1. Азот N₂: характеристика и химические свойства
Азот — элемент VA группы, 2-го периода. В свободном виде существует в форме двухатомной молекулы N₂ с очень прочной тройной связью (энергия связи 945 кДж/моль), что объясняет его химическую инертность при обычных условиях.
| Характеристика | Значение/Описание | Особенности |
|---|---|---|
| Электронная конфигурация | 1s²2s²2p³ или [He]2s²2p³ | Имеет 3 неспаренных электрона на p-подуровне, что определяет валентность III |
| Степени окисления | -3, 0, +1, +2, +3, +4, +5 | Наиболее характерны: -3 (аммиак, соли аммония), +3 (нитриты), +5 (нитраты) |
| В природе | 78% по объему в атмосфере | Входит в состав белков, нуклеиновых кислот, хлорофилла, многих алкалоидов |
| Химическая активность | Очень низкая при обычных условиях | Активируется при высоких температурах, давлении или в присутствии катализаторов |
1. С металлами (при нагревании):
3Mg + N₂ → Mg₃N₂ (нитрид магния)
2. С водородом (процесс Габера, 450-500°C, 200-1000 атм, катализатор Fe):
N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
3. С кислородом (в электрическом разряде):
N₂ + O₂ → 2NO
4. С фтором (самый активный окислитель):
N₂ + 3F₂ → 2NF₃
Получение в промышленности:
1. Фракционная дистилляция жидкого воздуха
2. Адсорбционное разделение (молекулярные сита)
Применение:
• Производство аммиака и азотных удобрений
• Создание инертной атмосферы
• Хладагент (жидкий азот, -196°C)
• Производство взрывчатых веществ
2. Аммиак NH₃ и соли аммония
Аммиак — одно из важнейших соединений азота, бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворимый в воде (в 1 объеме воды растворяется 700 объемов аммиака). Обладает основными свойствами за счет неподеленной пары электронов на атоме азота.
| Свойство/Реакция | Уравнение/Описание | Особенности |
|---|---|---|
| Строение молекулы | Пирамидальная форма, угол H-N-H ≈ 107° | Неподеленная пара электронов определяет основные свойства и способность к комплексообразованию |
| Взаимодействие с водой | NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ | Образуется гидрат аммиака NH₃·H₂O — слабое основание |
| Взаимодействие с кислотами | NH₃ + HCl → NH₄Cl (дым без огня) | Качественная реакция на аммиак |
| Горение в кислороде | 4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O (без катализатора) 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (катализатор Pt) |
Каталитическое окисление — стадия производства HNO₃ |
| Соли аммония | NH₄Cl, (NH₄)₂SO₄, NH₄NO₃ | Хорошо растворимы в воде, разлагаются при нагревании |
1. Соли летучих кислот: NH₄Cl → NH₃↑ + HCl↑ (возгонка)
2. Соли нелетучих кислот: (NH₄)₂SO₄ → NH₃↑ + NH₄HSO₄
3. Соли окислительных кислот: NH₄NO₃ → N₂O↑ + 2H₂O (при 200°C)
1. Записываем данные:
V(р-ра NaOH) = 200 мл
ρ = 1.1 г/мл → m(р-ра) = 200 × 1.1 = 220 г
ω(NaOH) = 10% → m(NaOH) = 220 × 0.1 = 22 г
M(NaOH) = 40 г/моль → n(NaOH) = 22 / 40 = 0.55 моль
V(NH₃) = 4.48 л → n(NH₃) = 4.48 / 22.4 = 0.2 моль
2. Записываем возможную реакцию:
Аммиак с щелочью не реагирует с образованием соли! Это распространенная ошибка. Аммиак — основание, NaOH — тоже основание. Они не реагируют друг с другом.
3. Правильный анализ:
Аммиак NH₃ — слабое основание, NaOH — сильное основание. Они не вступают в реакцию нейтрализации. Аммиак может реагировать с кислотами с образованием солей аммония, но не со щелочами.
4. Проверяем условия задачи:
Возможно, в условии ошибка? Если бы вместо NaOH была кислота (например, HCl), то:
NH₃ + HCl → NH₄Cl
n(HCl) = 0.55 моль, n(NH₃) = 0.2 моль
NH₃ в недостатке → n(NH₄Cl) = 0.2 моль
M(NH₄Cl) = 53.5 г/моль → m = 0.2 × 53.5 = 10.7 г
✅ Правильный ответ на исходную задачу: Аммиак с гидроксидом натрия не реагирует, поэтому соль не образуется. Но если предположить, что в условии ошибка и вместо NaOH была кислота, то правильный ответ был бы А (10.7 г).
