Загальна інформація
Застосування
Схема досліду
У цьому досліді досліджують реакційну здатність азоту щодо різних металів. Азот як типовий неметал мав би реагувати з (неблагородними) металами до відповідної солі в екзотермічній реакції.
Проте метали майже не реагують з азотом: за кімнатної температури азот реагує лише з дуже неблагородними металами (лужними металами, як-от літій) до відповідних нітридів.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні та студенти вже мають опрацювати на уроках ковалентні зв'язки та полярні й неполярні атомні зв'язки.
Принцип
Азот може реагувати з неблагородними металами (наприклад, з кальцієм або магнієм). Проте для цього потрібна відповідна енергія активації.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Учні та студенти усвідомлюють у цьому досліді, що азот може реагувати не лише з дуже неблагородними металами (лужними металами), а й з неблагородними металами, як-от магній чи кальцій.
Завдання
Учні та студенти проводять реакцію металів магнію й кальцію з азотом (із повітря). Для цього у кварцовій трубці нагрівають відповідний метал і прокачують крізь неї повітря.
Правила безпеки
- Одягніть рукавички та захисні окуляри!
- Концентровані кислоти (як-от соляна кислота) сильно їдкі. Вони руйнують шкіру й тканини. Тому під час експериментування з концентрованими кислотами слід також бути в захисних окулярах, захисному халаті й рукавичках. Розводячи кислоту, спершу наливайте воду, а потім додавайте кислоту.
- Кальцій і магній не зберігайте поблизу відкритого вогню.
- Щодо H- і P-фраз, будь ласка, зважайте на відповідні паспорти безпеки.
- Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
Сполуки азоту (нітриди, нітрити й нітрати) мають особливе значення для людини й природи: так, нітрати використовують, наприклад, як добрива. Сполуки азоту потрібні також для виготовлення важливих повсякденних продуктів, як-от пластмаси й барвники.
Чистий азот як вихідна речовина для одержання сполук азоту непридатний через інертність молекули азоту. Промислово як вихідну речовину здебільшого використовують аміак.
Проте чистий азот можна (за придатних умов досліду) змусити реагувати з дуже неблагородними металами (лужними металами). Якщо є достатньо висока енергія активації, реагувати з азотом можна змусити й такі метали, як магній чи кальцій. Саме це й досліджують у цьому досліді.
Обладнання
Складання та виконання
Складання
- Установку, потрібну для виконання досліду, збирають за рисунком праворуч. Натиснувши на синю кнопку в нижньому правому куті, ти отримаєш схематичне креслення схеми досліду.
- У трубку для спалювання з кварцового скла між двома жмутками кварцової скловати вставляють порцеляновий човник, наповнений магнієвим порошком або кальцієм (приблизно по одній повній ложці шпателя).
Схема досліду
Виконання (1/3)
Дослід 1: реакція магнію з повітрям (1/2)
- Після того як установку зібрано й наповнено магнієвим порошком (у порцеляновому човнику), кварцову трубку сильно нагрівають газовим пальником і водночас прокачують повітря крізь трубку для спалювання.
- Для цього шланг груші перетискають затискачем для шланга настільки, щоб крізь установку йшов рівномірний, не надто сильний потік повітря.
- Щойно почнеться реакція, пальник прибирають і пропускають повітря крізь кварцову трубку до кінця реакції.
- Щойно кварцова трубка охолоне, порцеляновий човник виймають із неї. Крім переважно білої маси, у продукті реакції помітні також ділянки сірого (частково й зеленаво-жовтого) забарвлення.
Виконання (2/3)
Дослід 1: реакція магнію з повітрям (2/2)
- Частину цього продукту реакції (із сірим або зеленаво-жовтим забарвленням) кладуть у пробірку й додають кілька мілілітрів води.
- Тепер другу пробірку на чверть наповнюють концентрованою соляною кислотою і тримають отвір цієї пробірки навскіс над отвором пробірки із забарвленою речовиною (мета: щоб продукт реакції (аміак) змішався з парами соляної кислоти).
- Після цього над отвором пробірки тримають зволожений шматочок універсального індикаторного паперу (не торкаючись при цьому стінок пробірки).
Виконання (3/3)
Дослід 2: реакція кальцію з повітрям
- Після того як установка з першої частини досліду охолоне, порцеляновий човник наповнюють кальцієм і вставляють в установку, тобто в кварцову трубку.
- Тепер кварцову трубку сильно нагрівають газовим пальником і водночас прокачують повітря крізь трубку для спалювання. Для цього шланг груші перетискають затискачем для шланга настільки, щоб крізь установку йшов рівномірний, не надто сильний потік повітря.
- Так само, як у першій частині досліду, продукт реакції досліджують далі. Продуктом реакції в цьому досліді також є переважно біла маса, яка так само має темні (частково буро-жовтуваті) ділянки. Частину темно забарвленої речовини переносять у пробірку і, як у першій частині досліду, додають воду, а потім утворений газоподібний продукт реакції зводять із парами соляної кислоти. Газоподібний продукт реакції перевіряють зволоженим індикаторним папером.
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/7)
Спостереження
Магній і кальцій (для неозброєного ока) не реагують на повітрі. Але після підведення енергії активації (нагріванням) і магній, і кальцій займаються в потоці повітря. Обидва елементи горять при цьому яскравим, сліпучим полум'ям.
У суміші продуктів можна розрізнити кілька речовин. Головна складова суміші - біла тверда речовина (оксид), крім неї в реакційній суміші помітні також забарвлені речовини (нітрид).
Якщо темно забарвлені речовини продуктів реакції розчинити у воді, починається подекуди бурхлива реакція, під час якої утворюється газ, що з парами соляної кислоти дає білий туман. Індикаторний папір при дотику до туману показує лужну реакцію.
Опрацювання результатів (2/7)
Опрацювання результатів
І магній, і кальцій після подолання енергії активації реагують з повітрям в екзотермічній реакції (головні складові повітря: азот і кисень).
Можливі при цьому продукти реакції показують наведені праворуч рівняння:
Опрацювання результатів (3/7)
Опрацювання результатів
З енергетичних балансів окремих реакцій видно, що обидва метали передусім реагують з киснем (із повітря) до відповідних оксидів.
Якщо для перебігу реакції кисень надходить недостатньо швидко, може відбуватися й реакція металу з азотом. Інертна молекула азоту при цьому збуджується вивільненою теплотою реакції (спричиненою утворенням оксиду) настільки, що реакція, тобто утворення нітриду, стає можливою.
Утворені нітриди реагують з водою до відповідних гідроксидів і аміаку, який з парами соляної кислоти дає туман із хлориду амонію. Пари аміаку показують із зволоженим універсальним індикаторним папером основну реакцію.
Опрацювання результатів (4/7)
Опрацювання результатів
Ці реакції відбуваються за такими рівняннями:
Опрацювання результатів (5/7)
Питання
Опрацювання результатів (6/7)
Перетягни слова у правильні поля! Магній і кальцій (для неозброєного ока) ____ реагують на повітрі. Але після підведення ____ (нагріванням) і магній, і кальцій займаються в потоці повітря. Обидва елементи горять при цьому ____, сліпучим полум'ям. Якщо темно забарвлені речовини продуктів реакції розчинити у воді, починається подекуди бурхлива ____, під час якої утворюється газ, що з парами соляної кислоти дає білий туман.
Опрацювання результатів (7/7)
Питання