Разложение нитрата калия при нагревании


Разложение нитрата калия

Нитрат калия – это средняя соль, образованная сильным основанием – едким кали (щелочь) и сильной кислотой – азотной. Существует закономерность, которую следует запомнить: при термическом разложении нитратов щелочных металлов в качестве продуктов реакции образуются нитрит этого же металла и кислород.
Один из способов получения кислорода в лабораторных условиях – это разложение нитрата калия. Уравнение данной реакции выглядит следующим образом:
 
.
 
Она относится к окислительно-восстановительным, поскольку происходит изменение степеней окисления:
 
;
.
 
Определим количество вещества нитрата калия, вступившего в реакцию:
 
;
.
 
;
;
.
 
Mольное соотношение между нитратом калия и кислородом имеет вид:
 
,
т.е. .
 
Тогда, объем кислорода, выделившийся в ходе реакции термического разложения нитрата калия будет равен:
 
;
;
.

Реакции разложения | CHEMEGE.RU

При выполнении различных заданий ЕГЭ по химии (например, задачи 34 или задания 32 «мысленный эксперимент») могут пригодиться знания о том, какие вещества при нагревании разлагаются и как они разлагаются.

Рассмотрим термическую устойчивость основных классов неорганических веществ. Я не указываю в условиях температуру протекания процессов, так как в ЕГЭ по химии такая информация, как правило, не встречается. Если возможны различные варианты разложения веществ, я привожу наиболее вероятные, на мой взгляд, реакции.

При нагревании разлагаются оксиды тяжелых металлов:

2Ag2O = 4Ag + O2

2HgO = 2Hg + O2

4CrO3 = 2Cr2O3 + O2

2Mn2O7 = 4MnO2 + 3O2

Как правило, при нагревании разлагаются нерастворимые гидроксиды. Исключением является гидроксид лития, он растворим, но при нагревании в твердом виде разлагается на оксид и воду:

2LiOH = Li2O + H2O

Гидроксиды других щелочных металлов при нагревании не разлагаются.

Гидроксиды серебра (I) и меди (I) неустойчивы:

2AgOH = Ag2O + H2O

2CuOH = Cu2O + H2O

Гидроксиды большинства металлов при нагревании разлагаются на оксид и воду.

В инертной атмосфере (в отсутствии кислорода воздуха) гидроксиды хрома (III) марганца (II) и железа (II) распадаются на оксид и воду:

2Cr(OH)3 = Cr2O3 + 3H2O

Mn(OH)2 = MnO + H2O

Fe(OH)2 = FeO + H2O

Большинство остальных нерастворимых гидроксидов металлов также при нагревании разлагаются:

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

При нагревании разлагаются нерастворимые кислоты.

Например, кремниевая кислота:

H2SiO3 = H2O + SiO2

Некоторые кислоты неустойчивы и подвергаются разложению в момент образования. Большая часть молекул сернистой кислоты и угольной кислоты распадаются на оксид и воду в момент образования:

H2SO3 = H2O + SO2

H2CO3 = H2O + CO2

В ЕГЭ по химии лучше эти кислоты записывать в виде оксида и воды.

Например, при действии водного раствора углекислого газа на карбонат калия в качестве реагента мы указываем не угольную кислоту, а оксид углерода (IV) и воду, но подразумеваем угольную кислоту при этом:

K2CO3 + H2O + CO2 = 2KHCO3

Азотистая кислота на холоде или при комнатной температуре частично распадается уже в водном растворе, реакция протекает обратимо:

2HNO2 = H2O + NO2↑ + NO↑

При нагревании выше 100оС продукты распада несколько отличаются:

3HNO2 = H2O + HNO3↑ + 2NO↑

Азотная кислота под действием света или при нагревании частично обратимо разлагается:

4HNO3 = 2H2O + 4NO2 + O2

Разложение хлоридов

Хлориды щелочных, щелочноземельных металлов, магния, цинка, алюминия и хрома при нагревании не разлагаются.

Хлорид серебра (I) разлагается под действием света:

2AgCl → Ag + Cl2

Хлорид аммония при нагревании выше 340 оС разлагается:

NH4Cl → NH3 + HCl

Разложение нитратов

Нитраты щелочных металлов при нагревании разлагаются до нитрита металла и кислорода.

