Практическая работа № 2. Получение аммиака и опыты с ним

Определения и обозначения

Аммиак — бесцветный газ с резким запахом, его формула — NH₃. Он легче воздуха, хорошо растворяется в воде и реагирует с кислотами. Эти свойства позволяют распознать газ, выбрать способ его собирания и провести опыты с водой и индикатором.

Аммонийные соли — соли, содержащие ион NH₄⁺, например хлорид аммония NH₄Cl. При нагревании некоторых аммонийных солей со щёлочью выделяется аммиак. Поэтому соль аммония используют как исходное вещество для получения NH₃.

Аммиачная вода — водный раствор аммиака. Часть молекул NH₃ взаимодействует с водой, образуя ионы NH₄⁺ и OH⁻, поэтому раствор имеет щелочную реакцию. Это объясняет изменение окраски индикаторов.

Реакция аммиака с кислотами — взаимодействие NH₃ с кислотой с образованием соли аммония. Например, хлороводород реагирует с аммиаком по уравнению NH₃ + HCl → NH₄Cl. Такая реакция помогает обнаружить аммиак по белому дыму хлорида аммония.

Как это устроено

Для получения аммиака берут соль аммония и щёлочь и нагревают их смесь. Ион NH₄⁺ в щелочной среде превращается в молекулы NH₃, а одновременно образуются вода и другая соль. Для хлорида аммония и гидроксида кальция уравнение имеет вид: 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → 2NH₃↑ + CaCl₂ + 2H₂O.

Аммиак собирают вытеснением воздуха, потому что его плотность меньше плотности воздуха. Поэтому газ поднимается и постепенно занимает сосуд, вытесняя воздух вниз. Собирать NH₃ над водой нельзя: он очень хорошо растворяется в ней, и нужного количества газа в пробирке не останется.

Полученный газ определяют по характерному резкому запаху и по действию на влажный красный лакмус. Запах проверяют только осторожно: пары направляют к себе движением руки, не наклоняясь к пробирке и не вдыхая газ прямо. Посинение лакмуса надёжнее показывает щелочные свойства аммиачной воды.

Опыт с водой показывает, что аммиак хорошо растворяется: газ быстро переходит в раствор. Растворённые молекулы частично взаимодействуют с водой по уравнению NH₃ + H₂O ⇄ NH₄⁺ + OH⁻. Гидроксид-ионы OH⁻ создают щелочную среду, поэтому индикатор меняет окраску.

При поднесении палочки, смоченной хлороводородной кислотой, к аммиаку появляется белый дым. Пары NH₃ и HCl встречаются и реагируют с образованием хлорида аммония: NH₃ + HCl → NH₄Cl. Мельчайшие частицы этой соли рассеиваются в воздухе и становятся заметными как белое облачко.

Получение аммиака и опыты с ним

Таблица помогает сопоставить действие, наблюдение и вывод для каждого опыта. При разборе сначала смотрят, какое свойство проверяют, затем связывают наблюдаемое изменение с уравнением реакции или физическим свойством газа.

Разбор задач

Задача 1

Условие: Запишите уравнение получения аммиака при нагревании хлорида аммония с гидроксидом кальция.

1. Определяем реагенты: NH₄Cl и Ca(OH)₂. Так как это соль аммония и щёлочь, среди продуктов должен быть аммиак.
2. Записываем продукты: NH₃, CaCl₂ и H₂O.
3. Уравниваем состав: перед NH₄Cl и NH₃ ставим коэффициент 2, после чего число атомов всех элементов совпадает.

Ответ: 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → 2NH₃↑ + CaCl₂ + 2H₂O.

Задача 2

Условие: Ученик собирает выделяющийся аммиак над водой. Объясните, почему этот способ не подходит, и предложите подходящий.

1. Сравниваем свойства газа с условиями метода: аммиак очень хорошо растворяется в воде.
2. Делаем вывод, что при контакте с водой значительная часть NH₃ окажется в растворе, а не в пробирке.
3. Учитываем плотность: аммиак легче воздуха, поэтому его собирают вытеснением воздуха, располагая сосуд подходящим образом.

Ответ: собирание над водой не подходит; используют вытеснение воздуха.

Задача 3

Условие: К пробирке с аммиаком поднесли влажную красную лакмусовую бумагу, а затем палочку, смоченную хлороводородной кислотой. Опишите наблюдения и запишите уравнение второй реакции.

1. Влажный красный лакмус синеет, потому что аммиак растворяется в воде и создаёт щелочную среду.
2. При поднесении кислоты появляется белый дым: образуются твёрдые частицы соли.
3. Записываем реакцию между аммиаком и хлороводородом: NH₃ + HCl → NH₄Cl.

Ответ: лакмус синеет, появляется белый дым хлорида аммония; уравнение реакции — NH₃ + HCl → NH₄Cl.

Типичные ошибки

Собирать аммиак над водой. Ошибка возникает по привычке использовать этот способ для хорошо нерастворимых газов. Аммиак быстро растворяется, поэтому нужно проверить его растворимость и выбрать вытеснение воздуха.

Считать, что аммиак собирают как газ тяжелее воздуха. У NH₃ плотность меньше, чем у воздуха, поэтому направление вытеснения будет другим. Проверка простая: сравните относительные молекулярные массы и положение газа в сосуде.

Подносить нос к пробирке. Так можно вдохнуть слишком много раздражающего газа, потому что резкий запах ощущается уже при малой концентрации. Запах проверяют движением руки к себе и только под контролем учителя.

Объяснять посинение лакмуса одним растворением газа. Само растворение не означает щелочную реакцию. Нужно вспомнить образование OH⁻ в равновесии NH₃ + H₂O ⇄ NH₄⁺ + OH⁻ и связать его с цветом индикатора.

Связь с другими темами

Перед работой нужно знать формулы и свойства аммонийных солей, щёлочей и кислот. Также пригодится умение составлять и уравнивать химические реакции. Эти знания позволяют объяснить получение NH₃, а не просто запомнить наблюдения.

Работа связана с растворимостью газов, действием индикаторов и качественными реакциями. По изменению цвета и появлению белого дыма вещество распознают по характерному признаку. Такой подход используется и при изучении других газов.

Сведения об аммиаке пригодятся при изучении оснований и солей аммония. Они помогают понять превращения соединений азота и его круговорот в природе. Свойства NH₃ важны также для объяснения способов его получения и применения.

Что запомнить

• Аммиак имеет формулу NH₃.
• При нагревании соли аммония со щёлочью выделяется аммиак.
• Аммиак легче воздуха и очень хорошо растворяется в воде.
• Раствор аммиака имеет щелочную реакцию и изменяет окраску индикаторов.
• При взаимодействии аммиака с хлороводородом образуется хлорид аммония.
• Опыты с аммиаком проводят осторожно, не вдыхая газ непосредственно.