"Химия", Габриелян О.С.
Аммиак — соединение азота и водорода с формулой NH₃, бесцветный газ с резким запахом. Благодаря полярной молекуле он очень хорошо растворяется в воде, а его водный раствор проявляет основные свойства. Аммиак реагирует с кислотами, образуя аммонийные соли, и используется для производства удобрений, азотной кислоты, взрывчатых веществ и нашатырного спирта. В параграфе важно понять строение NH₃, способы получения и характерные реакции.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Аммиак — соединение азота и водорода с формулой NH3. В молекуле один атом азота связан с тремя атомами водорода, поэтому аммиак относится к ковалентным соединениям. Он применяется для получения удобрений, азотной кислоты, взрывчатых веществ и других продуктов.
Аммоний-ион — положительно заряженный ион NH4+, который образуется при присоединении иона водорода H+ к молекуле аммиака. При этом у азота используется неподелённая электронная пара для образования новой связи. Понимание этого превращения помогает объяснить состав аммонийных солей.
Аммонийные соли — соли, содержащие катион NH4+. К ним относятся хлорид аммония NH4Cl, нитрат аммония NH4NO3 и сульфат аммония (NH4)2SO4. Они связаны с аммиаком тем, что образуются при его взаимодействии с кислотами.
Нашатырный спирт — водный раствор аммиака, обычно используемый в быту и медицине. В нём находятся растворённые молекулы NH3, а также небольшое количество ионов NH4+ и OH−. Его применяют, например, для приведения человека в сознание при обмороке и для некоторых хозяйственных работ.
На внешнем электронном уровне атом азота имеет пять электронов. До устойчивого состояния ему не хватает трёх, поэтому азот образует три общие электронные пары с атомами водорода. Два оставшихся электрона образуют неподелённую пару, не участвующую в связях.
Электронная пара в связи N—H смещена к более электроотрицательному атому азота. Поэтому у азота возникает частичный отрицательный заряд, а у водорода — частичный положительный. Из-за такой неравномерности зарядов молекула NH3 полярна и имеет форму, близкую к треугольной пирамиде.
Аммиак является газом, потому что между его молекулами при обычных условиях недостаточно сильны силы притяжения для перехода в жидкость или твёрдое состояние. Это бесцветный газ с резким характерным запахом. Запах связан с раздражающим действием молекул аммиака на слизистые оболочки, поэтому неизвестный газ нельзя проверять непосредственным вдыханием.
Вода хорошо растворяет аммиак благодаря полярности обеих веществ. Между молекулами возникают взаимодействия, а часть NH3 принимает ион водорода от воды: NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH−. Знак обратимости показывает, что реагируют не все молекулы, а в растворе устанавливается равновесие.
Гидроксид-ионы делают раствор аммиака щелочным, поэтому он изменяет окраску индикаторов и реагирует с кислотами. В реакции с хлороводородом образуется хлорид аммония: NH3 + HCl → NH4Cl. В лаборатории аммиак получают нагреванием аммонийной соли со щёлочью, например 2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O; в промышленности азот соединяют с водородом: N2 + 3H2 ⇄ 2NH3.
Таблица объединяет главные сведения о веществе. Ею удобно пользоваться для повторения: сначала вспомните формулу и физические свойства, затем сравните способы получения и реакции. Уравнения в таблице показывают, какие частицы участвуют в превращениях.
| Характеристика | Что указать для аммиака |
|---|---|
| Формула и строение молекулы | NH3; атом азота образует три ковалентные связи и имеет неподелённую электронную пару. |
| Физические свойства | Бесцветный газ с резким запахом, легче воздуха. |
| Растворимость в воде | Очень хорошо растворяется; устанавливается равновесие NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH−. |
| Основные свойства водного раствора | Раствор содержит OH−, изменяет окраску индикаторов и проявляет щелочную реакцию. |
| Реакции с кислотами | Образуются аммонийные соли: NH3 + HCl → NH4Cl. |
| Реакция с кислородом | При горении: 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O; на катализаторе возможно образование NO. |
| Лабораторное получение | Нагревание аммонийной соли со щёлочью: 2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O. |
| Промышленное получение | Синтез из азота и водорода: N2 + 3H2 ⇄ 2NH3, катализатор — железо. |
| Качественная реакция | Влажная красная лакмусовая бумага синеет; с HCl образуется белый дым NH4Cl. |
| Применение | Производство удобрений, азотной кислоты, взрывчатых веществ; получение нашатырного спирта. |
Запишите формулы аммиака и иона аммония, определите число атомов каждого элемента и расставьте коэффициенты в реакции NH3 с хлороводородом. Сначала различим нейтральную молекулу и заряженный ион. Затем проверим число атомов по обе стороны уравнения.
