Název školy: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. města Prahy

Transkript

1 Název: xidy dusíku Autor: Mgr. Štěpán Mička Název školy: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. města Prahy Předmět, mezipředmětové vztahy: chemie, fyzika, Ročník: 3. Tématický celek: Systematická anorganická chemie Dusík Stručná anotace: Uspořádání pracovního listu umoţňuje jeho částečné vyuţití během běţné vyučovací hodiny (zejména Video 1 příprava oxidu dusnatého či Video 2 rovnováha mezi monomerem a dimerem oxidu dusičitého), nebo jako námět na laboratorní práci Časová dotace: Samotná laboratorní práce je časově nenáročná, koncipovaná na 1 vyučovací hodinu v laboratoři. Ţáci pracující ve skupinách po 2 aţ 3 na základě experimentu navrhnou teoretické vysvětlení. Tento výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu Přírodní vědy prakticky a v souvislostech inovace výuky přírodovědných předmětů na Gymnáziu Jana Nerudy (číslo projektu CZ.2.17/3.1.00/36047) financovaného z peračního programu Praha - Adaptabilita.

2 Teorie Dusík s kyslíkem tvoří celkem pět oxidů, ve kterých má dusík oxidační čísla od I do V. xid dusný N 2 je bezbarvý plyn (b.v 184,7K), který má v plynném i tuhém stavu lineární strukturu. N N Za normálních podmínek je stálý, nereaktivní a ve vodě nerozpustný. Připravit lze tepelným rozkladem dusičnanu amonného v tavenině ( K). Zahřátím dusičnanu nad 573K můţe zapříčinit explozi. NH 4 N 3 N 2 + 2H 2 xid dusný se pro své fyziologické účinky pouţívá především v lékařství jako anestetikum (rajský plyn). xid dusnatý N je bezbarvý, monomerní plyn (b.v 121,4K). Molekula obsahuje ve své struktuře jeden nepárovaný elektron N= a proto je paramagnetická. Nejeví však snahu po asociaci na dimer. Předpokládá se tedy, ţe elektron je rozloţený po celé molekule. Částečná dimerizace se vyskytuje aţ v kapalném a tuhém stavu. xid dusnatý lze připravit redukcí zřeď. kyseliny dusičné, např. při rozpouštění mědi. 3 Cu + 8 HN 3 3 Cu(N 3 ) N + 4H 2 Vznikající oxid dusnatý reaguje okamţitě se vzdušným kyslíkem a oxiduje se na intenzivně hnědý oxid dusičitý. 2 N N 2 ba tyto plyny patří mezi tzv. nitrosní plyny a uplatňují se při výrobě kyseliny dusičné. xid dusitý N 2 3 -(I) N + N -(I) N + N Rezonanční struktura N 2 3

3 Z rezonančních struktur oxidu dusitého je zřejmý jejich vznik spojením struktury oxidu dusnatého a dusičitého vazbou mezi dusíky. Čistý oxid dusitý existuje pouze v tuhém stavu (b.t.171k). Při vyšších teplotách se rozkládá podle rovnice: xid dusičitý N 2 N 2 3 N + N 2 existuje v podobě hnědého monomeru N 2 a bezbarvého dimeru N 2 4. Ve formě dimeru se zcela vyskytuje pouze v pevném stavu. V kapalném stavu dimerní forma částečně disociuje. Se stoupající teplotou se koncentrace monomerního oxidu dusičitého zvyšuje a aţ při 373K mají páry sloţení převáţně z molekul N 2. Molekula N 2 má lomenou strukturu a obsahuje nepárový počet elektronů. Je tedy paramagnetická a nepárový elektron je lokalizován na atomu dusíku. N 2 4 vzniklý dimerizací má planární strukturu. N + N + -(I) N -(I) -(I) + N + -(I) Rezonanční struktura N 2 4 xid dusičitý vzniká oxidací oxidu dusnatého vzdušným kyslíkem. Je to silné oxidační činidlo. Lze ho připravit rozpouštěním olova koncentrovanou kyselinou dusičnou Pb + 4 HN 3 Pb(N 3 ) N H 2 nebo tepelným rozkladem dusičnanů těţkých kovů. 2 Pb(N 3 ) 2 4 N Pb + 2 Významná je reakce dimerního oxidu dusičitého s vodou a uplatňuje se při výrobě kyseliny dusičné. N H 2 HN 3 + HN 2 xid dusičný N 2 5 je pevná látka, která tvoří bezbarvé na vzduchu nestálé krystalky (b.t.303k, b.v.320k). Lze připravit působením kyseliny dusičné na oxid fosforečný. 2 HN 3 + P 2 5 N HP 3 N 2 5 je anhydridem kyseliny dusičné. Jeho reakce s vodou je však silně exotermická.

4 Postup práce Postup práce je nenáročný, ale je vhodné mít k dispozici digestoř nebo velmi dobře větrat. Výsledky Viz teorie. Diskuze V rámci diskuze ţáci představí své teoretické vysvětlení experimentů ostatním skupinám a pokusí se svůj názor obhájit, popř. vyvrátit názory ostatních. Učitel funguje jako moderátor a udrţuje diskuzi v rozumných mezích, vysvětluje chyby diskutujících a pomáhá při tvorbě argumentů. Diskuze můţe probíhat rovnou během laboratorních prací, nebo aţ po domácí přípravě. Při druhé moţnosti je ale pravděpodobné, ţe si studenti najdou odborné vysvětlení na internetu a diskuze ztratí na významu. Videodokumentace Video 1: Příprava oxidu dusnatého a jeho oxidace. Video 2: Rovnováha mezi monomerem a dimerem oxidu dusičitého Zdroje: LUKEŠ I., MIČKA, Z.: Anorganická chemie II, Systematická část, 2. vydání, Praha: Karolinum, 1999.

5 Pracovní list pro žáka Příprava oxidů dusíku Laboratorní práce číslo:. Jméno Třída Datum Chemikálie Kyselina dusičná (30 %), měděné hobliny. Pomůcky dměrný válec, promývací baňka, frakční baňka, dělící nálevka, skleněná vana Návod Pracujte v digestoři! Sestavte aparaturu pro vývoj plynu. Do baňky dejte měděné hobliny a přikapávejte roztok kyseliny dusičné. Jakmile se přestanou tvořit v aparatuře hnědé dýmy, jímejte bezbarvý unikající plyn do válce. Válec naplněný plynem posléze vynořte nad hladinu a pozorujte barevnou změnu plynu. Na základě pozorování se pokuste navrhnout teoretické vysvětlení (chemické reakce) pro průběh experimentů. Pracovní postup: Chemické rovnice: Pozorování: Závěr:

6 Pracovní list pro žáka Vlastnosti oxidu dusičitého Laboratorní práce číslo:. Jméno Třída Datum Chemikálie xid dusičitý (připraven z předchozí úlohy), led, NaCl Pomůcky dměrný válec či jiná vhodná nádoba, termoska Návod Pracujte v digestoři! Najímejte válec oxidem dusičitým a pečlivě uzavřete. Naplňte termosku chladící směsí (sůl a led) a ponořte válec s plynem z poloviny do chladící směsi na cca 10 minut. Poté válec vynořte a nechte stát za běţné teploty. Pozorujte změny. Na základě pozorování se pokuste navrhnout teoretické vysvětlení pro průběh experimentu. Pracovní postup: Chemické rovnice: Pozorování: Závěr: