"Химия ", Габриелян О.С, Сивоглазов В.И. и др., Изд. "ДРОФА"
Соли аммония — вещества, в состав которых входит положительно заряженный ион NH₄⁺ и анион кислотного остатка. Их получают взаимодействием аммиака с кислотами; многие из этих солей растворяются в воде и используются, в частности, в составе азотных удобрений. Главное свойство для распознавания — при нагревании со щёлочью они выделяют аммиак. При нагревании без щёлочи соли тоже могут разлагаться, но продукты зависят от кислотного остатка.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Соли аммония — соли, содержащие катион аммония NH₄⁺ и анион кислотного остатка. Например, NH₄Cl состоит из NH₄⁺ и Cl⁻, а (NH₄)₂SO₄ — из NH₄⁺ и SO₄²⁻. По составу такие вещества относятся к солям, хотя вместо металлического катиона в них находится сложный ион аммония. Это определение помогает узнавать соли аммония по формуле и отличать их от других солей.
Ион аммония NH₄⁺ — положительно заряженный сложный ион, который образуется при присоединении протона H⁺ к молекуле аммиака NH₃. После присоединения протона у частицы становится на один атом водорода больше, а заряд равен +1. Ион NH₄⁺ входит в состав всех солей аммония. Знание его формулы нужно, чтобы правильно составлять формулы солей и записывать реакции.
Реакция соли аммония со щёлочью — качественная реакция, при которой при нагревании выделяется аммиак NH₃. Качественной называют реакцию, по признаку которой распознают вещество или ион. Выделившийся газ можно обнаружить по характерному запаху, а также по посинению влажной красной лакмусовой бумаги. Поэтому такую реакцию используют для обнаружения NH₄⁺ в растворе.
Термическое разложение соли аммония — изменение её состава при нагревании. Соль распадается на другие вещества, причём набор продуктов зависит от аниона и условий реакции. Например, хлорид аммония при нагревании распадается на аммиак и хлороводород. Это понятие позволяет не переносить свойства одной соли на все остальные.
Катион аммония возникает из аммиака, когда молекула NH₃ присоединяет протон H⁺: NH₃ + H⁺ → NH₄⁺. Протон — это ядро атома водорода без электрона, поэтому его присоединение увеличивает положительный заряд частицы. В ионе NH₄⁺ четыре атома водорода связаны с одним атомом азота. В соли катион удерживается рядом с отрицательно заряженным анионом, а вся формульная единица в целом нейтральна.
Получить соль аммония можно взаимодействием аммиака с кислотой: частица NH₃ присоединяет протон кислоты, а оставшаяся часть кислоты становится анионом. Например, NH₃ + HCl → NH₄Cl. Чтобы составить формулу соли, учитывают заряды обоих ионов и подбирают индексы для электрической нейтральности. Заряд SO₄²⁻ равен −2, поэтому для него нужны два катиона NH₄⁺: формула сульфата аммония — (NH₄)₂SO₄. Скобки показывают, что индекс 2 относится ко всей группе NH₄.
Большинство солей аммония растворимо в воде. При растворении ионные частицы отделяются друг от друга, поэтому раствор содержит подвижные катионы NH₄⁺ и соответствующие анионы. Именно присутствие этих частиц позволяет раствору проводить электрический ток и участвовать в ионных реакциях. Растворимость полезно учитывать, когда нужно описать реакцию между растворами: растворимую соль обычно записывают как вещество, разделённое на ионы.
При добавлении щёлочи гидроксид-ионы OH⁻ взаимодействуют с катионом аммония. Они забирают у NH₄⁺ протон, образуя воду, а оставшаяся частица становится молекулой аммиака: NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃ + H₂O. Нагревание помогает аммиаку перейти из раствора в газ, поэтому его выделение становится заметным. Если газ уходит из раствора, равновесие реакции смещается в сторону образования новых порций NH₃; это и делает реакцию удобной для обнаружения иона аммония.
При нагревании соли без добавления щёлочи может происходить другое превращение — термическое разложение. У разных солей различаются анионы, поэтому они по-разному влияют на состав продуктов реакции. Хлорид аммония распадается на NH₃ и HCl, которые при охлаждении могут снова соединиться. Нитрат аммония при подходящих условиях образует N₂O и воду, а сульфат аммония при сильном нагревании разлагается иначе; поэтому продукты нельзя определять только по наличию NH₄⁺.
| Соль | Формула | Растворимость в воде | Действие щёлочи при нагревании | Особенности при нагревании |
|---|---|---|---|---|
| Хлорид аммония | NH₄Cl | Растворим | Выделяется NH₃ | Образует NH₃ и HCl; при охлаждении пары могут снова дать NH₄Cl |
| Сульфат аммония | (NH₄)₂SO₄ | Растворим | Выделяется NH₃ | При сильном нагревании разлагается; возможное первое превращение — образование NH₄HSO₄ и NH₃ |
| Нитрат аммония | NH₄NO₃ | Растворим | Выделяется NH₃ | При контролируемом нагревании может образовать N₂O и H₂O; нагревать опасно |
Сначала по таблице можно сравнить растворимость и увидеть, что перечисленные соли растворяются в воде. Затем проверьте колонку о щёлочи: она показывает общий признак катиона NH₄⁺. Последняя колонка подчёркивает, что при нагревании без щёлочи продукты отличаются и зависят от аниона.