Ключевой вывод: Аммиак реагирует только с кислотами, но не со щелочами!
3. Оксиды азота: от N₂O до N₂O₅
Азот образует несколько оксидов с различными степенями окисления. Каждый из них имеет уникальные свойства и значение.
| Оксид | Степень окисления N | Физические свойства | Химические свойства | Получение |
|---|---|---|---|---|
| N₂O (оксид азота(I), веселящий газ) |
+1 | Бесцветный газ со сладковатым запахом | Поддерживает горение, несолеобразующий оксид | NH₄NO₃ → N₂O + 2H₂O (при 200°C) |
| NO (оксид азота(II)) |
+2 | Бесцветный газ, плохо растворим в воде | Легко окисляется кислородом воздуха: 2NO + O₂ → 2NO₂ | 3Cu + 8HNO₃(разб.) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O |
| NO₂ (оксид азота(IV)) |
+4 | Бурый ядовитый газ с резким запахом | Димеризуется: 2NO₂ ⇌ N₂O₄; с водой: 2NO₂ + H₂O → HNO₃ + HNO₂ | 2NO + O₂ → 2NO₂; 2Pb(NO₃)₂ → 2PbO + 4NO₂ + O₂ |
| N₂O₃ (оксид азота(III)) |
+3 | Синяя жидкость при низких температурах | Кислотный оксид, соответствует азотистой кислоте HNO₂ | NO + NO₂ ⇌ N₂O₃ (при охлаждении) |
| N₂O₅ (оксид азота(V)) |
+5 | Белые кристаллы, летучи | Сильный окислитель, соответствует азотной кислоте | 2HNO₃ + P₂O₅ → 2HPO₃ + N₂O₅ |
1. NO и N₂O — несолеобразующие оксиды
2. NO₂ с водой дает смесь кислот: HNO₃ и HNO₂
3. NO не реагирует с водой, щелочами и кислотами (кроме сильных окислителей)
4. Все оксиды азота, кроме N₂O, — ядовиты!
4. Азотная кислота HNO₃ и нитраты
Азотная кислота — одна из самых важных минеральных кислот, сильный окислитель за счет азота в степени окисления +5. Существует в безводном виде и в виде водных растворов различной концентрации.
Безводная HNO₃ — бесцветная жидкость с резким запахом, плотность 1.52 г/см³, tкип = 83°C.
Концентрированная (68%) — дымит на воздухе из-за частичного разложения.
Цвет "дымящей" HNO₃ — желтый из-за растворенного NO₂, который образуется при разложении:
4HNO₃ → 4NO₂ + O₂ + 2H₂O
1. Общие свойства кислот:
Диссоциация: HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻
Реакция с основаниями, основными оксидами, солями
2. Окислительные свойства:
• С металлами (кроме Au, Pt, Ir)
• С неметаллами (S, P, C)
• С органическими веществами
3. Разложение при нагревании:
4HNO₃ → 4NO₂ + O₂ + 2H₂O
| Концентрация HNO₃ | Продукты восстановления с металлами | Пример реакции | Примечание |
|---|---|---|---|
| Концентрированная (˃60%) | NO₂ (бурый газ) | Cu + 4HNO₃(конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O | Пассивация Fe, Al, Cr |
| Разбавленная (20-60%) | NO (бесцветный газ) | 3Cu + 8HNO₃(разб.) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O | Наиболее частая реакция в ЕГЭ |
| Сильно разбавленная (<20%) | N₂O, N₂, NH₄NO₃ | 4Mg + 10HNO₃(оч. разб.) → 4Mg(NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O | Зависит от активности металла |
| Холодная концентрированная | Пассивация | Fe, Al, Cr не реагируют | Образуется плотная оксидная пленка |
1. Добавляют Cu стружку и концентрированную H₂SO₄
2. Наблюдают выделение бурого газа NO₂
Уравнение: NaNO₃ + H₂SO₄(конц.) → NaHSO₄ + HNO₃
Затем: 4HNO₃ + Cu → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O
5. Амины: органические производные аммиака
Амины — органические соединения, являющиеся производными аммиака, в которых один, два или три атома водорода замещены на углеводородные радикалы. Классифицируются по числу замещенных атомов водорода.
