Аммиак Соли аммония Методы получения Химические свойства аммиака

Аммиак. Соли аммония. Методы получения. Химические свойства аммиака и солей аммония

Строение молекулы аммиака ü Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине; ü Атом азота образует с тремя атомами водорода три ковалентные полярные связи по обменному механизму за счет трех неспаренных электронов; ü У атома азота имеется одна электронная пара, за счет которой может быть образована одна связь по донорно-акцепторному механизму

Химические свойства аммиака УХР взаимодействия аммиака с водой, газообразного аммиака с газообразным хлороводородом, а также раствора аммиака с растворами кислот, с растворами солей – хлоридом алюминия, цинка – реакции обмена, сульфатом меди (II) – реакция обмена и комплексообразования

Аммиак − слабое основание Аммиак − это слабое основание, водные растворы аммиака имеют слабощелочную среду и окрашивают растворы индикатора: лакмуса – в синий цвет; метилового оранжевого – в желтый цвет; фенолфталеина – в малиновый цвет NH 3 + H 2 O ⇌ NH 3 • H 3 O ⇌ NH 4 OH ⇌ NH 41+ + OH 1− гидрат аммиака гидроксид аммония Водный раствор аммиака – слабое основание Механизм образования катиона аммония: Электронная пара атома азота (донор) : NH 3 взаимодействует с вакантной электронной орбиталью протона водорода □H 1+ (акцептор): : NH 3 + □H 1+→ [NH 4]1+

Взаимодействие аммиака с хлороводородом и раствором соляной кислоты 2. При взаимодействии: а) газообразного аммиака с газообразным хлороводородом образуется твердый мелкокристаллический хлорид аммония NH 3(газ) + HCI(газ) → NH 4 CI (твердый хлорид аммония) б) раствора аммиака с раствором соляной кислоты происходит образование раствора хлорида аммония: NH 3(раствор) + HCI(раствор) → NH 4 CI (раствор)

Взаимодействие раствора аммиака с растворами кислот 3. Аммиак взаимодействует с кислотами, образуя соли аммония: а) с серной кислотой − сульфат или гидросульфат аммония: 2 NH 3 + H 2 SO 4 →(NH 4)2 SO 4 сульфат аммония NH 3 + H 2 SO 4 → NH 4 НSO 4 гидросульфат аммония б) с азотной кислотой − нитрат аммония: NH 3 + HNO 3 → NH 4 NO 3

Взаимодействие раствора аммиака с растворами солей 4. Аммиака или гидроксид аммония реагирует с растворами солей, образуя нерастворимые основания или нерастворимые амфотерные гидроксиды: а) 6 NH 3 • Н 2 О + Al 2(SO 4)3 → 3(NH 4)2 SO 4 + 2 Al(OH)3↓ гидроксид алюминия б) 2 NH 3 • Н 2 О + Zn(NO 3)2→ 2 NH 4 NO 3 + Zn(OH)2↓ гидроксид цинка

Взаимодействие аммиака с соединениями меди (II) и другими солями 5. Комлексообразование – молекулы NH 3 могут входить в качестве лиганда в комплексные соединения, благодаря своим электронодонорным свойствам. Введение избытка аммиака в растворы солей приводит к образованию их амминокомплексов: Cu. SO 4 + 4 NH 3 → [Cu(NH 3)4]SO 4 − изменение окраски раствора с голубой на ярко-синюю Cu(ОН)2 + 4 NH 3 → [Cu(NH 3)4](ОН)2 – растворение осадка голубого цвета, образование прозрачного ярко-синего раствора Ni(NO 3)2 + 6 NH 3 → [Ni(NH 3)6](NO 3)2 − изменение окраски раствора с зеленой на сине-фиолетовую

Аммиак – сильный восстановитель Так как в аммиаке атом N− 3 находится в низшей степени окисления, то аммиак проявляет свойства сильного восстановителя

Свойства аммиака как восстановителя 1. Взаимодействие с галогенами: а) Фтор мгновенно окисляет аммиак до трифторида: N– 3 H 3 + 3 F 2 → N+3 F 3 + 3 HF; б) Хлор окисляет аммиак до свободного азота: 2 N– 3 H 3 + 3 Cl 2 →N 20 + 6 HCl 8 N– 3 H 3 + 3 Cl 2 → N 20 + 6 N– 3 H 4 Cl (при избытке аммиака образуется не хлороводород, а хлорид аммония) в) Бром также окисляет аммиак до свободного азота: 2 N– 3 H 3 + 3 Br 2 → N 20 + 6 HBr 8 N– 3 H 3 + 3 Br 2 → N 20 + 6 N– 3 H 4 Br 2. Взаимодействие с кислородом: а) аммиак в кислороде горит зеленовато-желтым пламенем: 4 N– 3 H 3 + 3 O 2 → 2 N 20 + 6 H 2 O б) каталитическое окисление t°C, Pt 4 N– 3 H 3 + 5 O 2 → 4 N+2 O + 6 H 2 O 3. Восстановление металлов из оксидов 2 N– 3 H 3 + 3 Cu+2 O = N 20 + 3 Cu 0 + 3 H 2 O

