"Химия", Журин А.А.
Аммиак — бесцветный газ NH₃ с резким запахом, образованный азотом и водородом. Он хорошо растворяется в воде, а его раствор проявляет основные свойства и реагирует с кислотами с образованием солей аммония. Аммиак получают в лаборатории из солей аммония и щелочей, а в промышленности — из азота и водорода. Основная область его применения — производство удобрений, азотной кислоты и других соединений азота.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Аммиак — соединение азота с водородом состава NH3. В молекуле один атом азота связан с тремя атомами водорода, поэтому вещество имеет определённые химические и физические свойства. Знание формулы помогает составлять уравнения реакций и выполнять расчёты.
Ион аммония — положительно заряженная частица NH4+, образующаяся при присоединении иона водорода H+ к молекуле аммиака. У азота уже есть неподелённая электронная пара, с помощью которой возникает дополнительная связь. Ион аммония входит в состав солей и позволяет распознавать такие соли в растворах.
Аммиачная вода — водный раствор аммиака. В нём устанавливается равновесие: молекулы NH3 и H2O частично превращаются в ионы NH4+ и OH−. Поэтому аммиачная вода проявляет основные свойства, хотя большая часть растворённого вещества остаётся молекулами NH3.
Соли аммония — ионные соединения, содержащие катион NH4+. Например, хлорид аммония NH4Cl и сульфат аммония (NH4)2SO4 состоят из ионов. При действии щелочей на такие соли выделяется аммиак, что используют для его получения и обнаружения иона аммония.
У атома азота на внешнем электронном уровне пять электронов, а у водорода — по одному. Для устойчивого состояния азот образует три общие электронные пары с тремя атомами водорода, то есть три ковалентные связи. Два электрона азота остаются свободной, или неподелённой, парой; она не участвует в связи с водородом и может присоединять H+. Поэтому атомы в молекуле NH3 расположены не в одной плоскости, а сама молекула полярна.
При обычных условиях аммиак является газом, потому что отдельные молекулы связаны между собой слабее, чем частицы в жидкости или твёрдом веществе. Резкий запах объясняется летучестью: молекулы быстро попадают в воздух и достигают органов обоняния. Аммиак легче воздуха, поскольку его относительная молекулярная масса равна 17, а средняя молекулярная масса воздуха примерно 29.
Аммиак хорошо растворяется в воде благодаря полярности его молекул и способности взаимодействовать с молекулами воды. Часть NH3 принимает от воды ион водорода, поэтому возникает равновесие NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH−. Появление гидроксид-ионов объясняет основные свойства раствора: он изменяет цвет индикаторов и реагирует с кислотами.
С кислотами аммиак взаимодействует как основание, потому что его неподелённая электронная пара связывает ион H+. Например, при пропускании NH3 в хлороводород образуется хлорид аммония: NH3 + HCl → NH4Cl. В растворе аммиак может реагировать с солями некоторых металлов: ионы OH− вызывают образование осадков гидроксидов, например CuSO4 + 2NH3·H2O → Cu(OH)2↓ + (NH4)2SO4.
В лаборатории аммиак получают нагреванием соли аммония со щёлочью, например NH4Cl и Ca(OH)2. Воду для сбора не используют, потому что NH3 в ней растворяется, а газ собирают вытеснением воздуха, направляя его в перевёрнутый сосуд. В промышленности азот соединяют с водородом при повышенных температуре и давлении в присутствии катализатора: N2 + 3H2 ⇄ 2NH3; этот процесс называют синтезом аммиака.
| Характеристика | Содержание | Уравнение или примечание |
|---|---|---|
| Формула и строение | NH3; полярная молекула с тремя связями N—H и неподелённой парой электронов азота. | Атом N образует три общие электронные пары. |
| Физические свойства | Бесцветный газ с резким запахом, легче воздуха. | M(NH3) = 17. |
| Растворимость в воде | Очень хорошо растворяется, образуя аммиачную воду. | NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH−. |
| Основные свойства | Раствор аммиака содержит OH− и изменяет цвет индикаторов. | Фенолфталеин в щелочной среде становится малиновым. |
| Взаимодействие с кислотами | Образуются соли аммония. | NH3 + HCl → NH4Cl. |
| Взаимодействие с солями металлов | В растворе могут выпадать осадки гидроксидов металлов. | CuSO4 + 2NH3·H2O → Cu(OH)2↓ + (NH4)2SO4. |
| Взаимодействие с кислородом | Аммиак горит и окисляется; при катализаторе образуется оксид азота(II). | 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O. |
| Лабораторное получение | Нагревание соли аммония со щёлочью. | 2NH4Cl + Ca(OH)2 → 2NH3↑ + CaCl2 + 2H2O. |
| Промышленное получение | Синтез из азота и водорода. | N2 + 3H2 ⇄ 2NH3. |
| Применение | Производство удобрений, азотной кислоты, взрывчатых веществ и хладагентов. | Основная область — получение соединений азота. |
Таблица помогает быстро сопоставить свойство аммиака с причиной или уравнением реакции. При решении задач сначала находите нужную строку, затем проверяете формулы и соотношение коэффициентов. Стрелка вверх показывает выделение газа, а стрелка вниз — образование осадка.
