Взаимодействие нитрата свинца с водой

Содержание

Нитрат свинца. Химические свойства, применение
Гидролиз нитрата свинца (II)
Общие сведения о гидролизе нитрата свинца (II)
Гидролиз нитрата свинца (II)
Примеры решения задач
Нитрат свинца II
Содержание
История
Физические свойства
Кристаллическая структура
Получение
Химические свойства
Применение
Меры предосторожности

Нитрат свинца. Химические свойства, применение

Нитрат свинца — это неорганическое соединение, имеющее следующую формулу: Pb(NO3)2. В обычном состоянии представляет собой порошок белого цвета или бесцветные кристаллы. Это вещество хорошо растворяется в воде.

Физические свойства

1. Хорошо растворяется с поглощением тепла в H2O (вода), плохо — в ацетоне , а также в метиловом и этиловом спиртах.
2. Образует диамагнитные бесцветные кристаллы, плотностью 4,530 г/сантиметр³. Каждый атом Pb (свинец) окружен двенадцатью атомами О (кислород). Длина связи Pb-O составляет 0,281 нм, а N-O — 0,127 нм. Представляет кубическую сингонию. Принадлежит к пространственной группе Pa3. Кроме кубической разновидности была получена еще и моноклинная форма, которая даже при нагревании плохо растворима в H2O (вода).
3. Свинец, температура плавления составляет 600,65 K.

Как получают нитрат свинца

Это вещество не встречается в природе. Поэтому люди создали некоторые методы (промышленные и лабораторные), которые сводятся к растворению свинца (Pb), его гидроксида или окиси в разбавленной азотной кислоте. Реакции:
3Pb (свинец) + 8HNO3 (кислота азотная) = 3Pb(NO3)2 (нитрат свинца) + 2NO (азота оксид, выделяется в виде газа) + 4H2O (вода);
PbO (окись свинца) + 2HNO3 (кислота азотная) = Pb(NO3)2 (свинца нитрат) + H2O (вода);
Pb(OH)2 (свинца гидроксид) + 2HNO3 (азотная кислота) = Pb(NO3)2 (динитрат свинца) + 3H2O (вода).

Для того чтобы подавить гидролиз и снизить растворимость динитрата свинца, азотную кислоту необходимо брать с избытком.

Также динитрат свинца получают как побочный продукт при очистке отходов кислотой азотной, например, при обработке висмуто-свинцовых отходов на заводах. В дальнейшем это соединение используют для цианирования золота.

Какие химические свойства есть у нитрата свинца

1. В водном растворе нитрат свинца диссоциирует на нитрат-анионы и катионы свинца. Вот так выглядит эта реакция:

Pb(NO3)2 (динитрат свинца) = Pb2+ (катион свинца) + 2NO3- (анион оксида азота)

Раствор динитрата свинца подвергается гидролизу. При избыточном количестве NO3- образуются нитратокомплексы: [Pb(NO3)6]3−, [Pb(NO3)4]2− и [Pb(NO3)3]−. Если повысить pH раствора, то в результате создаются гидронитраты Pb(OH)x(NO3)y переменного состава. Некоторые из них при этом выделены в твердом состоянии.

2. Так как свинца динитрат является растворимым соединением, то можно получить следующие обменные реакции:

2HCl (соляная кислота) + Pb(NO3)2 = PbCl2 (хлорид свинца, выпадает в осадок) + 2HNO3 (азотная кислота);
H2SO4 (кислота серная) + Pb(NO3)2 = PbSO4 (сульфат свинца, выпадает в осадок) + 2HNO3 (кислота азотная);
Pb(NO3)2 (свинца нитрат) + 2NaOH (натрия гидроксид) = Pb(OH)2 (свинца гидроксид, выпадает в осадок) + 2NaNO3 (нитрат натрия);
Pb(NO3)2 + 2NaN3 (азид натрия) = Pb(N3)2 (азид свинца, выпадает в осадок) + 2NaNO3 (нитрат натрия).

