"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Аммиак NH₃ — бесцветный газ с резким запахом, который получают в лаборатории нагреванием соли аммония со щёлочью. В опытах важно учитывать, что он легче воздуха, но очень хорошо растворяется в воде: поэтому газ собирают вытеснением воздуха в перевёрнутый сосуд. Влажный красный лакмус в аммиаке синеет, а при встрече газа с хлороводородом появляется белый дым хлорида аммония. Эти наблюдения помогают распознать аммиак и понять его свойства.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Аммиак — бесцветный газ с резким запахом, состоящий из атомов азота и водорода. Его формула NH₃ показывает, что в каждой молекуле один атом азота и три атома водорода. Аммиак легче воздуха и хорошо растворяется в воде. Эти свойства определяют способ его собирания и помогают распознавать газ в опытах.
Лабораторный способ получения аммиака — нагревание соли аммония со щёлочью. Соль аммония содержит ион NH₄⁺, а щёлочь — гидроксид-ионы OH⁻. При реакции образуются аммиак, вода и соль, оставшаяся от щёлочи и кислотного остатка исходного вещества. Такой способ позволяет получить газ непосредственно перед исследованием его свойств.
Вытеснение воздуха — способ собирания газа, при котором газ заполняет сосуд и выталкивает из него воздух. Аммиак легче воздуха, поэтому его направляют в сосуд, расположенный отверстием вниз: газ поднимается внутри, а воздух выходит наружу. Этот способ нужен, потому что аммиак нельзя собирать над водой. В воде он растворяется настолько хорошо, что газ не останется в сосуде.
Качественная реакция на аммиак — действие газа на влажную индикаторную бумагу, по которому судят о его наличии. Влажная красная лакмусовая бумага синеет, потому что аммиак растворяется в воде и создаёт щелочную среду. Вода здесь необходима для проявления свойства, поэтому сухая бумага не подходит. Изменение цвета служит простым признаком аммиака.
При нагревании хлорида аммония с гидроксидом кальция выделяется аммиак, потому что ионы аммония взаимодействуют с гидроксид-ионами. В результате образуются молекулы аммиака и вода, а кальций соединяется с хлорид-ионами. Уравнение реакции: 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O. Стрелка вверх указывает, что аммиак выделяется в виде газа; коэффициенты уравнивают число атомов с обеих сторон.
Собирать выделившийся аммиак удобно вытеснением воздуха. Молярная масса NH₃ равна 17 г/моль, а средняя молярная масса воздуха — около 29 г/моль, поэтому аммиак легче воздуха и поднимается. Сосуд держат отверстием вниз, чтобы поднимающийся газ оставался внутри и выталкивал воздух. Над водой его не собирают, поскольку высокая растворимость привела бы к переходу газа в раствор вместо заполнения сосуда.
Запах проверяют только способом, разрешённым учителем: нельзя приближать сосуд к лицу или вдыхать газ непосредственно. Если требуется оценить запах, ладонью осторожно направляют немного воздуха от сосуда к себе. Для проверки индикатором берут влажную красную лакмусовую бумагу и подносят её к газу, не касаясь реакционной смеси. Бумага синеет, поскольку растворившийся аммиак создаёт щелочную среду.
В воде часть молекул аммиака взаимодействует с молекулами воды: NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻. Знак ⇌ показывает, что процесс обратимый и в растворе устанавливается равновесие. Ионы OH⁻ придают раствору щелочные свойства, поэтому он меняет окраску индикаторов. Именно растворение на влажной бумаге объясняет, почему сухой индикатор не даёт надёжной качественной реакции.
При встрече аммиака с хлороводородом образуется хлорид аммония. Его частицы настолько малы, что выглядят как белый дым: NH₃ + HCl → NH₄Cl. В опыте аммиак и хлороводород должны вступить в контакт, например в воздухе у отверстий сосудов. Белый дым показывает, что аммиак способен взаимодействовать с кислотами с образованием солей аммония.
| Опыт или свойство | Наблюдение | Уравнение реакции | Вывод |
|---|---|---|---|
| Нагревание соли аммония со щёлочью | Выделяется бесцветный газ. | 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O | При нагревании образуется аммиак. |
| Собирание выделившегося газа | Газ заполняет перевёрнутый сосуд и вытесняет воздух. | — | Аммиак легче воздуха; собирают его вытеснением воздуха. |
| Действие аммиака на влажный индикатор | Красный лакмус синеет. | NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ | Во влажной среде аммиак создаёт щелочную среду. |
| Растворение аммиака в воде | Аммиак переходит в раствор; раствор проявляет щелочные свойства. | NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ | В растворе образуются ионы OH⁻. |
| Взаимодействие аммиака с хлороводородом | Появляется белый дым. | NH₃ + HCl → NH₄Cl | Образуется хлорид аммония. |
Сначала сопоставьте наблюдение с уравнением: оно показывает, какие вещества участвовали и что образовалось. Затем используйте вывод, чтобы связать опыт со свойством аммиака. Если реакция не происходит, прочерк означает, что в таблице описано физическое явление или способ собирания, а не отдельное химическое превращение.