Задача 1. Запишите уравнение взаимодействия аммиака с хлороводородом и назовите продукт реакции. Нужно определить, какую частицу принимает аммиак, и подобрать формулу получившейся соли. Аммиак присоединяет H+, а оставшийся ион Cl− образует с NH4+ ионное соединение.
Ответ: образуется хлорид аммония, NH3 + HCl → NH4Cl.
Задача 2. Какую массу аммиака можно получить при нагревании 26,75 г NH4Cl с избытком Ca(OH)2? Избыток щёлочи означает, что количество аммиака определяется только количеством хлорида аммония. Используем уравнение 2NH4Cl + Ca(OH)2 → 2NH3 + CaCl2 + 2H2O.
Ответ: 8,5 г NH3.
Задача 3. Газ объёмом 4,48 л полностью прореагировал с раствором H2SO4. Определите массу образовавшегося сульфата аммония. Предполагаем нормальные условия, поэтому используем молярный объём газа 22,4 л/моль и уравнение 2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4.
Ответ: 13,2 г сульфата аммония.
Аммиак считают щёлочью в виде чистого газа. Ошибка возникает из-за смешения вещества и его раствора. Основные свойства проявляются в воде, где появляются OH−; проверка — записать уравнение NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH−.
Ион аммония записывают как NH3+. Так забывают, что к аммиаку присоединяется ещё один ион водорода. Проверьте число атомов: правильная формула — NH4+, а не NH3+.
Аммиак собирают над водой. Такой способ подходит для газов, которые мало растворяются в воде, но NH3 растворяется очень хорошо. Если газ исчезает в воде, его собирают вытеснением воздуха.
Путают реакции аммиака и солей аммония. При действии щёлочи на NH4Cl выделяется NH3, а не образуется новая соль аммония. Проверка простая: в продуктах реакции должны быть газ NH3, вода и соль металла.
Для понимания аммиака нужны знания о строении атома азота, валентности, ковалентной связи, кислотах и щелочах. Эти сведения объясняют строение NH3, появление ионов и состав продуктов реакций.
Тема связана с изучением солей аммония, азотной кислоты, круговорота азота и минеральных удобрений. Аммиак служит исходным веществом для получения многих соединений азота.
Химические свойства аммиака используют для распознавания NH4+, получения азотных соединений и объяснения промышленного синтеза удобрений. Расчёты по уравнениям помогают определить выход продукта.
Почему аммиак хорошо растворяется в воде?
Молекула аммиака полярна и взаимодействует с полярными молекулами воды. Кроме того, часть NH₃ реагирует с водой с образованием ионов NH₄⁺ и OH⁻, поэтому растворение поддерживается химическим процессом.
Чем аммиак отличается от иона аммония?
Аммиак — нейтральная молекула NH₃, состоящая из одного атома азота и трёх атомов водорода. Ион аммония NH₄⁺ имеет положительный заряд и образуется, когда молекула аммиака присоединяет ион водорода H⁺.
Почему аммиак нельзя собирать над водой?
Аммиак очень хорошо растворяется в воде, поэтому при таком способе сбора газ почти полностью перейдёт в раствор. Его собирают вытеснением воздуха, используя то, что аммиак легче воздуха.
Как доказать наличие иона аммония в растворе?
К исследуемому раствору добавляют щёлочь и нагревают смесь. Если присутствуют ионы NH₄⁺, выделяется аммиак: NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O; газ можно обнаружить по резкому запаху или посинению влажной красной лакмусовой бумаги.
Почему аммиак используют для получения удобрений?
В аммиаке содержится азот, необходимый растениям для образования белков и других веществ. Из него получают аммиачную селитру, сульфат аммония, карбамид и другие азотные удобрения.
23. Аммиак
