Сделайте вдох. Почти четыре пятых того, что только что попало вам в лёгкие, — это азот — и он сразу же выходит обратно, совершенно не изменившись. Азот является…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)
12.1
Why nitrogen is unreactive · Почему азот неактивен
Syllabus · Программа
English
explain the lack of reactivity of nitrogen, with reference to triple bond strength and lack of polarity
describe and explain: (a) the basicity of ammonia, using the Brønsted–Lowry theory (b) the structure of the ammonium ion and its formation by an acid–base reaction (c) the displacement of ammonia from ammonium salts by an acid–base reaction
state and explain the natural and man-made occurrences of oxides of nitrogen and their catalytic removal from the exhaust gases of internal combustion engines
understand that atmospheric oxides of nitrogen ($\text{NO}$ and $\text{NO}_2$) can react with unburned hydrocarbons to form peroxyacetyl nitrate, PAN, which is a component of photochemical smog
describe the role of $\text{NO}$ and $\text{NO}_2$ in the formation of acid rain both directly and in their catalytic role in the oxidation of atmospheric sulfur dioxide
Русский
объяснять отсутствие реакционной способности азота, ссылаясь на прочность тройной связи и отсутствие полярности
описывать и объяснять: (a) основные свойства аммиака, используя теорию Бренстеда–Лоури (b) строение аммоний-иона и его образование в кислотно-основной реакции (c) вытеснение аммиака из аммониевых солей в кислотно-основной реакции
указывать и объяснять природное и антропогенное появление оксидов азота и их каталитическое удаление из выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания
понимать, что атмосферные оксиды азота ($\text{NO}$ и $\text{NO}_2$) могут реагировать с несгоревшими углеводородами, образуя пероксиацильный нитрат, PAN, который является компонентом фотохимического смога
описывать роль $\text{NO}$ и $\text{NO}_2$ в образовании кислотных дождей как непосредственно, так и в их каталитической роли в окислении атмосферного диоксида серы
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Nitrogen gas, $\text{N}_2$, makes up most of the air but reacts with very little. There are two reasons:
the two nitrogen atoms are joined by a triple bond 三键, which has a very high bond energy 键能. A lot of energy is needed to break it.
the molecule has no polarity 极性 — it is perfectly symmetrical, so nothing pulls other molecules towards it.
Русский
Азотистый газ, $\text{N}_2$, составляет большую часть воздуха, но реагирует очень слабо. На это есть две причины:
два атома азота соединены тройной связью, которая обладает очень высокой энергией связи. Для её разрыва требуется много энергии.
молекула не имеет полярности — она идеально симметрична, поэтому ничто не притягивает другие молекулы к ней.
Азот неактивен по двум причинам: очень прочная тройная связь и симметричная неполярная молекула
Explore · Исследовать
The shape of ammonia · Форма аммиака
Ammonia has three bonding pairs and one lone pair — the lone pair pushes the bonds down into a pyramidal shape (about 107°). · У аммиака три связывающие пары и одна неподеленная пара — неподеленная пара давит на связи вниз, формируя пирамидальную форму (около 107°).
12.1
Ammonia and the ammonium ion · Аммиак и аммониевый ион
English
Basicity of ammonia
The basicity 碱性 of ammonia (its ability to act as a base) comes from the lone pair 孤对电子 of electrons on the nitrogen atom. Using the Brønsted–Lowry theory, ammonia is a base because this lone pair can accept a proton 质子 ($\text{H}^+$):
When the lone pair forms a bond to $\text{H}^+$, it makes the ammonium ion 铵离子, $\text{NH}_4^+$. Because both shared electrons came from the nitrogen, this new bond is a coordinate bond 配位键. The ion has four identical N–H bonds and a tetrahedral shape.
Displacement of ammonia from its salts
If you warm an ammonium salt with a base (such as sodium hydroxide), you push out ammonia gas. This is an acid–base displacement 置换:
The sharp smell of ammonia, and damp red litmus turning blue, is a test for an ammonium salt.
Русский
Аммиак превращают в азотные удобрения на промышленных предприятиях в огромных масштабах.
Основность аммиака
Основность аммиака (его способность действовать как основание) обусловлена неподелённой парой электронов на атоме азота. Согласно теории Брёнстеда–Лоури, аммиак является основанием, потому что эта неподелённая пара может принимать протон ($\text{H}^+$):
Аммиак действует как основание, поскольку неподелённая пара на его атоме азота принимает протон, образуя аммониевый ион
Аммониевый ион
Когда неподелённая пара образует связь с $\text{H}^+$, образуется аммониевый ион, $\text{NH}_4^+$. Поскольку оба разделённых электрона принадлежали азоту, эта новая связь является донорно-акцепторной связью. Ион имеет четыре одинаковые связи N–H и тетраэдрическую форму.