Например, разложение нитрата калия:

2KNO3 → 2KNO2 + O2

Видеоопыт разложения нитрата калия можно посмотреть здесь.

Нитраты магния, стронция, кальция и бария разлагаются до нитрита и кислорода при нагревании до 500 оС:

Ca(NO3)2 → Ca(NO2)2 + O2

Mg(NO3)2 → Mg(NO2)2 + O2

Ba(NO3)2 → Ba(NO2)2 + O2

Sr(NO3)2 → Sr(NO2)2 + O2

При более сильном нагревании (выше 500оС)  нитраты магния, стронция, кальция и бария разлагаются до оксида металла, оксида азота (IV) и кислорода:

2Ca(NO3)2 → 2CaО + 4NO2 + O2

2Mg(NO3)2 → 2MgО + 4NO2 + O2

2Sr(NO3)2 → 2SrО + 4NO2 + O2

2Ba(NO3)2 → 2BaО + 4NO2 + O2

Нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений после магния и до меди (включительно) + нитрат лития разлагаются при нагревании до оксида металла, диоксида азота и кислорода:

2Cu(NO3)2 → 2CuО + 4NO2 + O2

2Pb(NO3)2 → 2PbО + 4NO2 + O2

4Al(NO3)3 → 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2

4LiNO3 → 2Li2O + 4NO2 + O2

Нитраты серебра и ртути разлагаются при нагревании до оксида металла, диоксида азота и кислорода:

2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2

Hg(NO3)2 → Hg + 2NO2 + O2

Нитрат аммония разлагается при небольшом нагревании до 270оС оксида азота (I) и воды:

NH4NO3 → N2O + 2H2O

При более высокой температуре образуются азот и кислород:

2NH4NO3 → 2N2 + O2 + 4H2O

Разложение карбонатов и гидрокарбонатов

Карбонаты натрия и калия плавятся при нагревании.

Карбонаты лития, щелочноземельных металлов и магния разлагаются на оксид металла и углекислый газ:

Li2CO3 → Li2O + CO2

CaCO3 → CaO + CO2

MgCO3 → MgO + CO2

Карбонат аммония разлагается при 30оС на гидрокарбонат аммония и аммиак:

(NH4)2CO3 → NH4HCO3 + NH3

Гидрокарбонат аммония при дальнейшем нагревании разлагается на аммиак, углекислый газ и воду:

NH4HCO3 → NH3 + CO2 + H2O

Гидрокарбонаты натрия и калия при нагревании разлагаются на карбонаты, углекислый газ и воду:

2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2

2KHCO3 → K2CO3 + H2O + CO2

Гидрокарбонат кальция при нагревании до 100оС разлагается на карбонат, углекислый газ и воду:

Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2

При нагревании до 1200оС образуются оксиды:

Ca(HCO3)2 → CaO + H2O + 2CO2

Разложение сульфатов

Сульфаты щелочных металлов при нагревании не разлагаются.

Сульфаты алюминия, щелочноземельных металлов, меди, железа и магния разлагаются до оксида металла, диоксида серы и кислорода:

2MgSO4 → 2MgO + 2SO2 + O2

2CuSO4 → 2CuO + 2SO2 + O2

2BaSO4 → 2BaO + 2SO2 + O2

2Al2(SO4)3 → 2Al2O3 + 6SO2 + 3O2

2Fe2(SO4)3 → 2Fe2O3 + 6SO2 + 3O2

Сульфаты серебра и ртути разлагаются до металла, диоксида серы и кислорода:

Ag2SO4 → 2Ag + SO2 + O2

2HgSO4 → 2Hg + 2SO2 + O2

Разложение фосфатов, гидрофосфатов и дигидрофосфатов

Эти реакции, скорее всего, в ЕГЭ по химии не встретятся! Гидрофосфаты щелочных и щелочноземельных металлов разлагаются до пирофосфатов:

2Na2HPO4 →  H2O + Na4P2O7

2K2HPO4 →  H2O + K4P2O7

2CaHPO4 →  H2O + Ca2P2O7

Ортофосфаты при нагревании не разлагаются (кроме фосфата аммония).