Методы получения аммиака Промышленные методы получения аммиака; Лабораторные методы получения аммиака и фосфина

Промышленный метод получения аммиака Прямое взаимодействие водорода и азота (процесс Габера): р=200 атм N 2(г) + 3 H 2(г) ⇌ 2 NH 3(г) + 91, 84 к. Дж 400°C, Fe Катализатор: пористое железо с примесями Al 2 O 3, K 2 O

Лабораторные методы получения Аммиака 1. Взаимодействие солей аммония со щелочами при нагревании: Ca(OH)2 + 2 NH 4 Cl → → Ca. Cl 2 + 2 H 2 O + 2 NH 3↑ 2. Гидролиз нитридов металлов: Mg 3 N 2 + 3 H 2 О → → 3 Mg(ОН)2↓ + 2 NH 3↑ Фосфина 1. Взаимодействии белого фосфора с горячей щёлочью: 2 P 4 + 3 Ca(OH)2 + 6 H 2 O → 2 PH 3↑ + +3 Ca(H 2 PO 4)2 2. Гидролиз фосфидов металлов: Mg 3 P 2 + 3 H 2 О → → 3 Mg(ОН)2↓ + 2 PH 3↑

Получение и термолиз солей аммония Все соли аммония при нагревании разлагаются; При этом возможны: 1) Не ОВР процессы – для галогенидов, сульфидов, карбонатов, сульфатов, фосфатов; 2) ОВР процессы – для сульфитов, нитратов, нитритов, бихроматов

Получение и термолиз солей аммония (не ОВР) Термолиз Получение 1. 1. Карбонат аммония 2 NН 3+ СО 2 + Н 2 О → (NН 4)2 СО 3 1. 2. Гидрокарбонат аммония NН 3 + СО 2 + Н 2 О → NН 4 НСО 3 1. 3. Галогениды аммония NН 3 + НHal → NН 4 Hal НHal = HF, HCl, HBr, HI 1. 4. Сульфид аммония H 2 Sгаз + 2 NH 3 р-р = (NH 4)2 Sр-р 1. 5. Гидросульфид аммония H 2 Sгаз + NH 3 р-р = NH 4 НSр-р 1. 1. Карбонат аммония t°C (NН 4)2 СО 3 → 2 NН 3↑+ СО 2↑ + Н 2 О 1. 2. Гидрокарбонат аммония t°C NН 4 НСО 3 → NН 3↑+ СО 2↑ + Н 2 О 1. 3. Галогениды аммония t°C NН 4 Hal →NН 3↑ + НHal↑ НHal = HF, HCl, HBr, HI 1. 4. Сульфид аммония t°C (NH 4)2 S → 2 NН 3↑ + H 2 S↑ 1. 5. Гидросульфид аммония t°C NH 4 НS →NН 3↑ + H 2 S↑

Получение и термолиз солей аммония (не ОВР) Термолиз Получение 1. 6. Сульфат аммония 2 NH 3 + H 2 SO 4 → (NH 4)2 SO 4 1. 6. Сульфат аммония 1. 7. Гидросульфат аммония NH 3 + H 2 SO 4 → NH 4 НSO 4 1. 7. Гидросульфат аммония 1. 8. Гидрофосфат аммония 2 NH 3 + H 3 РO 4 → (NH 4)2 НРO 4 1. 9. Дигидрофосфат аммония NH 3 + H 3 РO 4 → NH 4 Н 2 РO 4 t°C (NH 4)2 SO 4 → NН 3↑ + NH 4 НSO 4 t°C > 500°C NH 4 НSO 4 → NН 3↑ + SО 3 + Н 2 О 1. 8. Гидрофосфат аммония t°C (NH 4)2 НРO 4 → NН 3↑ + NH 4 Н 2 РO 4 1. 9. Дигидрофосфат аммония t°C NH 4 Н 2 РO 4 → NН 3↑ + Н 3 РO 4