Вытеснение аммиака из его солей
Если нагреть аммонийную соль со щелочью (например, с гидроксидом натрия), выделяется газ аммиака. Это кислотно-основное вытеснение:
In sunlight, $\text{NO}$ and $\text{NO}_2$ react with unburned hydrocarbons to form peroxyacetyl nitrate (PAN). PAN is a harmful part of photochemical smog 光化学烟雾, the brown haze seen over busy cities.
Acid rain
The oxides of nitrogen also help make acid rain 酸雨 in two ways:
directly: $\text{NO}_2$ dissolves in rain to form nitric acid.
as a catalyst: $\text{NO}_2$ speeds up the oxidation of atmospheric sulfur dioxide 二氧化硫 ($\text{SO}_2$) into $\text{SO}_3$, which then forms sulfuric acid in the rain.
Worked example. A white solid is warmed with aqueous $\text{NaOH}$, and a gas is released that turns damp red litmus blue. Identify the gas and the ion in the solid, and explain the reaction. The only common gas that turns damp red litmus blue is ammonia, $\text{NH}_3$, so the solid contains the ammonium ion, $\text{NH}_4^{+}$. The hydroxide ion is the stronger base, so it takes the proton back from the ammonium ion:
This is the standard test for $\text{NH}_4^{+}$. Always say the litmus is damp: the ammonia must dissolve in the water before it can show its basicity, so dry litmus would give no colour change at all.
Русский
Откуда они берутся
Оксиды азота ($\text{NO}$ и $\text{NO}_2$, вместе называемые $\text{NO}_x$) поступают из двух источников:
естественного происхождения: молния выделяет достаточно энергии для соединения азота и кислорода в воздухе.
антропогенного происхождения: высокая температура внутри двигателя внутреннего сгорания заставляет азот и кислород реагировать:
В катализаторе вредные газы NO и CO реагируют над катализатором, образуя безвредные N$_2$ и CO$_2$
Фотохимический смог
На свету $\text{NO}$ и $\text{NO}_2$ реагируют с несгоревшими углеводородами, образуя пероксиацилинитрат (PAN). PAN — вредный компонент фотохимического смога, коричневатой дымки, видимой над оживлёнными городами.
Фотохимический смог над крупным городом. Коричневый слой задерживается низко, прямо там, где находятся выхлопные газы транспорта — солнечный свет превращает те оксиды азота и несгоревшие углеводороды в дымку, которую вы видите
Кислотные дожди
Оксиды азота также способствуют образованию кислотных дождей двумя способами:
напрямую: $\text{NO}_2$ растворяется в дождевой воде, образуя азотную кислоту.
как катализатор: $\text{NO}_2$ ускоряет окисление атмосферного сернистого газа ($\text{SO}_2$) до $\text{SO}_3$, который затем образует серную кислоту в дожде.
Оксиды азота и серы вызывают кислотные дожди: NO$_2$ образует азотную кислоту напрямую, а также катализирует окисление SO$_2$ до серной кислоты
Разобранный пример. Белый твердый продукт нагревают с водным $\text{NaOH}$, при этом выделяется газ, который окрашивает влажную красную лакмусовую бумагу в синий цвет. Определите газ и ион в твердом веществе, а также объясните реакцию. Единственным распространенным газом, который окрашивает влажную красную лакмусовую бумагу в синий цвет, является аммиак, $\text{NH}_3$, поэтому в твердом веществе содержится ион аммония, $\text{NH}_4^{+}$. Гидроксид-ион является более сильной основью, поэтому он отнимает протон у иона аммония:
Это стандартный тест на $\text{NH}_4^{+}$. Всегда указывайте, что лакмусовая бумага влажная: аммиак должен раствориться в воде, чтобы проявить свои основные свойства, поэтому сухая лакмусовая бумага не изменит свой цвет.
Explore · Исследовать
NOx pollution route · Путь загрязнения NOx
Trace nitrogen oxides from hot engines to environmental harm. · Следовые оксиды азота от горячих двигателей до экологического вреда.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Выберите один, и сайт будет вести вас — конспекты, работы, видео и практика откроются там.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Введите запрос для поиска заметок, уроков, кода, словаря и вопросов с реальных экзаменов по всем предметам.