Разложение сульфитов

Сульфиты щелочных металлов разлагаются до сульфидов и сульфатов:

4Na2SO3 →  Na2S + 3Na2SO4

Разложение солей аммония

Некоторые соли аммония, не содержащие анионы кислот-сильных окислителей, обратимо разлагаются при нагревании без изменения степени окисления. Это хлорид, бромид, йодид, дигидрофосфат аммония:

NH4Cl →  NH3 + HCl

NH4Br →  NH3 + HBr

NH4l →  NH3 + Hl

NH4H2PO4 →  NH3 + H3PO4

Cоли аммония, образованные кислотами-окислителями, при нагревании также разлагаются. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция. Это дихромат аммония, нитрат и нитрит аммония:

NH4NO3 → N2O + 2H2O

NH4NO2 → N2 + 2H2O

Видеоопыт разложения нитрита аммония можно посмотреть здесь.

(NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + 4H2O

Разложение перманганата калия

2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2

Разложение хлората и перхлората калия

Хлорат калия при нагревании разлагается до перхлората и хлорида:

4KClO3 → 3KClO4 + KCl

При нагревании в присутствии катализатора (оксид марганца (IV)) образуется хлорид калия и кислород:

2KClO3 → 2KCl + 3O2

Перхлорат калия при нагревании разлагается до хлорида и кислорода:

KClO4 → KCl + 2O2

Термическое разложение карбонатов и нитратов группы 2

ТЕПЛОВАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ КАРБОНАТОВ И НИТРАТОВ ГРУППЫ 2

 

На этой странице рассматривается влияние тепла на карбонаты и нитраты элементов 2-й группы - бериллия, магния, кальция, стронция и бария. Он описывает и объясняет, как термическая стабильность соединений изменяется по мере продвижения по группе.

 

Факты

Воздействие тепла на карбонаты группы 2

Все карбонаты в этой группе подвергаются термическому разложению с образованием оксида металла и газообразного диоксида углерода.Термическое разложение - это термин, обозначающий расщепление соединения при его нагревании.

Все эти карбонаты представляют собой белые твердые вещества, а образующиеся оксиды также являются белыми твердыми веществами.

Если "X" представляет любой из элементов:

По мере того, как вы спускаетесь по группе, карбонаты необходимо нагреть сильнее, прежде чем они разложатся.

Воздействие тепла на нитраты группы 2

Все нитраты этой группы подвергаются термическому разложению с образованием оксида металла, диоксида азота и кислорода.

Нитраты представляют собой белые твердые вещества, а образующиеся оксиды также представляют собой белые твердые вещества. Вместе с кислородом выделяется коричневый диоксид азота. Нитраты магния и кальция обычно содержат кристаллизационную воду, и твердое вещество может растворяться в своей собственной кристаллизационной воде, образуя бесцветный раствор, прежде чем он начнет разлагаться.

Опять же, если "X" представляет любой из элементов:

По мере того, как вы спускаетесь по группе, нитраты также должны быть нагреты сильнее, прежде чем они разложатся.

Сводка

Как карбонаты, так и нитраты становятся более термически стабильными по мере снижения Группы. Те, что ниже, должны быть нагреты сильнее, чем те, что вверху, прежде чем они разложатся.

 

Пояснения

Эта страница предлагает два разных взгляда на проблему. Вам необходимо выяснить, чего из этого ваши экзаменаторы могут ожидать от вас, чтобы вы не увлекались более сложными делами, чем вам действительно нужно.Вам следует посмотреть свою программу и прошлые экзаменационные работы - вместе со схемами оценок


Примечание: Если вы готовитесь к экзамену в Великобритании (уровень A или его эквивалент) и у вас нет копий учебной программы и прошлых работ, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать, как их получить.


Для карбонатов даны подробные объяснения, потому что диаграммы легче рисовать, и их уравнения также проще.Точно такие же аргументы применимы и к нитратам.