| Тип амина | Общая формула | Примеры | Физические свойства | Основность |
|---|---|---|---|---|
| Первичные | R-NH₂ | Метиламин CH₃-NH₂, Анилин C₆H₅-NH₂ | Газы или жидкости с аммиачным запахом, анилин — маслянистая жидкость | Слабые основания, сильнее аммиака |
| Вторичные | R₂NH | Диметиламин (CH₃)₂NH | Жидкости с рыбным запахом | Основания, сильнее первичных |
| Третичные | R₃N | Триметиламин (CH₃)₃N | Жидкости, триметиламин — газ с рыбным запахом | Слабые основания |
| Ароматические | Ar-NH₂ | Анилин C₆H₅NH₂ | Маслянистая жидкость со слабым запахом, плохо растворима в воде | Очень слабые основания |
1. Основные свойства: R-NH₂ + HCl → [R-NH₃]⁺Cl⁻
2. Алкилирование: R-NH₂ + CH₃I → R-NH-CH₃ + HI
3. Ацилирование: R-NH₂ + CH₃COCl → R-NH-CO-CH₃ + HCl
4. Реакция с азотистой кислотой:
• Первичные алифатические: R-NH₂ + HNO₂ → R-OH + N₂↑ + H₂O
• Ароматические: C₆H₅-NH₂ + HNO₂ → C₆H₅-N₂⁺Cl⁻ (соль диазония)
1. Анализ реакции с HCl:
Амин + HCl → Соль амина
n(HCl) в соли = m/M = 7.3 / 36.5 = 0.2 моль
На 0.1 моль амина приходится 0.2 моль HCl
Значит, амин присоединяет 2 моль HCl на 1 моль амина → Это диамин (с двумя аминогруппами)
2. Анализ реакции с HNO₂:
Первичные алифатические амины с HNO₂ дают спирт и азот:
R-NH₂ + HNO₂ → R-OH + N₂↑ + H₂O
V(N₂) = 2.24 л → n(N₂) = 2.24 / 22.4 = 0.1 моль
Из 0.1 моль амина получили 0.1 моль N₂
Значит, на 1 молекулу амина приходится 1 аминогруппа, дающая N₂
Но из пункта 1 — амин должен иметь 2 аминогруппы! Противоречие?
3. Разрешение противоречия:
Если амин содержит 2 аминогруппы, то с HNO₂ он должен давать 2 моль N₂ на 1 моль амина.
Но получили только 0.1 моль N₂ из 0.1 моль амина → выделился не весь азот.
Возможно, вторая аминогруппа — вторичная или третичная, либо амин ароматический.
4. Проверка вариантов:
• CH₃NH₂ — первичный, с HCl даст соль 1:1 (не подходит)
• C₂H₅NH₂ — первичный, с HCl даст соль 1:1 (не подходит)
• (CH₃)₂NH — вторичный, с HCl даст соль 1:1 (не подходит)
• C₆H₅NH₂ — ароматический, с HCl даст соль 1:1, с HNO₂ не дает N₂ (не подходит)
5. Вывод: По данным задачи невозможно однозначно определить амин. Вероятно, в условии ошибка. Наиболее вероятный ответ — этилендиамин H₂N-CH₂-CH₂-NH₂, но его нет в вариантах.
✅ Из предложенных вариантов: Наиболее близок этиламин, но он не соответствует данным полностью. Задача требует уточнения условий.
6. Аминокислоты: амфотерные азотсодержащие соединения
Аминокислоты — органические соединения, содержащие одновременно карбоксильную группу (-COOH) и аминогруппу (-NH₂). Являются структурными единицами белков. Обладают амфотерными свойствами благодаря наличию кислотной и основной групп.
| Классификация | Примеры | Формула | Особенности |
|---|---|---|---|
| По положению аминогруппы | α-аминокислоты | H₂N-CH₂-COOH (глицин) | Аминогруппа у α-атома C, входят в состав белков |
| По числу групп | Моноаминомонокарбоновые | CH₃-CH(NH₂)-COOH (аланин) | Нейтральные, изоэлектрическая точка около 6 |
| Диаминомонокарбоновые | H₂N-(CH₂)₄-CH(NH₂)-COOH (лизин) | Основные, изоэлектрическая точка больше 7 | |
| Моноаминодикарбоновые | HOOC-CH₂-CH₂-CH(NH₂)-COOH (глутаминовая) | Кислые, изоэлектрическая точка меньше 7 | |
| По строению радикала | Алифатические, ароматические, гетероциклические | Триптофан, тирозин, гистидин | Определяют свойства и функции в белках |
1. Как кислота: реагирует со щелочами
H₂N-CH₂-COOH + NaOH → H₂N-CH₂-COONa + H₂O
2. Как основание: реагирует с кислотами
H₂N-CH₂-COOH + HCl → [⁺H₃N-CH₂-COOH]Cl⁻
3. Внутримолекулярная соль (биполярный ион):
⁺H₃N-CH₂-COO⁻ (цвиттер-ион)
4. Изоэлектрическая точка — pH, при котором молекула электронейтральна
Аминокислоты соединяются через пептидную связь с образованием полипептидов и белков:
H₂N-CH(R)-COOH + H₂N-CH(R')-COOH →
H₂N-CH(R)-CO-NH-CH(R')-COOH + H₂O
Пептидная связь — -CO-NH-
Белки — биополимеры из 100+ аминокислотных остатков
Денатурация — разрушение пространственной структуры белка (нагревание, кислоты, соли тяжелых металлов)
1. Нингидриновая реакция — сине-фиолетовое окрашивание с нингидрином (на α-аминокислоты)
2. Ксантопротеиновая реакция — желтое окрашивание с HNO₃(конц.) (на ароматические аминокислоты: фенилаланин, тирозин)
3. Биуретовая реакция — фиолетовое окрашивание с Cu(OH)₂ (на пептидные связи)
7. Решение задач ЕГЭ по теме "Азотсодержащие соединения"
В ЕГЭ по химии задачи на азотсодержащие соединения встречаются в заданиях №11-15, 22-24, 29-34. Ниже приведены типичные задачи с подробным разбором.
