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
Запишите уравнения реакций характеризующие свойства аммиака
1) Является сильным восстановителем, потому что азот в нём имеет минимальную степень окисления -3.
Восстановительные свойства проявляет по отношению (запишите уравнения реакций и рассмотрите с позиций окисления-восстановления):
а) 4NH3 + 5O2 кат. ⟶ 4NO + 6H2O | ||||
N -3 — 5ē ⟶ N +2 | 5 | 20 | 4 | восстановитель (окисление) |
O2 0 + 4ē ⟶ 2O -2 | 4 | 5 | окислитель (восстановление) |
б) 4NH3 + 3O2 ⟶ 2N2 + 6H2O | ||||
2N -3 — 6ē ⟶ N2 0 | 6 | 12 | 2 | восстановитель (окисление) |
O2 0 + 4ē ⟶ 2O -2 | 4 | 3 | окислитель (восстановление) |
– к оксидам металлов:
2NH3 + 3CuO ⟶ 3Cu + N2 + 3H2O | ||||
2N -3 — 6ē ⟶ N2 0 | 6 | 6 | 1 | восстановитель (окисление) |
Cu +2 + 2ē ⟶ Cu 0 | 2 | 3 | окислитель (восстановление) |
2) Взаимодействует с водой, образуя непрочное основание – гидрат аммиака NH3∙H2O, который, как слабый электролит, незначительно диссоциирует:
NH3∙H2O ⇄ NH4 + + OH — .
10%-й раствор аммиака в воде – это нашатырный спирт.
Образование иона аммония отражает схема:
H3N: | + | ☐H + | ⟶ | NH4 + |
донор | акцептор |
Различают два механизма образования ковалентной связи:
1) Обменный;
2) Донорно-акцепторный.
Уравнениями реакций подтвердите химические свойства аммиака.
1) Кислотно-основные свойства
взаимодействует:
а) с водой: NH3 + H2O->NH4OH->NH4+ + OH-
б) с галогенводородами: NH3 + HCl-> NH4Cl
в) с кислотами : NH3 + HNO3 → NH4NO3
г) с солями некоторых металлов: CuSO4 + 4NH3-> [Cu(NH3)4]SO4
2)Окислительно-восстановительные свойства
а) восстанавливает некоторые металлы из их оксидов 2NH3 + 3CuO-> N2+3Cu+3H2O
б) окисление кислородом без катлизатора 4NH3 + 3 O2-> 2N2 + 6H2O
в) окисляется до NO кислородом в присутствии катализатора 4NH3 + 5O2->4NO+6H2O
http://gomolog.ru/reshebniki/9-klass/tetrad-gabrielyan-2020/30/chast-1-zadanie-5.html
http://sprashivalka.com/tqa/q/23872517