Підручник з Хімії (рівень стандарту). 11 клас. Григорович - Нова програма

§ 24. Амоніак

Пригадайте:

• утворення ковалентного зв'язку за донорно-акцепторним механізмом (за § 6);

• гідроліз солей (за § 13).

Фізичні властивості амоніаку

• За звичайних умов безбарвний газ із характерним різким запахом;

• дуже добре розчинний у воді: 1200 л в 1 л за 0 °С та 700 л — за 20 °С, розчин амоніаку у воді називають нашатирним спиртом;

• tкип. = -33 °С, tпл. = -78 °С;

• густина за нормальних умов 0,76 г/л;

• легко скраплюється, у рідкому стані — безбарвна рухома рідина.

У побуті та промисловості частіше використовують назву «аміак». Для речовини з такою невеликою молярною масою амоніак має досить високу температуру кипіння (порівняйте: tкип.(СН4) = -162 °С). Це пояснюється можливістю утворення водневих зв'язків між молекулами амоніаку (мал. 24.1). Молекули амоніаку також утворюють водневі зв'язки з молекулами води, що пояснює добру розчинність амоніаку у воді (мал. 24.1). Амоніак є рекордсменом серед газів за розчинністю у воді. Його, як і гідроген хлорид, можна використати для демонстрації досліду «фонтанчик», як на малюнку 17.1, с. 90.

Мал. 24.1. Утворення водневих зв'язків молекулами амоніаку

Хімічні властивості амоніаку

Кислотно-основні властивості амоніаку зумовлені можливістю його молекул утворювати четвертий зв'язок за донорно-акцепторним механізмом. Наприклад, із йонами Гідрогену амоніак утворює йон амонію:

1. Електролітична дисоціація. Розчин амоніаку у воді виявляє основні властивості. Він змінює забарвлення індикаторів, що свідчить про наявність у ньому гідроксид-іонів OH-. У розчині молекули амоніаку утворюють із молекулами води гідрат NH3 • H2O, який піддається електролітичній дисоціації:

У цьому процесі на йони амонію перетворюються близько 2 % молекул амоніаку (у розчині з масовою часткою ≈0,2 %), отже, амоніак є слабкою основою. Вологий індикаторний папір змінює колір за наявності газуватого амоніаку, що дає можливість довести наявність цього газу. Із поширених неорганічних сполук амоніак — єдина речовина, що виявляє основні властивості й не є гідроксидом металічного елемента.

Іноді за аналогією з лугами водний розчин амоніаку називають амоній гідроксидом і записують його формулу у вигляді NH4OH. Але такої сполуки не існує ані в розчині, ані в індивідуальному вигляді. Водний розчин амоніаку містить переважно молекули амоніаку, які дисоціювали лише незначною мірою. Однак усі молекули амоніаку утворюють водневі зв'язки з молекулами води, тому розчин амоніаку правильно записувати як гідрат амоніаку: NH3 • H2O.

2. Взаємодія з кислотами. Основні властивості амоніаку виявляються в реакціях із кислотами. У цих реакціях утворюються солі амонію:

NH3 + HCl = NH4Cl (амоній хлорид)

NH3 +H2SO4 = NH4HSO4 (амоній гідрогенсульфат)

2NH3 +H2SO4 = (NH4)2SO4 (амоній сульфат)

Оскільки амоніак — слабка основа, то солі, утворені амоніаком і слабкими кислотами, піддаються гідролізу. Тому амоніак взаємодіє із сильними кислотами, кислотами середньої сили та не дуже слабкими (метанова, етанова, сульфітна тощо). Зі слабкими багатоосновними кислотами (карбонатна, ортофосфатна, сульфідна) він утворює лише кислі солі.

3. Горіння амоніаку. Амоніак є відновником. Він горить у чистому кисні або у збагаченому киснем повітрі блідо-жовтим полум'ям з утворенням азоту і води (мал. 24.2, с. 122):

4NH3+ 3O2= 2N2 + 6H2O

Мал. 24.2. Горіння амоніаку у збагаченому киснем повітрі

За наявності каталізатора (платини або хром(ІІІ) оксиду) амоніак окиснюється з утворенням нітроген(ІІ) оксиду, який використовують для виробництва нітратної кислоти (мал. 24.3):

Мал. 24.3. Окиснення амоніаку за наявності каталізатора

Окиснення амоніаку з каталізатором — промислово важлива стадія процесу фіксації атмосферного азоту і нітрифікації ґрунтів.

Застосування амоніаку

Сучасна промисловість споживає десятки мільйонів тонн амоніаку на рік.

• Більшість одержаного амоніаку (близько 80 %) переробляють на нітроген(ІІ) оксид і далі на нітратну кислоту, тому підприємства з виробництва амоніаку зазвичай розташовують поблизу від заводів, що виробляють нітратну кислоту.