Любое химическое соединение, содержащее в себе свинцовый катион (Pb+2), будет реагировать с раствором, в котором есть анион йодид. При этом образуется осадок желто-оранжевого цвета (Pbl2, свинца йодид). Так выглядит данная реакция:

Pb2+ + 2l- = Pbl2 (осадок)

Такая же обменная реакция и в твердой фазе. Например:

Pb(NO3)2 + 2Kl (калий) = Pbl2 (выпадает в осадок) + 2KNO3 (нитрат калия)

Применение нитрата свинца

— используется в качестве начального сырья для производства большинства других соединений Pb (свинец);
— в качестве ингибитора нейлоновых полимеров и некоторых других полиэфиров, в роли зооцида, в покрытиях бумаги фототермографической;
— так как нитрат свинца — это доволно опасное соединение, в промышленной сфере в настоящее время используют другие соединения. Например, при производстве красок, спичек и фейерверков полностью отказались от соединений свинца.
— в лабораторной практике свинца нитрат используют как хороший и удобный источник диазота тетраоксида;
— сравнительно недавно в очень ограниченных количествах это химическое соединение используется при цианировании золота.
— в органической химии Pb(NO3)2 используется в качестве окислителя, для получения из дитиокарбаматов изотиоцианатов. Из-за своей высокой токсичности его применяют все реже.

Безопасность

Нитрат свинца классифицируется как категория 2А (вероятно канцерогенное соединение для человека). Недопустимо вдыхание его ядовитых паров или прием внутрь, а также контакт с кожными покровами или слизистой оболочкой. Динитрат свинца должен постоянно находиться под контролем. Отравления этим химическим соединением приводят к отравлениям, глиомам и раку почек, головного мозга и легких.

Источник

Гидролиз нитрата свинца (II)

Общие сведения о гидролизе нитрата свинца (II)

Формула – Pb(NO₃)₂. Представляет собой порошок белого цвета. Молярная масса – 331 г/моль.

Рис. 1. Внешний вид нитрата свинца (II).

Гидролиз нитрата свинца (II)

Гидролизуется по катиону. Характер среды водного раствора нитрата свинца (II) кислый. Уравнение гидролиза будет выглядеть следующим образом:

Pb 2+ + 2NO₃ — + H₂O↔PbOH + + H + + 2NO₃ — (полное ионное уравнение);

Pb 2+ + H₂O ↔ PbOH + + H + (сокращенное ионное уравнение);

Теоретически возможна вторая ступень:

Pb(OH)NO₃↔PbOH + +NO₃ — (диссоциация соли);

PbOH + + NO₃ — + H₂O ↔ Pb(OH)₂ + H + + NO₃ — (полное ионное уравнение);

PbOH + + H₂O ↔ Pb(OH)₂ + H + (сокращенное ионное уравнение);

Примеры решения задач

Задание

Установите соответствие между названием соли и цветом индикатора в растворе этой соли.

фенолфталеин бесцветный, лакмус синий,

Хлорид железа (III)

фенолфталеин бесцветный, лакмус красный,

фенолфталеин бесцветный, лакмус фиолетовый

фенолфталеин красный, лакмус красный

Ответ

а) нитрат бария представляет собой соль, образованную сильной кислотой (азотной) и сильным основанием (гидроксидом бария):

Гидролизу не подвергается. Реакция среды раствора нитрата бария нейтральная, значит окраска лакмуса будет фиолетовой, а фенолфталеин будет бесцветным. Вариант 3.

б) хлорид железа (III) представляет собой соль, образованную сильной кислотой (хлороводородной) и слабым основанием (гидроксидом железа (III)):

Гидролизуется по катиону:

Наличие ионов водорода свидетельствует о том, что реакция среды раствора хлорида железа (III) кислая, а значит окраска и лакмуса, и фенолфталеина будет красной. Вариант 4.

в) сульфат аммония представляет собой соль, образованную сильной кислотой (серной) и слабым основанием (гидроксидом аммония):

Гидролизуется по катиону:

Наличие ионов водорода свидетельствует о том, что реакция среды раствора сульфата аммония кислая, а значит окраска и лакмуса, и фенолфталеина будет красной. Вариант 4.

г) ацетат калия представляет собой соль, образованную слабой кислотой (уксусной) и сильным основанием (гидроксидом калия):

Гидролизуется по аниону:

Наличие гидроксид-ионов свидетельствует о том, что реакция среды раствора ацетата калия щелочная, а значит окраска лакмуса будет синей, а фенолфталеин останется бесцветным. Вариант 1.

