Аммиака с кислородом каталитическое уравнение

Аммиак: получение и свойства

Аммиак

Строение молекулы и физические свойства

В молекуле аммиака NH₃ атом азота соединен тремя одинарными ковалентными полярными связями с атомами водорода:

Геометрическая форма молекулы аммиака — правильная треугольная пирамида. Валентный угол H-N-H составляет 107,3 о :

У атома азота в аммиаке на внешнем энергетическом уровне остается одна неподеленная электронная пара. Эта электронная пара оказывает значительное влиение на свойства аммиака, а также на его структуру. Электронная структура аммиака — тетраэдр , с атомом азота в центре:

Аммиак – бесцветный газ с резким характерным запахом. Ядовит. Весит меньше воздуха. Связь N-H — сильно полярная, поэтому между молекулами аммиака в жидкой фазе возникают водородные связи. При этом аммиак очень хорошо растворим в воде, т.к. молекулы аммиака образуют водородные связи с молекулами воды.

Способы получения аммиака

В лаборатории аммиак получают при взаимодействии солей аммония с щелочами. Поск ольку аммиак очень хорошо растворим в воде, для получения чистого аммиака используют твердые вещества.

Например , аммиак можно получить нагреванием смеси хлорида аммония и гидроксида кальция. При нагревании смеси происходит образование соли, аммиака и воды:

Тщательно растирают ступкой смесь соли и основания и нагревают смесь. Выделяющийся газ собирают в пробирку (аммиак — легкий газ и пробирку нужно перевернуть вверх дном). Влажная лакмусовая бумажка синеет в присутствии аммиака.

Видеоопыт получения аммиака из хлорида аммония и гидроксида кальция можно посмотреть здесь.

Еще один лабораторный способ получения аммиака – гидролиз нитридов.

Например , гидролиз нитрида кальция:

В промышленности аммиак получают с помощью процесса Габера: прямым синтезом из водорода и азота.

Процесс проводят при температуре 500-550 о С и в присутствии катализатора. Для синтеза аммиака применяют давления 15-30 МПа. В качестве катализатора используют губчатое железо с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния. Для полного использования исходных веществ применяют метод циркуляции непровзаимодействовавших реагентов: не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.

Более подробно про технологию производства аммиака можно прочитать здесь.

Химические свойства аммиака

1. В водном растворе аммиак проявляет основные свойства (за счет неподеленной электронной пары). Принимая протон (ион H + ), он превращается в ион аммония. Реакция может протекать и в водном растворе, и в газовой фазе:

Таким образом, среда водного раствора аммиака – щелочная. Однако аммиак – слабое основание . При 20 градусах один объем воды поглощает до 700 объемов аммиака.

Видеоопыт растворения аммиака в воде можно посмотреть здесь.

2. Как основание, аммиак взаимодействует с кислотами в растворе и в газовой фазе с образованием солей аммония.

Например , аммиак реагирует с серной кислотой с образованием либо кислой соли – гидросульфата аммония (при избытке кислоты), либо средней соли – сульфата аммония (при избытке аммиака):

Еще один пример : аммиак взаимодействует с водным раствором углекислого газа с образованием карбонатов или гидрокарбонатов аммония:

Видеоопыт взаимодействия аммиака с концентрированными кислотами – азотной, серной и и соляной можно посмотреть здесь.

В газовой фазе аммиак реагирует с летучим хлороводородом. При этом образуется густой белый дым – это выделяется хлорид аммония.

NH₃ + HCl → NH₄Cl

Видеоопыт взаимодействия аммиака с хлороводородом в газовой фазе (дым без огня) можно посмотреть здесь.

3. В качестве основания, водный раствор аммиака реагирует с растворами солей тяжелых металлов , образуя нерастворимые гидроксиды.

Например , водный раствор аммиака реагирует с сульфатом железа (II) с образованием сульфата аммония и гидроксида железа (II):

4. Соли и гидроксиды меди, никеля, серебра растворяются в избытке аммиака, образуя комплексные соединения – аминокомплексы.

Например , хлорид меди (II) реагирует с избытком аммиака с образованием хлорида тетрамминомеди (II):

Гидроксид меди (II) растворяется в избытке аммиака:

5. Аммиак горит на воздухе , образуя азот и воду:

Если реакцию проводить в присутствии катализатора (Pt), то азот окисляется до NO:

6. За счет атомов водорода в степени окисления +1 аммиак может выступать в роли окислителя , например в реакциях с щелочными, щелочноземельными металлами, магнием и алюминием . С металлами реагирует только жидкий аммиак.

Например , жидкий аммиак реагирует с натрием с образованием амида натрия:

Также возможно образование Na₂NH, Na₃N.