Получение и термолиз солей аммония (ОВР) Термолиз Получение 2. 1. Нитрит аммония Поглощение смеси газообразных окислов NO и NO 2 водным раствором аммиака 2 NН 3 р-р+ NО 2 + NO + H 2 O→ → 2 NН 4 NО 2 2. 2. Нитрат аммония NН 3 + НNО 3 → NН 4 NО 3 2. 3. Бихромат аммония 2 NН 3 + H 2 O + Cr. O 3 →(NН 4)2 Cr 2 O 7 2. 4. Сульфит аммония 2 NН 3 р-р+ SО 2 + H 2 O → (NH 4)2 SO 3 2. 1. Нитрит аммония t°C NН 4 NО 2 → N 2↑+ 2 Н 2 О 2. 2. Нитрат аммония t°C NН 4 NО 3 → N 2 О↑+ 2 Н 2 О 2. 3. Бихромат аммония t°C (NН 4)2 Cr 2 O 7 → → N 2↑ + 4 H 2 O↑ + Cr 2 O 3 2. 4. Сульфит аммония t°C 4(NH 4)2 SO 3 → → 3(NH 4)2 SO 4 + 2 NН 3↑ + H 2 S↑

Свойства солей аммония 1. Все соли аммония при нагревании взаимодействуют со щелочами: Ca(OH)2 + 2 NH 4 Cl → Ca. Cl 2 + 2 H 2 O + 2 NH 3↑ 2. Все соли аммония гидролизуются по катиону

1. Гидролиз солей аммония, образованных сильными кислотами 1. 1. Галогениды аммония (хлориды, бромиды, йодиды) NH 4 Cl → NH 41+ + Cl 1− NH 41+ + Н 2 O NH 4 OH + H 1+ (гидролиз по катиону) NH 4 Cl + Н 2 O NH 4 OH + HCl р. Н < 7, среда – кислотная; 1. 2. Нитрат аммония NН 4 NО 3 → NH 41+ + NО 31− NH 41+ + Н 2 O NH 4 OH + H 1+ (гидролиз по катиону) NН 4 NО 3 + Н 2 O NH 4 OH + HNО 3 р. Н < 7, среда – кислотная; 1. 3. Сульфат аммония (NH 4)2 SO 4 → 2 NH 41+ + SO 42− NH 41+ + Н 2 O NH 4 OH + H 1+ (гидролиз по катиону) (NH 4)2 SO 4 + Н 2 O NH 4 OH + NH 4 НSO 4 р. Н < 7, среда – кислотная

2. Гидролиз солей аммония, образованных слабыми кислотами 2. 1. Фторид аммония NH 4 F → NH 41+ + F 1− NH 41+ + Н 2 O NH 4 OH + H 1+ (гидролиз по катиону) F 1− + Н 2 O HF + OH 1− (гидролиз по аниону) NH 4 F + Н 2 O NH 4 OH + HF р. Н ≈ 7, среда – нейтральная; 2. 2. Нитрит аммония NН 4 NО 2→ NH 41+ + NО 21− NH 41+ + Н 2 O NH 4 OH + H 1+ (гидролиз по катиону) NО 21− + Н 2 O HNО 2 + OH 1− (гидролиз по аниону) NН 4 NО 2 + Н 2 O NH 4 OH + HNО 2 р. Н ≈ 7, среда – нейтральная

2. Гидролиз солей аммония, образованных слабыми кислотами 2. 3. Сульфид аммония (NH 4)2 S → 2 NH 41+ + S 2− NH 41+ + Н 2 O NH 4 OH + H 1+ (гидролиз по катиону) S 2− + Н 2 O HS 1− + OH 1− (гидролиз по аниону) (NH 4)2 S + Н 2 O NH 4 OH + NH 4 НS р. Н ≥ 7, среда – слабощелочная; 2. 4. Карбонат аммония (NН 4)2 СО 3 → 2 NH 41+ + СО 32− NH 41+ + Н 2 O NH 4 OH + H 1+ (гидролиз по катиону) СО 32− + Н 2 O HСО 31− + OH 1− (гидролиз по аниону) (NН 4)2 СО 3 + Н 2 O NH 4 OH + NН 4 НСО 3 р. Н ≥ 7, среда – слабощелочная

2. Гидролиз солей аммония, образованных слабыми кислотами 2. 5. Сульфит аммония (NH 4) 2 SO 3 → 2 NH 41+ + SO 32− NH 41+ + Н 2 O NH 4 OH + H 1+ (гидролиз по катиону) SO 32− + Н 2 O HSO 31− + OH 1− (гидролиз по аниону) (NH 4) 2 SO 3 + H 2 O NH 4 OH + (NH 4) НSO 3 р. Н ≥ 7, среда – слабощелочная; 2. 6. Гидросульфит аммония NH 4 НSO 3 → NH 41+ + НSO 31− NH 41+ + Н 2 O NH 4 OH + H 1+ (гидролиз по катиону) НSO 31− + Н 2 O SО 2↑ + H 2 O + OH 1− (гидролиз по аниону) NH 4 НSO 3 + H 2 O NH 4 OH + SО 2↑ + H 2 O р. Н ≈ 7, среда – нейтральная;