Источник

Нитрат свинца II

Нитрат свинца

Систематическое
наименование

нитрат свинца II

Хим. формула

Pb(NO₃)₂

Состояние

бесцветное вещество

Молярная масса

331.2 г/моль

Плотность

(20 °C) 4,53 г/см³

Температура

• плавления

(разл.) 270 °C

• вспышки

негорюч °C

Растворимость

• в воде

(20 °C) 52 г/100мл (100 °C) 127 г/100 мл

• в остальных веществах

в азотной кислоте, этаноле: нерастворим

Показатель преломления

1.782

Координационная геометрия

кубооктаэдрическая

Кристаллическая структура

гранецентрированная кубическая

Рег. номер CAS

10099-74-8

PubChem

16683880

Рег. номер EINECS

233-245-9

SMILES

RTECS

OG2100000

ChEBI

37187

Номер ООН

1469

ChemSpider

23300 и 21781774

Пиктограммы ECB

Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Нитрат свинца II (Свинец азотнокислый) (динитрат свинца) — неорганическое химическое соединение с химической формулой Pb (NO₃)₂. В обычном состоянии — бесцветные кристаллы или белый порошок. Токсичен, канцерогенен. Хорошо растворим в воде.

Содержание

История

Исторически первое промышленное применение нитрата свинца II — это использование его в качестве сырья при производстве свинцовых пигментов, таких, как «хром желтый» (хромат свинца II), «хром оранжевый» (гидроксид-хромат свинца II) и аналогичных соединений свинца. Эти пигменты использовались для крашения текстильных изделий.

В 1597 немецкий алхимик Андреас Либавиус первым описал нитрат свинца, дав ему название plumb dulcis и calx plumb dulcis, что означает «сладкий свинец» из-за его вкуса.

Процесс производства был и остается химически простым — растворение свинца в aqua fortis (азотная кислота), а затем очистка осадка. Тем не менее, производство оставалось мелким на протяжении многих веков, а о промышленном производстве в качестве сырья для производства других соединений свинца не сообщалось до 1835. В XIX веке динитрат свинца стали производить на коммерческой основе в Европе и Соединенных Штатах.

В 1974 году в США потребление соединений свинца, за исключением пигментов и добавок в бензин, составляло 642 тонны.

Физические свойства

Нитрат свинца хорошо растворяется в воде (52,2 г/100 г воды) с поглощением тепла, плохо растворяется в этиловом и метиловом спиртах, ацетоне.

Кристаллическая структура

Кристаллическая структура твердого динитрата свинца была определена с помощью нейтронной дифракции. Нитрат свинца образует бесцветные диамагнитные кристаллы, плотность 4,530 г/см³, кубическая сингония, пространственная группа Pa3, а = 0,784 нм, Z=4. Каждый атом свинца окружён двенадцатью атомами кислорода (длина связи 0,281 нм). Все длины N—O связей одинаковы — 0,127 нм.

Интерес исследователей к кристаллической структуре нитрата свинца был основан на предположении свободного вращения нитратных групп в кристаллической решетке при высоких температурах, но это не подтвердилось.

Кроме кубической разновидности нитрата свинца была получена моноклинная форма, которая плохо растворима в воде даже при нагревании.

Получение

Динитрат свинца не встречается в природе. Промышленные и лабораторные методы его получения сводятся к растворению в разбавленной азотной кислоте свинца, его оксида или гидроксида:

кислоту берут с избытком для подавления гидролиза и снижения растворимости нитрата свинца.

При очистке азотной кислотой отходов, содержащих свинец, например, при обработке свинцово-висмутных отходов на заводах, образуется динитрат свинца как побочный продукт. Эти соединения используются в процессе цианирования золота.

Химические свойства

Динитрат свинца хорошо растворяется в воде, давая бесцветный раствор. Растворимость сильно увеличивается при нагревании:

Растворимость в воде, г/100 г	45,5	52,2	58,5	91,6	116,4
Температура, °C	10	20	25	60	80

Водный раствор диссоциирует на катионы свинца и нитрат-анионы:

Раствор нитрата свинца(II) подвергается гидролизу и имеет слабокислую реакцию, которая имеет показатель pH от 3,0 до 4,0 для 20 % водного раствора. При избытке ионов NO₃ − в растворе образуются нитратокомплексы [Pb(NO₃)₃] − , [Pb(NO₃)₄] 2− и [Pb(NO₃)₆] 4− . При повышении pH раствора образуются гидроксонитраты переменного состава Pb(OH)_x(NO₃)_y, некоторые из них выделены в твёрдом состоянии.

