"Химия", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Аммиак NH₃ — простейшее водородное соединение азота: его молекулы состоят из одного атома азота и трёх атомов водорода. Он хорошо растворяется в воде, проявляет основные свойства и реагирует с кислотами. При таких реакциях образуются соли аммония, содержащие ион NH₄⁺. Некоторые из этих солей служат азотными удобрениями, а их взаимодействие со щёлочами помогает обнаружить ион аммония.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Аммиак — водородное соединение азота с формулой NH₃. Одна его молекула состоит из одного атома азота и трёх атомов водорода. Это простейшее соединение азота с водородом, в котором атомы связаны ковалентными связями. Аммиак важен как исходное вещество для получения удобрений и других соединений азота.
Соли аммония — это соли, содержащие катион аммония NH₄⁺. В составе соли этот положительно заряженный ион соединён с отрицательным ионом, например Cl⁻ в хлориде аммония NH₄Cl. Соли аммония нужны для понимания реакций аммиака с кислотами и щелочами. Некоторые из них используют в сельском хозяйстве.
Ион аммония NH₄⁺ — положительно заряженная частица из одного атома азота и четырёх атомов водорода. Он образуется, когда молекула NH₃ присоединяет протон H⁺. В отличие от нейтрального аммиака, у иона аммония есть заряд +1 и на один атом водорода больше. Различие важно учитывать при составлении формул и уравнений.
Аммонийные удобрения — соли аммония, которые используют для снабжения растений азотом. Азот необходим растениям для роста и образования веществ, входящих в состав клеток. Удобрение вносит в почву соединение, из которого растения могут получать азот. Конкретное применение зависит от состава соли и условий выращивания.
В молекуле NH₃ атом азота образует три ковалентные связи с атомами водорода: каждая связь представляет собой общую электронную пару. Ещё одна пара электронов остаётся неподелённой и принадлежит азоту. Поэтому молекула имеет полярное строение, а неподелённая пара может участвовать в образовании новой связи. В частности, она связывает протон H⁺, превращая аммиак в NH₄⁺.
Аммиак получают соединением азота с водородом: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃. Прочная связь между атомами азота затрудняет реакцию, поэтому синтез проводят при подходящих температуре и давлении, используя катализатор. В лаборатории NH₃ выделяют при нагревании соли аммония со щёлочью, например: NH₄Cl + NaOH → NH₃↑ + NaCl + H₂O. Щёлочь связывает кислотную часть соли, и аммиак выходит в виде газа.
Аммиак — бесцветный газ с резким характерным запахом, легче воздуха и очень хорошо растворяется в воде. Растворимость объясняется тем, что полярные молекулы NH₃ притягиваются к полярным молекулам H₂O. Кроме растворения, часть молекул аммиака взаимодействует с водой, поэтому процесс не сводится к простому смешиванию. Раствор такого типа проявляет основные свойства.
В воде устанавливается равновесие: NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻. Ионы OH⁻ обусловливают основные свойства раствора, а образование NH₄⁺ показывает, что аммиак принимает протон от воды. С кислотами аммиак тоже связывает протон и образует соли аммония. Например, NH₃ + HCl → NH₄Cl — хлорид аммония.
Если нагреть соль аммония со щёлочью, ион OH⁻ связывает протон из NH₄⁺, и образуется молекула NH₃. Для хлорида аммония молекулярное уравнение имеет вид NH₄Cl + NaOH → NH₃↑ + NaCl + H₂O. Сокращённое ионное уравнение: NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O. Появление аммиака при такой пробе используют для распознавания NH₄⁺.
Сначала в таблице найдите вещество или класс веществ, затем сопоставьте его состав с характерным свойством. Последний столбец показывает пример реакции или практического применения. Так можно быстро увидеть, как связаны NH₃, NH₄⁺ и соли аммония.
| Вещество или класс веществ | Формула или состав | Характерные свойства | Пример реакции или применение |
|---|---|---|---|
| Аммиак | NH₃ | Бесцветный газ, хорошо растворяется в воде; проявляет основные свойства | NH₃ + HCl → NH₄Cl |
| Ион аммония | NH₄⁺ | Положительно заряженный ион; образуется при присоединении протона аммиаком | NH₃ + H⁺ → NH₄⁺ |
| Соли аммония | Содержат NH₄⁺ и отрицательный ион | При нагревании со щёлочами выделяют аммиак | NH₄Cl используют для получения NH₃ в лаборатории |
| Взаимодействие аммиака с кислотами | NH₃ и кислота | Образуются соль аммония ионного состава | NH₃ + HCl → NH₄Cl, хлорид аммония |
| Взаимодействие солей аммония со щёлочами | NH₄⁺ и OH⁻ | Выделяется аммиак | NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O |
| Качественное обнаружение иона аммония | Соль NH₄⁺, щёлочь, нагревание | Появление NH₃ указывает на присутствие NH₄⁺ | Влажная красная лакмусовая бумага синеет |
Задача 1. Записать уравнение реакции аммиака с соляной кислотой и назвать образующуюся соль. Соляная кислота содержит ионы H⁺ и Cl⁻, а молекула NH₃ принимает протон. Поэтому продуктом становится соль с катионом NH₄⁺ и анионом Cl⁻.