Ионы в соли должны уравновешивать заряды друг друга, потому что формула соли в целом нейтральна. Один сульфат-ион несёт заряд −2, а каждый катион аммония — заряд +1. Значит, для компенсации заряда сульфат-иона понадобятся два катиона аммония. Группу NH₄ при записи формулы заключают в скобки, если индекс относится ко всей группе.
Проверка: общий заряд равен 2 · (+1) + (−2) = 0. Следовательно, формула сульфата аммония записана правильно. Ответ: (NH₄)₂SO₄.
При взаимодействии соли аммония со щёлочью катион NH₄⁺ превращается в аммиак и воду. Оставшиеся ионы Na⁺ и Cl⁻ образуют хлорид натрия. Поэтому среди продуктов должны быть NH₃, H₂O и NaCl; затем необходимо проверить число атомов каждого элемента.
При нагревании аммиак выделяется в виде газа, что позволяет использовать реакцию для обнаружения NH₄⁺. Ответ: NH₄Cl + NaOH → NH₃↑ + H₂O + NaCl.
Щёлочь взята в избытке, поэтому количество образовавшегося аммиака определяется количеством NH₄Cl. Из уравнения реакции видно, что один моль NH₄Cl даёт один моль NH₃. Сначала найдём количество соли по её молярной массе, а затем переведём количество газа в объём при нормальных условиях.
Проверка соотношения веществ важна: если бы коэффициенты перед NH₄Cl и NH₃ отличались, количество газа нужно было бы пересчитать по ним. В данном уравнении коэффициенты одинаковы, поэтому количество NH₃ равно количеству NH₄Cl. Ответ: 4,48 л аммиака.
Запись NH₃⁺ вместо NH₄⁺ неверна: в соли катион аммония содержит четыре атома водорода. Путаница возникает из-за того, что его получают из аммиака NH₃, но при этом присоединяется ещё один протон. Проверяйте формулу по способу образования: NH₃ + H⁺ даёт NH₄⁺.
При составлении формулы соли иногда забывают учитывать заряд катиона или кислотного остатка. Из-за этого заряд формульной единицы получается ненулевым, например в записи сульфата аммония NH₄SO₄. Проверка проста: умножьте заряд каждого иона на его индекс и сложите; результат должен быть равен нулю.
Смешивание соли аммония с водой само по себе не является характерной реакцией для выделения аммиака. Такую ошибку допускают, потому что соли часто растворяются и распадаются на ионы, но для качественной реакции нужна щёлочь, обычно с нагреванием. Проверьте, присутствует ли в уравнении OH⁻ и получается ли NH₃.
Нельзя считать, что все соли аммония при нагревании дают одинаковые продукты. Катион NH₄⁺ общий, но анионы у солей различаются и участвуют в образовании продуктов разложения. Перед записью уравнения проверьте, какая именно соль нагревается; например, для NH₄Cl указывают NH₃ и HCl, а не один и тот же набор для всех солей.
Для составления формул солей аммония нужно уметь находить заряды ионов и знать формулы кислотных остатков, например Cl⁻, SO₄²⁻ и NO₃⁻. Образование NH₄⁺ связано со свойствами аммиака и присоединением протона, а реакция со щёлочью — с кислотно-основными взаимодействиями. Выделение NH₃ помогает распознавать ион аммония в растворах. Соли аммония также встречаются среди азотных удобрений, поэтому их свойства важны при изучении питания растений.
Почему ион аммония имеет положительный заряд?
Молекула аммиака NH₃ присоединяет протон H⁺ и превращается в NH₄⁺. Протон приносит положительный заряд, поэтому у образовавшегося иона заряд +1.
Как составить формулу соли аммония?
Запишите катион NH₄⁺ и анион кислотного остатка, затем подберите индексы так, чтобы суммарный заряд формулы был равен нулю. Если катионов аммония несколько, группу NH₄ записывают в скобках.
Как обнаружить ион NH₄⁺ в растворе?
К раствору добавляют щёлочь и нагревают. Выделяется аммиак с резким характерным запахом; влажная красная лакмусовая бумага рядом с газом синеет.
Почему при реакции соли аммония со щёлочью выделяется аммиак?
Катион NH₄⁺ передаёт протон гидроксид-иону OH⁻, образуя воду. Оставшаяся частица превращается в NH₃, который выделяется в виде газа при нагревании.
Одинаковы ли продукты разложения всех солей аммония при нагревании?
Нет: продукты зависят от аниона и условий нагревания. Например, хлорид аммония распадается на аммиак и хлороводород, а нитрат аммония при нагревании может образовать оксид азота(I) и воду.
§ 30. Соли аммония
