономерность между активностью металла и степенью окисления азота, до которого восстанавливается азотная кислота.

( Работа по мини-справочнику).

Учащиеся работают по мини-справочнику и заполняют таблицу вместе с учителем на доске (учащиеся в тетрадях).

Ме

к-ты

щелочные

щелочнозем.

Ме до H

Ме после Н

Au, Pt, Jr, Rh, Ta

HNO

(конц.)

+1

NO

+4

NO

+4

NO

реакция не идет

HNO

( разб.)

-3

NH

(NH NO)

NO; NO;

N; NH

( NH NO)

+2

NO

Вывод:

Чем более активен металл, тем меньше степень окисления N в продукте.

Найдите зависимость степени окисления азота в продукте реакции от концентрации азотной кислоты.

( работа по таблице, по строчкам, если HNO конц. с. о. N положительно, если HNO разб. то с. о. N есть и отрицательная).

Вывод:

Чем больше концентрация HNO, тем больше степень окисления азота в продукте.

Мы выяснили, что азотная кислота – кислота-окислитель.

Кислоты окислители в водном растворе вступают в реакцию почти со всеми металлами, исключение Au + золото; Pt – платина;

Jr – иридий, Rh – радий; Ta – тантал. В качестве окислителя выступает анион кислотного остатка ( NO), при этом образуется соль металла высшей степени окисления, вода и какой-либо

продукт восстановления HNO? , но не водород.

- 7-

Каким образом перевозят азотную кислоту?

Концентрированная азотная кислота пассивирует железо и алюминий. Железо и алюминий покрываются прочной оксидной пленкой, предохраняющей металл от дальнейшего окисления.

Поэтому азотную кислоту, так же как и серную перевозят в стальных и алюминиевых цистернах.

Задание на дом: § 26 задача № 6.

Напишите уравнения реакций взаимодействия концентрированной и разбавленной азотной кислоты с металлами:

I ряд – серебром

II ряд – калием

III ряд - магнием

Разберите эти реакции как окислительно-восстановительные.