Ответ: NH₃ + HCl → NH₄Cl; образуется хлорид аммония. Проверка атомов помогает убедиться, что уравнение составлено правильно. В реакции аммиак присоединяет протон кислоты.
Задача 2. Какой объём NH₃ при нормальных условиях выделится при нагревании 10,7 г NH₄Cl с избытком NaOH? Избыток щёлочи означает, что ограничивающим реагентом является хлорид аммония. По уравнению реакции один моль NH₄Cl даёт один моль NH₃.
Ответ: выделится 4,48 л аммиака. Перед расчётом объёма полезно проверить коэффициенты в уравнении: они задают соотношение количеств веществ. Объём 22,4 л/моль применяют именно для газа при нормальных условиях.
Задача 3. Смесь NH₄Cl и NaCl массой 20,0 г обработали избытком щёлочи; при н. у. выделилось 2,24 л NH₃. Нужно найти массовую долю NH₄Cl. Аммиак образуется только из хлорида аммония, поэтому его количество позволяет определить массу этого компонента смеси.
Ответ: массовая доля NH₄Cl в смеси равна 26,75% (примерно 26,8%). Массу NaCl отдельно находить не требуется: она не влияет на выделение NH₃. Важно соотнести найденную массу NH₄Cl со всей массой исходной смеси.
Ошибка: записывать формулу иона аммония как NH₃. Так происходит, если забыть, что при образовании иона аммиак присоединяет протон, поэтому правильная формула — NH₄⁺. Проверьте число атомов водорода и наличие заряда: у нейтральной молекулы три H, у катиона — четыре H и заряд +1.
Ошибка: считать, что аммиак в воде только растворяется. Растворимость велика из-за притяжения полярных молекул, но часть NH₃ также реагирует с водой с образованием NH₄⁺ и OH⁻. Чтобы проверить себя, запишите равновесие NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ и сверьте атомы и заряд.
Ошибка: путать взаимодействие NH₃ с кислотой и реакцию соли аммония со щёлочью. В первом случае аммиак принимает протон и образуется соль, например NH₄Cl; во втором выделяется NH₃. Спросите себя, что именно было среди исходных веществ — аммиак или соль с NH₄⁺, — и проверьте продукты по уравнению.
Ошибка: забывать заряд иона аммония или нарушать баланс при записи ионного уравнения. Заряд NH₄⁺ равен +1, а сокращённое уравнение реакции со щёлочью — NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃ + H₂O. Проверяйте отдельно количество каждого атома и суммарный заряд слева и справа: в этом примере он равен нулю с обеих сторон.
Для понимания аммиака пригодятся знания о строении атома азота, валентности и ковалентной связи: они помогают объяснить состав и строение NH₃. Умение составлять формулы сложных веществ нужно для записи NH₄Cl и других солей аммония. Эти знания применяются при изучении азотных удобрений и круговорота азота в природе. Реакция со щёлочью связывает тему с распознаванием ионов по химическим признакам.
Почему молекула аммиака имеет формулу NH₃, а ион аммония — NH₄⁺?
У атома азота в молекуле NH₃ три общие электронные пары с атомами водорода и одна неподелённая пара. Она может связать протон H⁺, у которого нет электрона, поэтому образуется NH₄⁺. При этом появляется положительный заряд.
Почему аммиак хорошо растворяется в воде?
Полярные молекулы аммиака взаимодействуют с полярными молекулами воды. Кроме того, часть NH₃ реагирует с водой с образованием ионов NH₄⁺ и OH⁻. Поэтому аммиак растворяется очень хорошо, а раствор проявляет основные свойства.
Как получить аммиак в лаборатории?
Аммиак получают нагреванием соли аммония со щёлочью, например хлорида аммония с гидроксидом натрия. При этом выделяется газ NH₃, который можно распознать по характерному запаху или по изменению окраски влажной индикаторной бумаги. Нельзя проверять газ, поднося его прямо к носу.
Как доказать присутствие иона аммония в веществе?
К веществу добавляют щёлочь и нагревают смесь. Если в ней есть NH₄⁺, выделяется аммиак NH₃. Его обнаруживают, например, влажной красной лакмусовой бумагой: она синеет.
Чем реакция аммиака с кислотой отличается от реакции соли аммония со щёлочью?
При реакции NH₃ с кислотой образуется соль аммония: аммиак присоединяет протон кислоты. При взаимодействии соли аммония со щёлочью, наоборот, выделяется газ NH₃. Это разные реакции с противоположным направлением превращения аммиака и иона аммония.
§ 34. Азот и его водородные соединения: аммиак и соли аммония