Так как только динитрат и ацетат свинца II являются растворимыми соединениями свинца, то все остальные соединения можно получить обменными реакциями:

Любое соединение, содержащее катион свинца II, будет реагировать с раствором, содержащим йодид анион с образованием осадка оранжево-жёлтого цвета (йодид свинца II). Из-за разительной перемены цвета эта реакция часто используется для демонстрации под названием золотой дождь:

Pb 2+ + 2 I − ⟶ PbI₂ ↓

Аналогичная реакция обмена проходит и в твердой фазе. Например, при смешении бесцветных йодида калия и динитрата свинца, и сильного измельчения, например, перетиранием в ступке, происходит реакция:

Цвет полученной смеси будет зависеть от относительного количества использованных реагентов и степени измельчения.

При растворении нитрата свинца в пиридине или жидком аммиаке образуются продукты присоединения, например, Pb(NO₃)₂·4C₅H₅N и Pb(NO₃)₂·n NH₃, где n=1, 3, 6.

Динитрат свинца является окислителем. В зависимости от типа реакции он может быть как Pb 2+ -ион, который имеет стандартный редокс-потенциал (E 0 ) −0.125 V, или нитрат-ион, который в кислой среде имеет (E 0 ) +0.956 V .

При нагревании кристаллов динитрата свинца они начинают разлагаться на оксид свинца II, кислород и диоксид азота, процесс сопровождается характерным треском. Этот эффект называется декрепитация:

Благодаря этому свойству нитрат свинца иногда используется в пиротехнике.

Применение

Динитрат свинца используется в качестве исходного сырья при производстве большинства других соединений свинца.

В связи с опасным характером данного соединения, в промышленной сфере отдается предпочтение в использовании альтернативных соединений. Практически полностью отказались от использования свинца в красках. Другие исторические применения данного вещества в спичках и фейерверках, также уменьшились или прекратились.

Динитрат свинца используется как ингибитор полимеров нейлона и других полиэфиров, в покрытиях фототермографической бумаги, а также в качестве зооцида.

В лабораторной практике динитрат свинца используется как удобный и надежный источник тетраоксида диазота.

Примерно с 2000 года нитрат свинца II начал использоваться при цианировании золота. Для улучшения выщелачивания в процессе цианирования золота добавляется динитрат свинца, при этом используется очень ограниченное его количество (от 10 до 100 мг динитрата свинца на килограмм золота).

В органической химии динитрат свинца был использован в качестве окислителя, например, в качестве альтернативы реакции Соммелета для окисления бензилов галогенидов до альдегидов. Он также нашёл применение для получения изотиоцианатов из дитиокарбаматов. Из-за своей токсичности он стал находить все меньшее применение, но по прежнему находит нерегулярное использование в S_N1 реакции.

Меры предосторожности

Динитрат свинца токсичен и канцерогенен, является окислителем и классифицируется (как и все неорганические соединения свинца) вероятно канцерогенное вещество для человека (категория 2А) со стороны Международного агентства по изучению рака. Следовательно, он должен обрабатываться и храниться с соблюдением соответствующих мер предосторожности для того, чтобы предотвратить вдыхание, приём внутрь или контакт с кожей. Из-за опасного характера и ограниченного применения вещество должно находиться под постоянным контролем. ПДК = 0,01 мг/м³.

При приеме внутрь может привести к острому отравлению, так же как и другие растворимые соединения свинца.

Отравления приводят к раку почек и глиомы у подопытных животных и рака почек, рака мозга и рака легких у людей, хотя исследования работников, подвергающихся воздействию свинца, часто осложнялись одновременным воздействием мышьяка. Свинец известен как заменитель цинка в ряде ферментов, в том числе дегидратазы δ-аминолевулиновой кислоты (англ. δ-aminolevulinic acid dehydratase ) в биосинтезе гема, который важен для правильного метаболизма ДНК, следовательно может вызывать ущерб плоду матери.

Источник