DAMOO

Химия · ҰБТ 2026 · 04. Химия және өмір

15(V) топ элементтері және оның қосылыстары

Тестті бастау

Тест тапсыру үшін жүйеге кіру немесе тіркелу керек.

Конспект

Оқулықтық тірек

Негізгі ұғымдар

  • $N_2$-де үш еселік байланыс $N\equiv N$ (~945 кДж/моль), сондықтан азот бөлме температурасында инертті. Ауаның ~78 %-ы (көлемі бойынша) — азот.
  • Азоттың тотығу дәрежелері: $NH_3$ ($-3$), $N_2$ (0), $N_2O$ ($+1$), $NO$ ($+2$), $NO_2$ ($+4$), $HNO_3$ ($+5$).
  • $NH_4^+$ ионы донор-акцепторлық механизммен түзіледі: донор — азоттың бөлінбеген электрон жұбы, акцептор — $H^+$.
  • $HNO_3$ металдармен әрекеттескенде сутек бөлінбейді: тотықтырғыш — $NO_3^-$ ионы.
  • Фосфор — тотықсыздандырғыш та (оттекпен), тотықтырғыш та (металдармен).

Теория

Азот. Тек жоғары температурада, қысымда, катализатор қатысында әрекеттеседі: $N_2 + O_2 \rightarrow 2NO$ (найзағай кезінде), $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$.

Аммиак. Суда ерігенде сілтілік орта береді: $NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$ — аммиак әлсіз негіз. Қышқылдармен аммоний тұздарын түзеді: $NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl$, $2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$.

Габер процесі: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3 + Q$ — қайтымды, экзотермиялық. Ле Шателье принципі бойынша шығымды арттыру үшін: қысымды арттыру (газ көлемі $4 \rightarrow 2$), температураны төмендету (бірақ жылдамдық азаяды, сондықтан 400–500 °C — ымыралы шешім), түзілген $NH_3$-ті шығарып отыру. Катализатор — темір; ол тепе-теңдікті ығыстырмайды, тек жылдамдатады.

Азот қышқылын алу (азот → аммиак → $NO$ → $NO_2$ → $HNO_3$):

  1. $4NH_3 + 5O_2 \rightarrow 4NO + 6H_2O$ — платина катализаторы, 800 °C; қоспа зиянды қоспалардан тазаланады, әйтпесе катализатор «уланады».
  2. $2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$ — салқындатқанда.
  3. $4NO_2 + 2H_2O + O_2 \rightarrow 4HNO_3$ — оттек артық болғанда.

Зертханада: $NaNO_3(қатты) + H_2SO_4(конц.) \rightarrow NaHSO_4 + HNO_3\uparrow$.

Азот қышқылы және металдар. Алтын мен платинадан басқа барлық металдармен әрекеттеседі: металл + $HNO_3$ → тұз + су + азоттың тотықсыздану өнімі ($NO_2$, $NO$, $N_2O$, $N_2$, $NH_4NO_3$).

  • Концентрлі + $Cu$: $Cu + 4HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$ (қоңыр газ).
  • Сұйытылған + $Cu$: $3Cu + 8HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$ (түссіз газ).
  • Пассивация: салқын концентрлі $HNO_3$ темір, хром, алюминийге әсер етпейді (бетінде берік қабықша түзіледі), сондықтан оны осы металдардан жасалған цистерналарда тасымалдайды.

Нитраттардың ыдырауы (нитраттар — қатты, суда жақсы еритін заттар, қыздырғанда $O_2$ бөледі):

Металл Ыдырау сызбасы Мысал
$K$, $Na$, $Li$ нитрит + $O_2$ $2NaNO_3 \rightarrow 2NaNO_2 + O_2$
$Mg$ — $Cu$ оксид + $NO_2$ + $O_2$ $2Pb(NO_3)_2 \rightarrow 2PbO + 4NO_2 + O_2$
$Ag$, $Hg$ металл + $NO_2$ + $O_2$ $2AgNO_3 \rightarrow 2Ag + 2NO_2 + O_2$

Ерекше жағдай: $NH_4NO_3 \rightarrow N_2O + 2H_2O$. $NO_3^-$ ионына сапалық реакция: зат + мыс жаңқалары + концентрлі $H_2SO_4$, қыздыру → қоңыр $NO_2$.