• Частина амоніаку йде на одержання сечовини і солей амонію, які використовують у сільському господарстві як мінеральні добрива.

• Амоніак є сировиною для синтезу пластмас і штучних волокон, наприклад капрону.

• Амоніак використовують для виготовлення лікарських препаратів, розчинників, вибухових речовин, мийних засобів для очищення скла (мал. 24.4, а).

• Різкий запах амоніаку здатний вивести людину зі стану непритомності, тому 10%-й водний розчин амоніаку застосовують у медицині для надання долікарської допомоги (мал. 24.4, б).

• Під час випаровування рідкого амоніаку поглинається велика кількість теплоти, тому амоніак використовують як холодоагент у деяких типах промислових холодильників (мал. 24.4, в).

Мал. 24.4. Застосування амоніаку: а — у складі побутових мийних засобів; б — у медицині; в — у промислових холодильних установках

Ключова ідея

Амоніак — промислово важлива речовина, що є ланкою в ланцюзі перетворень від атмосферного Нітрогену до рослинного білка.

Контрольні запитання

338. Порівняйте фізичні властивості амоніаку й азоту.

339. Зобразіть будову молекули амоніаку та йона амонію.

340. Складіть формули нітрату, хлориду, сульфату, карбонату й ортофосфату амонію.

341. Як одержують амоніак у лабораторних умовах і в промисловості?

Завдання для засвоєння матеріалу

342. Складіть рівняння реакцій: а) натрій гідроксиду з амоній сульфатом; б) кальцій гідроксиду з амоній нітратом.

343. Доберіть коефіцієнти в схемах реакцій. Які властивості амоніаку характеризують ці рівняння? Назвіть солі, що утворюються. Для окисно-відновних реакцій складіть електронний баланс.

а) NH3+ H3PO4 (NH4)2HPO4;

б) NH3+ H2S → (NH4)HS;

в) NH3+ Br2 NH4Br + N2;

г) NH3 + CuO → Cu + N2 + H2O.

344. Запропонуйте, як можна одержати купрум(ІІ) оксид із купрум(ІІ) сульфату у дві стадії, використовуючи лише водний розчин амоніаку.

345. Взаємодією амоніаку з вуглекислим газом одержують сечовину (NH2)2CO, що використовується як азотне добриво. Запишіть рівняння реакції.

346. Магній нітрид Mg3N2 піддається необоротному гідролізу. Що відбудеться, якщо замість води під час досліду використати хлоридну кислоту? Складіть ці рівняння реакцій.

Комплексні завдання

347. Який об'єм амоніаку теоретично можна одержати з водню об'ємом 6 л та азоту об'ємом 3 л?

348. Обчисліть об'єм нітроген(ІІ) оксиду, який можна одержати шляхом каталітичного окиснення амоніаку об'ємом 100 л. Який об'єм кисню при цьому витратиться?

349. Який об'єм амоніаку (н. у.) потрібний для приготування його розчину масою 50 г із масовою часткою амоніаку 25 %?

350. Обчисліть об'єм амоніаку (н. у.), що утвориться під час нагрівання кальцій гідроксиду масою 9,2 г з амоній хлоридом масою 10,7 г.

Завдання з розвитку критичного мислення

351. Зазвичай газуваті речовини, навіть полярні, погано розчиняються у воді. Ґрунтуючись на поєднанні понять про хімічну рівновагу та теорії електролітичної дисоціації, поясніть дуже велику розчинність гідроген хлориду та амоніаку у воді.

352. Чи згодні ви з твердженням, що за обсягами виробленого амоніаку можна робити висновок щодо економічного розвитку країни? Обґрунтуйте свою відповідь.

Міні-проекти

353. Дослідіть властивості нашатирного спирту — 10%-го розчину амоніаку. Дотримуйтесь правил безпеки.

Амоніак легко розпізнати за характерним запахом. Обережно понюхайте розчин. До невеликої кількості розчину амоніаку краплинами додавайте розчин лимонної кислоти, поки запах амоніаку не зникне. Як пояснити зникнення запаху? Якщо до отриманого розчину додати соду, запах амоніаку з'явиться знову. Чому?

354. У шкільній лабораторії у присутності вчителя приготуйте концентрований розчин купрум(ІІ) сульфату, розчинивши у воді мідний купорос CuSO4 5H2O. Дотримуйтесь правил безпеки.

До отриманого розчину краплинами додавайте розчин амоніаку. Спочатку випадає синій осад купрум(ІІ) гідроксиду, який під час подальшого додавання амоніаку розчиняється, утворюючи яскраво-синій розчин амоніакату — комплексної сполуки складу [Cu(NH3)4]SO4. його можна виділити з розчину додаванням етанолу. Якщо залишити розчин кристалізуватися, через декілька днів у ньому виростуть великі кристали амоніакату.