 

Объяснение тенденции с точки зрения поляризующей способности положительного иона

Маленький ион 2+ имеет большой заряд, упакованный в небольшой объем пространства. Он имеет высокую плотность заряда и будет иметь заметный искажающий эффект на любые отрицательные ионы, которые случайно окажутся рядом с ним.

Более крупный ион 2+ имеет такой же заряд, распределенный по большему объему пространства. Его плотность заряда будет ниже, и это вызовет меньшее искажение ближайших отрицательных ионов.

Структура карбонат-иона

Если бы вы выяснили структуру карбонат-иона с помощью «крестиков-точек» или другого подобного метода, вы, вероятно, получили бы:

На нем показаны две одинарные углерод-кислородные связи и одна двойная, причем два атома кислорода несут отрицательный заряд. К сожалению, в реальных карбонат-ионах все связи идентичны, а заряды распределены по всему иону, хотя и сосредоточены на атомах кислорода.Мы говорим, что обвинения делокализованы .

Это более сложная версия связывания, с которой вы могли столкнуться в бензоле или ионах, таких как этаноат. Для целей этой темы вам не нужно понимать, как возникла эта связь.


Примечание: Если вам интересно, вы можете перейти по этим ссылкам к бензолу или органическим кислотам. Любая из этих ссылок может вовлечь вас в довольно трудоемкий обходной путь!


На следующей диаграмме показаны делокализованные электроны.Затенение предназначено для того, чтобы показать, что их больше шансов найти вокруг атомов кислорода, чем рядом с углеродом.

Поляризация карбонат-иона

А теперь представьте, что происходит, когда этот ион помещается рядом с положительным ионом. Положительный ион притягивает к себе делокализованные электроны карбонат-иона. Карбонат-ион становится поляризованным.

При нагревании диоксид углерода высвобождается, оставляя оксид металла.

Сколько вам нужно нагреть карбонат до того, как это произойдет, зависит от того, насколько поляризован ион. Если он сильно поляризован, вам нужно меньше тепла, чем если бы он только слегка поляризован.

Чем меньше положительный ион, тем выше плотность заряда и тем большее влияние он оказывает на карбонат-ион. По мере того как положительные ионы становятся больше по мере того, как вы спускаетесь по группе, они меньше влияют на карбонатные ионы рядом с ними. Чтобы компенсировать это, вам нужно нагреть соединение сильнее, чтобы углекислый газ вырвался наружу и покинул оксид металла.

Другими словами, по мере того, как вы спускаетесь по группе, карбонаты становятся более термически стабильными.

А как насчет нитратов?

Аргумент здесь точно такой же. Маленькие положительные ионы в верхней части группы поляризуют нитрат-ионы сильнее, чем более крупные положительные ионы внизу. Нарисовать диаграммы, чтобы показать, как это происходит, намного сложнее, потому что в процессе взаимодействия участвуют более одного нитрат-иона. От вас не ожидается, что вы попытаетесь нарисовать это на экзамене.

 

Объяснение тенденции с точки зрения энергетики процесса

Анализ изменений энтальпии

Если вы рассчитаете изменения энтальпии разложения различных карбонатов, вы обнаружите, что все изменения в значительной степени эндотермические. Это означает, что реакции, вероятно, придется постоянно подогревать, чтобы они происходили.


Примечание: Если вас не устраивают изменения энтальпии, вы можете изучить раздел энергетики Chemguide или мою книгу расчетов по химии.


Изменения энтальпии (в кДж / моль -1 ), которые я рассчитал из изменений энтальпии образования, приведены в таблице. Цифры для расчета содержания карбоната бериллия отсутствовали. Помните, что речь идет о реакции:

.

MgCO 3 +117
CaCO 3 +178
SrCO 3 +235
BaCO 3

Вы можете видеть, что реакции становятся более эндотермическими по мере того, как вы спускаетесь по группе.Именно этого и следовало ожидать, поскольку карбонаты становятся более термически стабильными. Вы должны подавать все большее количество тепловой энергии, чтобы они разложились.

Объяснение изменений энтальпии

Здесь начинаются трудности! Если вы не знакомы с циклами закона Гесса (или с циклами Борна-Габера) и с энтальпиями решетки (энергиями решетки), вы не поймете следующего момента. Не тратьте время на его просмотр.