Фосфор — қатты бейметалл; аллотропиялық түрлері:

Түрі Құрылысы Қасиеттері
Ақ $P_4$ молекулалары (тетраэдр) жұмсақ, сарымсақ иісті, 44 °C-та балқиды, қараңғыда жарқырайды, күшті у; су астында сақталады
Қызыл тізбекті қызыл-қоңыр ұнтақ, иіссіз, жарқырамайды, улы емес; сіріңке өндірісінде
Қара қабатты графитке ұқсас, жартылай өткізгіш

Химиялық қасиеттері: $4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$; $6P + 5KClO_3 \rightarrow 5KCl + 3P_2O_5$ (тотықсыздандырғыш); $3Ca + 2P \rightarrow Ca_3P_2$ (тотықтырғыш). Алынуы: $Ca_3(PO_4)_2 + 5C + 3SiO_2 \rightarrow 3CaSiO_3 + 2P + 5CO$ (1500 °C). Фосфин $PH_3$ — аммиактың аналогы, бірақ тұрақсыз, улы, ауада өздігінен тұтанады.

Ортофосфор қышқылы $H_3PO_4$: $P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$; $Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2SO_4 \rightarrow 3CaSO_4 + 2H_3PO_4$. Үш негізді, орташа күшті, сатылап диссоциацияланады ($H_2PO_4^-$, $HPO_4^{2-}$, $PO_4^{3-}$). Сапалық реакция — $AgNO_3$: сары тұнба $Ag_3PO_4$. Тұздары: фосфаттар, гидрофосфаттар, дигидрофосфаттар; $Ca_3(PO_4)_2$ ерімейді, $Ca(H_2PO_4)_2$ ериді.

Тыңайтқыштар. Азотты: $(NH_4)_2SO_4$, $NH_4Cl$, $NaNO_3$, $KNO_3$, $NH_4NO_3$, несепнәр $CO(NH_2)_2$. Фосфорлы: фосфорит ұны (нашар ериді), қос суперфосфат $Ca(H_2PO_4)_2$, аммофос ($NH_4H_2PO_4$ + $(NH_4)_2HPO_4$). Калийлі: $KCl$, $KNO_3$, күл ($K_2CO_3$, поташ).

Топтың ауыр элементтері (As, Sb, Bi)

  • Топ бойынша төмен металдық қасиет артады: азот пен фосфор — бейметалдар, мышьяк пен сурьма — жартылай металдар, висмут — металл.
  • $+3$ тотығу дәрежесі $+5$-ке қарағанда төмен қарай тұрақтана түседі: As мен Sb үшін $+3,+5$ белгілі, Bi үшін негізгісі $+3$, Bi(V) қосылыстары күшті тотықтырғыш.
  • Оксидтердің негіздік сипаты төмен қарай күшейеді: мышьяк оксидтері — қышқылдық, сурьма оксиді — амфотерлі, висмут оксиді — негіздік.

Мысалдар

  1. 6,4 г мыс концентрлі $HNO_3$-пен әрекеттескенде қанша $NO_2$ (қ.ж.) бөлінеді? $n(Cu) = 0{,}1$ моль, $n(NO_2) = 0{,}2$ моль, $V = 4{,}48$ л.
  2. Тізбек $N_2 \rightarrow NH_3 \rightarrow X \rightarrow Y \rightarrow HNO_3$. $X = NO$, $Y = NO_2$.
  3. Тыңайтқыштағы азоттың массалық үлесі. $(NH_4)_2SO_4$: $28/132 = 21{,}2\%$; $NH_4NO_3$: $28/80 = 35\%$; несепнәр: $28/60 = 46{,}7\%$.

ҰБТ-дағы жиі қателер

  • $Cu + HNO_3 \rightarrow \ldots + H_2$ деп жазу: азот қышқылынан сутек бөлінбейді.
  • Концентрлі қышқыл мыспен $NO$, сұйытылғаны $NO_2$ береді деп шатастыру (керісінше).
  • Барлық нитраттар оксид береді деп ойлау: сілтілік металдар — нитрит, $Ag$, $Hg$ — металл.
  • Катализатор Габер процесінде шығымды арттырады деп ойлау.
  • Ақ фосфордың қасиеттерін (у, иіс, жарқырау) қызылға таңу; күлді азотты тыңайтқыш деп санау.

Өзіңді тексер

  1. Азоттың инерттілігінің себебі? — $N\equiv N$ үш еселік байланыстың энергиясы өте жоғары.
  2. $NH_4^+$-тегі төртінші байланыс қандай механизммен түзіледі? — Донор-акцепторлық.
  3. Салқын концентрлі $HNO_3$ қай металдарды пассивтейді? — $Fe$, $Cr$, $Al$.
  4. $NH_4NO_3$ ыдырағанда не түзіледі? — $N_2O$ және $H_2O$.
  5. $PO_4^{3-}$ ионының сапалық реактиві? — $AgNO_3$ (сары тұнба $Ag_3PO_4$).

Осы бөлімнің басқа тақырыптары