При взаимодействии аммиака с алюминием образуется нитрид алюминия:

2NH₃ + 2Al → 2AlN + 3H₂

7. За счет азота в степени окисления -3 аммиак проявляет восстановительные свойства. Может взаимодействовать с сильными окислителями — хлором, бромом, пероксидом водорода, пероксидами и оксидами некоторых металлов. При этом азот окисляется, как правило, до простого вещества.

Например , аммиак окисляется хлором до молекулярного азота:

Пероксид водорода также окисляет аммиак до азота:

Оксиды металлов , которые в электрохимическом ряду напряжений металлов расположены справа — сильные окислители. Поэтому они также окисляют аммиак до азота.

Например , оксид меди (II) окисляет аммиак:

2NH₃ + 3CuO → 3Cu + N₂ + 3H₂O

Каталитическое окисление аммиака

Каталитическое окисление аммиака кислородом

Собирают установку (рис. 15). Колбу 1 заполняют почти доверху раствором аммиака с массовой долей 25%. Левую трубку соединяют с газометром. Она доходит почти до дна колбы и при легком усилии должна подниматься или опускаться в пробке. Правая трубка 2 находится на расстоянии 2—3 ем от уровня жидкости.

Конец газоотводной трубки 2 вставляют (через U-образную трубку с натронной известью) в реакционную трубку 3, куда предварительно на середину ее введена электронагревательная спираль с катализатором 4 (оксидами хрома, железа, марганца или их смесью). Вместо этих оксидов можно воспользоваться тонкой медной сеткой.

Рис. Установка для каталитического окисления аммиака:

1— колба, 2 — газоотводная трубка, 3 — трубка-реактор, 4 — электроспираль с катализатором, 5 — колба для собирания оксидов азота, 6 — дугообразная трубка.

Тонкую медную сетку в качестве катализатора используют по аналогии с заводским контактным аппаратом, где аммиачно-кислородная смесь проходит через тончайшую платиново-иридиевую cетку в течение доли секунды с почти 100%-ным выходом окси дов азота. Медь менее активный катализатор. Поэтому контакт с ней должен быть продолжительнее, чем в заводских условиях.

Химизм протекающих в лабораторной установке процессов выражается следующими уравнениями химических реакций:

Колба 5 служит для собирания оксидов азота, а дугообразная трубка 6 — для поглощения оксидов азота водой, в нее прибавляют раствор лакмуса синего цвета. Соотношение аммиака и кислорода регулируют путем более или менее глубокого погружения в раствор аммиака левой трубки в колбе 1 и поворотами крана в трубке от газометра с кислородом.

Смесь газов пропускают через катализатор, который нагревают до того момента, когда он начнет раскаливаться, и экзотермический процесс будет протекать самопроизвольно. Затем электронагреватель выключают. Колба 5 заполняется бурым газом, который проходит в дугообразную трубку, вследствие чего синяя окраска находившейся в ней жидкости переходит в красную.

В начале опыта вместо ожидаемого бурого газа может появиться белый дымок нитрата и нитрита аммония. Чтобы уменьшить приток аммиака, следует поднять левую трубку в колбе 1 и немного усилить приток кислорода с помощью крана.

В колбу 5 поступают не только оксиды азота, но и пары во ды. Поэтому на дне колбы образуется жидкость (азотная и азотистая кислоты).

Меры предосторожности

Если смесь газов загорится в трубке с катализатором, необходимо немедленно прекратить доступ в прибор кислорода из газометра, для чего следует приоткрыть проб ку в колбе 1. Чтобы избежать взрыва, раствор аммиака в колбу доливают почти доверху, чтобы пространство для аммиачно-кислородной смеси было небольшим.

Каталитическое окисление аммиака сильно экзотермическая реакция, что может привести к размягчению и ломке обычной стеклянной трубки-реактора. Поэтому необходимо для опыта использовать тугоплавкую трубку (из кварца или стекла «пирекс»).

Похожие страницы:

Понравилась статья поделись ей

Leave a Comment

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Реакция взаимодействия аммиака и кислорода

4NH₃ + 5O₂ 4NO + 6H₂O

Реакция взаимодействия аммиака и кислорода с образованием оксида азота(II) и воды. Реакцию проводят при повышенной температуре (800°C) и наличии катализатора, селективно ускоряющий реакцию. Скорость окисления аммиака до оксида азота(II) повышают платина и ее сплавы с металлами-платиноидами, оксиды железа, марганца, кобальта, (хрома [15] ) и др.

Реакция используется в статьях:

• 4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O, ΔH 0 ₂₉₈ = -907,3 кДж/моль.