Использование энтальпийного цикла

Вы можете покопаться, чтобы найти основные причины все более эндотермических изменений по мере того, как вы спускаетесь по Группе, построив цикл энтальпии, включающий энтальпии решетки карбонатов металлов и оксидов металлов.

Как ни странно, существует два способа определения энтальпии решетки. Чтобы сделать аргумент математически более простым, на остальной части этой страницы я буду использовать менее распространенную версию (что касается учебных программ уровня A в Великобритании):

Энтальпия решетки - это тепло, необходимое для разделения одного моля кристалла в его стандартном состоянии на отдельные газообразные ионы.Например, для оксида магния это тепло, необходимое для выполнения 1 моля этого изменения:


Примечание: Энтальпию решетки обычно определяют как тепло, выделяемое при образовании 1 моля кристалла из его газообразных ионов. В этом случае энтальпия решетки для оксида магния будет -3889 кДж / моль -1 . Термин, который мы здесь используем, точнее называть «энтальпией диссоциации решетки».


Интересующий нас цикл выглядит так:

 

Вы можете применить к этому закон Гесса и найти два маршрута, у которых будет одинаковое изменение энтальпии, потому что они начинаются и заканчиваются в одних и тех же местах.

По причинам, которые мы вскоре рассмотрим, энтальпии решетки как оксидов, так и карбонатов падают по мере того, как вы спускаетесь по группе. Но они не падают с одинаковой скоростью.

Энтальпия решетки оксида падает быстрее, чем карбонатная. Если вы внимательно подумаете о том, что происходит со значением общего изменения энтальпии реакции разложения, вы увидите, что оно постепенно становится более положительным по мере того, как вы спускаетесь по группе.

Объяснение относительного падения энтальпии решетки

Размер энтальпии решетки определяется несколькими факторами, одним из которых является расстояние между центрами положительных и отрицательных ионов в решетке.Силы притяжения максимальны, если расстояния между ионами малы. Если притяжения велики, то для разделения ионов потребуется много энергии - энтальпия решетки будет большой.

Энтальпии решетки как карбонатов, так и оксидов падают по мере того, как вы спускаетесь по группе, потому что положительные ионы становятся больше. Межионные расстояния увеличиваются, и притяжение становится слабее.

ионный радиус (нм)
Mg 2+ 0.065
Ca 2+ 0,099
O 2- 0,140
CO 3 2- ?

Энтальпии решетки падают с разной скоростью из-за разных размеров двух отрицательных ионов - оксида и карбоната. Ион оксида относительно мал для отрицательного иона (0,140 нм), тогда как ион карбоната большой (рисунок отсутствует).

В оксидах, например, когда вы переходите от оксида магния к оксиду кальция, межионное расстояние увеличивается с 0.От 205 нм (0,140 + 0,065) до 0,239 нм (0,140 + 0,099) - увеличение примерно на 17%.

В карбонатах на межионном расстоянии преобладает карбонат-ион гораздо большего размера. Хотя межионное расстояние будет увеличиваться на ту же величину, что и при переходе от карбоната магния к карбонату кальция, в процентах от общего расстояния увеличение будет намного меньше.

Некоторые выдуманные цифры ясно показывают это.

Я не могу найти значение радиуса карбонат-иона и поэтому не могу использовать реальные цифры.Ради аргумента предположим, что радиус карбонатного иона равен 0,3 нм. Межионные расстояния в двух случаях, о которых мы говорим, увеличились бы с 0,365 нм до 0,399 нм - увеличение всего примерно на 9%.

Скорость, с которой две энергии решетки падают при спуске по группе, зависит от процентного изменения при переходе от одного соединения к другому. Исходя из этого, энтальпия решетки оксидов должна падать быстрее, чем у карбонатов.

А как насчет нитратов?

Нитрат-ион больше, чем оксид-ион, поэтому его радиус имеет тенденцию преобладать над межионным расстоянием.Энтальпия решетки оксида снова будет падать быстрее, чем у нитрата. если бы вы построили такой цикл дальше по странице, применимы те же аргументы.

 
 

Куда бы вы сейчас хотели отправиться?