1. Записываем уравнение реакции:
Каталитическое окисление аммиака: 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O
2. Находим количество аммиака:
M(NH₃) = 17 г/моль
n(NH₃) = m/M = 34 / 17 = 2 моль
3. По уравнению реакции:
4 моль NH₃ требуют 5 моль O₂
2 моль NH₃ требуют x моль O₂
x = (2 × 5) / 4 = 2.5 моль O₂
4. Находим объем кислорода:
V(O₂) = n × Vm = 2.5 × 22.4 = 56 л
5. Находим объем воздуха:
В воздухе 20% кислорода по объему
V(воздуха) = V(O₂) / 0.2 = 56 / 0.2 = 280 л
6. Проверяем варианты:
280 л нет в вариантах! Перепроверим расчеты.
7. Альтернативный подход (возможно, в условии другая реакция):
Если реакция горения без катализатора: 4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂О
Тогда на 4 моль NH₃ нужно 3 моль O₂
На 2 моль NH₃ нужно 1.5 моль O₂
V(O₂) = 1.5 × 22.4 = 33.6 л
V(воздуха) = 33.6 / 0.2 = 168 л (нет в вариантах)
8. Проверяем вариант Б (224 л):
V(O₂) = 224 × 0.2 = 44.8 л
n(O₂) = 44.8 / 22.4 = 2 моль
По уравнению: 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O
На 2 моль O₂ нужно (4×2)/5 = 1.6 моль NH₃
m(NH₃) = 1.6 × 17 = 27.2 г (а не 34 г)
✅ Вывод: Вероятно, правильный ответ должен быть 280 л, но его нет в вариантах. Ближе всего 224 л. Возможно, в условии опечатка или предполагается неполное окисление.
Финальный тест: 20 вопросов по азотсодержащим соединениям
Пройдите итоговый тест, чтобы оценить, насколько хорошо вы усвоили все классы азотсодержащих соединений и их взаимосвязи. Вопросы соответствуют формату и сложности ЕГЭ 2026 года.
Ваш результат
Системные курсы для углублённой подготовки к ЕГЭ по химии 2026
Материалы на этой странице дают мощную теоретическую базу. Чтобы отработать решение задач до автоматизма, проработать все тонкости и быть уверенным в результате на экзамене, рекомендуем дополнить самоподготовку структурированными курсами от ведущих образовательных платформ.
Углубленные курсы по химии с детальным разбором азотсодержащих соединений, включая механизмы реакций и решение сложных задач. Преподаватели — эксперты ЕГЭ и олимпиад.
Перейти на сайт ФоксфордаСпециализируется на интенсивной подготовке к ЕГЭ. Много практики по решению именно экзаменационных задач на азотсодержащие соединения, цепочки превращений и расчётные задачи.
Перейти на сайт СоткиИндивидуальные занятия с репетитором. Идеальный выбор, если тема «Азотсодержащие соединения» даётся тяжело. Преподаватель построит программу, исходя из ваших пробелов.
Перейти на сайт ТетрикиКрупная платформа с фокусом на ЕГЭ. Все материалы адаптированы под актуальные требования ФИПИ. Большое сообщество учеников для взаимопомощи.
Перейти на сайт УмскулОнлайн-школа от создателей Учи.ру. Прозрачная система оплаты, официальные чеки, пробный бесплатный урок с настоящим преподавателем. Подробный разбор тем по химии.
Перейти на сайт Учи.Дома