При нагревании хлорида аммония с гидроксидом кальция получают газ. Нужно записать уравнение и определить газообразный продукт. Сначала вспомним, что соль аммония при взаимодействии со щёлочью выделяет аммиак. Затем составим и уравняем реакцию, проверив число атомов каждого элемента.
Проверка показывает, что слева и справа по два атома азота, шесть атомов водорода и два атома кислорода; кальций и хлор также уравнены. Стрелка вверх указывает на газообразное вещество. Ответ: уравнение реакции приведено выше, выделяющийся газ — аммиак NH₃.
Нужно объяснить, как собрать полученный аммиак и почему нельзя использовать сбор над водой. Для выбора способа сравним плотность газа с плотностью воздуха и учтём его растворимость. Относительная молярная масса NH₃ меньше средней молярной массы воздуха, значит аммиак легче. При этом он хорошо растворяется в воде.
Проверка рассуждения проста: лёгкий газ должен подниматься, а хорошо растворимый в воде — не накапливаться над водой. Поэтому выбранное положение сосуда соответствует свойствам аммиака. Ответ: аммиак собирают вытеснением воздуха в перевёрнутый сухой сосуд, но не над водой.
В сосуд с аммиаком внесли влажную красную лакмусовую бумагу, а затем добавили хлороводород. Требуется описать два наблюдения и объяснить их причину. Сначала аммиак растворяется во влаге на бумаге и создаёт щелочную среду. Затем он реагирует с хлороводородом, образуя твёрдый хлорид аммония.
Слово «дым» описывает видимое облако мелких твёрдых частиц, а не газообразный продукт реакции. Уравнение показывает соотношение веществ: одна молекула аммиака реагирует с одной молекулой хлороводорода. Ответ: лакмус синеет, затем возникает белый дым хлорида аммония.
Ошибка — собирать аммиак над водой. Так иногда собирают газы, которые мало растворяются, но аммиак быстро переходит в раствор, поэтому в сосуде его почти не удаётся накопить. Проверьте себя: если вещество хорошо растворимо в воде, для сбора нужно выбрать другой способ.
Ошибка — держать сосуд отверстием вверх. Это положение подходит для газов, которые тяжелее воздуха, но аммиак легче и будет подниматься наружу. Перед опытом сравните плотность газа с плотностью воздуха: для аммиака сосуд переворачивают отверстием вниз.
Опасно проверять запах, поднося сосуд близко к лицу. Так можно вдохнуть концентрированный аммиак, который раздражает дыхательные пути; ошибку допускают, принимая запах за безопасный способ распознавания. Не вдыхайте газ прямо: действуйте только по указанию учителя и осторожно направляйте воздух ладонью к себе.
Ошибка — проверять аммиак сухой индикаторной бумагой. На сухой бумаге газ не образует водного раствора, поэтому щелочные свойства не проявляются так, как при наличии влаги. Проверьте, что лакмус влажный: красная бумага должна посинеть в присутствии аммиака.
Перед практической работой полезно вспомнить формулы солей аммония, щелочей и кислот, а также правила составления уравнений реакций. Это помогает распознать исходные вещества, правильно определить продукты и расставить коэффициенты. Знание растворимости и относительной плотности газов нужно для выбора способа их собирания.
Получение аммиака связано с темой азота и его соединений: аммиак — одно из важнейших соединений азота. Его реакция с кислотами приводит к образованию солей аммония, которые изучают отдельно. Свойства аммиака также важны для понимания его применения в химическом производстве.
Почему аммиак нельзя собирать над водой?
Аммиак очень хорошо растворяется в воде, поэтому вместо накопления газа в сосуде значительная его часть перейдёт в раствор. Для его сбора используют вытеснение воздуха.
Почему сосуд для аммиака держат отверстием вниз?
Аммиак легче воздуха, поэтому поднимается вверх. В перевёрнутом сосуде он вытесняет воздух наружу и остаётся внутри.
Как безопасно определить запах аммиака?
Не подносите сосуд к лицу и не вдыхайте газ прямо. Осторожно направьте ладонью небольшое количество воздуха от сосуда к себе, соблюдая указания учителя.
Почему влажный красный лакмус синеет в аммиаке?
Аммиак растворяется в воде на бумаге и образует ионы OH⁻. Из-за щелочной среды красный лакмус меняет цвет на синий.
Что за белый дым появляется при встрече аммиака с хлороводородом?
Это мелкие твёрдые частицы хлорида аммония. Он образуется при реакции аммиака с хлороводородом: NH₃ + HCl → NH₄Cl.
§ 25. Практическая работа 5. Получение аммиака и изучение его свойств