Ответ: NH3 содержит 1 атом азота и 3 атома водорода, NH4+ — 1 атом азота и 4 атома водорода; уравнение NH3 + HCl → NH4Cl.
Какую массу аммиака можно получить из 0,50 моль NH4Cl при избытке гидроксида кальция? Используем уравнение лабораторного получения и его коэффициенты. Избыток щёлочи означает, что количество аммиака ограничено только количеством хлорида аммония.
Ответ: можно получить 8,5 г аммиака.
Через раствор с 9,8 г H2SO4 пропустили аммиак до полной нейтрализации. Сначала найдём количество серной кислоты, а затем по уравнению определим количество соли. Полная нейтрализация означает образование среднего сульфата аммония.
Ответ: образуется 13,2 г сульфата аммония.
Аммиак и ион аммония считают одной частицей. Ошибка возникает из-за похожих формул NH3 и NH4+, но первая частица нейтральна, а вторая имеет заряд +1. Проверка: у иона аммония на один атом водорода больше и обязательно записан знак «+».
Растворение аммиака записывают как полное превращение всех молекул в ионы. На самом деле реакция NH3 с водой обратима, поэтому используют знак ⇄. Если в уравнении нет обратной стрелки, проверьте, не забыто ли равновесие.
Аммонийные соли называют солями, содержащими аммиак, или неверно записывают их катион. В состав соли входит не NH3, а NH4+, соединённый с кислотным остатком. Для самопроверки найдите в формуле соли катион и убедитесь, что заряд соединения равен нулю.
При лабораторном получении аммиака забывают нагревание или неверно расставляют коэффициенты. Реакция аммонийной соли со щёлочью требует нагревания, а число атомов каждого элемента должно совпадать в обеих частях уравнения. Проверьте также, что перед NH3 стоит коэффициент 2 в реакции с Ca(OH)2.
Для понимания аммиака нужны знания о строении атома азота, валентности, степенях окисления и ковалентной связи. Они объясняют состав и строение молекулы NH3.
Тема связана со свойствами кислот, оснований и солей, потому что аммиак образует щелочной раствор и аммонийные соли. Расчётные задачи используют количество вещества, молярную массу и коэффициенты уравнений.
Дальше эти знания пригодятся при изучении азотной кислоты, азотсодержащих удобрений, круговорота азота и промышленного химического производства.
Почему аммиак хорошо растворяется в воде?
Молекула аммиака полярна, а молекулы воды тоже имеют полярное строение. Поэтому между ними возникают сильные взаимодействия, а часть NH₃ реагирует с водой с образованием NH₄⁺ и OH⁻.
Чем аммиак отличается от иона аммония?
Аммиак NH₃ — нейтральная молекула, в которой один атом азота связан с тремя атомами водорода. Ион аммония NH₄⁺ образуется при присоединении к аммиаку иона водорода и имеет положительный заряд.
Почему раствор аммиака называют основанием, если в его составе нет гидроксид-иона?
При растворении аммиак взаимодействует с водой: NH₃ + H₂O ⇄ NH₄⁺ + OH⁻. Именно появление гидроксид-ионов придаёт раствору основные свойства.
Как распознать аммиак среди других газов?
Аммиак имеет резкий характерный запах, но нюхать неизвестный газ непосредственно нельзя. Влажная красная лакмусовая бумага в аммиаке синеет, поскольку раствор газа имеет щелочную реакцию.
Почему аммиак нельзя смешивать с хлорсодержащими средствами?
Аммиак может реагировать с хлором и веществами, содержащими активный хлор, с образованием токсичных соединений. Такая смесь опасна для дыхания, поэтому бытовые чистящие средства нельзя соединять друг с другом.
§ 29. Аммиак