В меню группы 2. , ,

В меню «Неорганическая химия». , ,

В главное меню. , ,

 

© Джим Кларк, 2002 г. (изменено в феврале 2015 г.)

.

Использование нитрата калия - наука поражена

Нитрат калия - это химическое соединение, состоящее из калия, азота и кислорода. Эта статья познакомит вас с различными применениями этого соединения.

Нитрат калия (KNO 3 ) - это природный минерал, содержащий три основных химических элемента. Он содержит калий (мягкий, легкий металл, серебро), азот (газ без цвета и запаха) и кислород.Комбинация этих элементов образует нитрат калия, также известный как селитра или селитра. Он образуется в виде тонких белых корок на камнях, в пещерах и типах почв, богатых органическими веществами. Он в изобилии встречается в Индии, Испании, Египте и Италии.

Хотите написать для нас? Что ж, мы ищем хороших писателей, которые хотят распространять информацию. Свяжитесь с нами, и мы поговорим ...

Давайте работать вместе!

Нитрат калия растворим в горячей воде и слабо растворяется в холодной воде.Когда соединение нагревается или при разложении, оно выделяет кислород. Это сильный окислитель, который горит и взрывается при реакции с другими органическими соединениями. Температура плавления нитрата калия составляет 334º C, а температура кипения - 400º C.

Использует

Удобрение

Чаще всего это соединение используется в виде удобрений. Он содержит все макроэлементы, необходимые для роста растений. Калий жизненно важен для роста сельскохозяйственных культур, а азот помогает им полностью созреть, а не замедляет их рост.

Консервант пищевой

Использование нитрата калия в качестве пищевого консерванта было широко распространено в средние века. Сегодня он используется во многих процессах, таких как вяление мяса, производство рассола и производство солонины.

Взрывчатые вещества

Согласно древней китайской истории изобретения петард, китайцы случайно наткнулись на одно из величайших открытий всех времен. Смесь 15% углерода, 10% серы и 75% нитрата калия давала «китайский снег» или «дьявольский дистиллят».Этот черный порох сейчас широко известен как «порох». Из него делают фейерверки, гранаты, бомбы и т.д. Он также используется в качестве ингредиента для любительского твердотопливного ракетного топлива.

В первые годы открытия пороха отдельные ингредиенты тщательно перемешивались вручную и разбивались на мелкие кусочки. Сегодня древесный уголь и сера смешиваются с помощью переворачивания, когда стальные шарики вращаются в полом цилиндре. Нитрат калия измельчают отдельно, смешивают и измельчают вместе с другими ингредиентами.Затем его прессуют в лепешки, повторно дробят и разделяют на зерна стандартных размеров. Зерна складываются в деревянные цилиндры, чтобы края были гладкими. В смесь добавлен графит, чтобы получить влагостойкую пленку, снижающую трение.

Сигареты

Нитрат калия - часто используемый ингредиент при производстве сигарет. Это помогает равномерно сжигать табак. ( Скульптурное предупреждение : Курение сигарет вредит здоровью).

Другие приложения

Нитрат калия используется в медицине как мочегонное средство. Он также используется в качестве ингредиента в зубных пастах, так как делает зубы менее чувствительными к боли, препятствуя передаче болевых сигналов по зубным нервам. Также его добавляют в препараты от боли в спине и суставах. Он также используется для производства кинескопов, оптического стекла, высококачественной посуды для ремесел и т. Д. Он широко используется в металлообработке в качестве флюса и для консервации кож.

Он также был известен из поколения в поколение среди мужского населения из-за мифа, который утверждает, что нитрат калия является прекрасным афродизиаком.Миф или факт, другие применения этого соединения - реальность, что делает его одним из самых полезных соединений на Земле.

,

Реакции разложения - Химия | Сократик

Химия
Наука
  • Анатомия и физиология
  • астрономия
  • астрофизика
  • Биология
  • Химия
  • наука о планете Земля
  • Наука об окружающей среде
  • Органическая химия
  • физика
математический
  • Алгебра
  • Исчисление
  • Геометрия
  • Prealgebra
  • тригонометрия и алгебра
  • Статистика
  • тригонометрия
гуманитарные науки
.

Смотрите также