Версия 10:21, 7 декабря 2009

Гіпермаркет Знань>>Хімія>>Хімія 10 клас>> Хімія: Взаємодія амоніаку та хлороводню з водою. Солі амонію. Якісна реакція на йони амонію та хлорид-іони

ВЗАЄМОДІЯ АМОНІАКУ ТА ХЛОРОВОДНЮ З ВОДОЮ. СОЛІ АМОНІЮ. ЯКІСНА РЕАКЦІЯ НА ЙОНИ АМОНІЮ ТА ХЛОРИД-ІОНИ

Будова молекули.

Молекула аміаку NH₃ являє собою диполь: спільні електронні пари дуже зміщені до атома Нітрогену (чому?):

                                  _..                      ..

NH₃,                 H :N: H                N

                                      ^..                  /  ↑  \
                            N                H  H  H

• Зазначте електронні формули атомів Нітрогену і Гідрогену, покажіть графічно розміщення електронів по орбіталях і поясніть, якими електронами утворюється ковалентний зв'язок у молекулі аміаку і чому він полярний. Яка валентність і ступінь окиснення Нітрогену в аміаку?

Фізичні властивості.

Аміак NH₃ — безбарвний газ, з різким запахом, набагато легший за повітря, дуже добре розчиняється у воді (при 20⁰С в 1 об'ємі води — 700 об'ємів NH₃), при температурі, нижчій за — 33,4 °С переходить у рідкий стан. Дуже уражує слизові оболонки очей і дихальних шляхів.

Хімічні властивості.

Для аміаку характерні реакції окиснення і приєднання.

1.Окиснення   аміаку.   Аміак, маючи низький ступінь окиснення Нітрогену -3, поводить себе як відновник. Відновні властивості аміаку виявляються під час горіння його в кисні (мал. 5).

Мал. 5. Горіння аміаку

4NH₃ + 30₂ ⇔ 2N₂ + 6H₂0

За наявності каталізатора (Pt) реакція окиснення аміаку змінюється: замість вільного азоту утворюється оксид нітрогену (ІІ) N0:

4NH₃ + 50₂ = 4N0↑ + 6Н₂0          

• Складіть для наведених рівнянь електронний баланс, обґрунтуйте розстановку коефіцієнтів і доведіть, що аміак в обох випадках — відновник.

2. Взаємодія з водою. Аміак добре розчиняється у воді утворюючи аміачну воду (за нормальних умов у 100 г води розчиняється 87,5 г, або 115л, NH₃). Висока розчинність аміаку пояснюється тим, що він реагує з водою. Якщо суху колбу, заповнену аміаком і закриту пробкою із вставленою трубкою з відтягнутим кінцем, занурити у воду, до якої додано кілька крапель розчину фенолфталеїну, то з безбарвної рідини починає бити малиновий «фонтан» (мал. 6).

Мал. 6. Розчинення аміаку у воді

Забарвлення аміачної води свідчить про те, що водний розчин аміаку має лужну реакцію.

Як це можна пояснити? У воді концентрації йонів Гідрогену Н⁺ і гідроксид-іонів ОН^- — однакові:

H2O ⇔ H⁺ + OH^- ,

тому середовище нейтральне, і фенолфталеїн безбарвний. З розчиненням аміаку NH₃ у воді концентрація гідроксид-іонів ОН^- збільшується, отже, утворюється лужне середовище, і фенолфталеїн стає малиновим.

Виникнення лужного середовища пояснюється тим, що в розчині молекули аміаку приєднують йони гідрогену, утворюючи йони амонію NH⁺₄.

NH₃ + H⁺ → NH₄

При цьому вивільнюються з води гідроксид-іони ОН^- , що надає розчину лужної реакції.

ясний йон амонію NH^ має чотири ковалентні зв'язки. Три з них
юються за рахунок трьох неспарених електронів, які є на р-орбіталях
У1*0?щдього електронного шару атома Нітрогену. Четвертий зв'язок утво-
з°ВІ1   я за донорно-акцепторним механізмом між атомом Нітрогену аміа-
рІ°Є(донор) та йоном гідрогену (акцептор):
Н
н —N: + н4" -►
н
н
н—N —н
н
Усі чотири зв'язки нітроген-гідроген N — Н в йоні амонію рівноцін¬ні незважаючи на різні механізми їхнього утворення.
Взаємодія аміаку з водою відбувається за рівнянням:
NH3 + Н20
NH3 ■ Н20 ї> NH^ + ОН-
Але в розчині лише невелика частина молекул NH3 пе¬ретворюється на йони амонію NH4. Тому аміачна вода пах¬не аміаком.
Аміачну воду позначають формулою NH3 • Н20 і нази¬вають гідроксидом амонію, або нашатирним спиртом. Він належить до слабких і нестійких основ:
NH3 • Н20 ^ NHJ + ОН"
NH,
н2о
NH31 + Н20
3. Взаємодія з кислотами. Якщо змочити одну скляну паличку концентрованим розчином аміаку, а іншу—кон¬центрованою хлоридною кислотою і піднести їх одну до одної, то з'являється білий дим —дрібні кристалики хлори-ДУ амонію (нашатирю):
Отже, амонію.
V  NH3 + НС1 = NH4C1 аміак,  взаємодіючи  з  кислотами,  утворює  солі

• Напишіть рівняння реакцій між аміаком і: а) нітратноці 6) сульфатною кислотами. Які солі амонію при цьому утвЗ рюються?
Що спільного і відмінного між речовинами, назви яких «нащі тир» і «нашатирний спирт»?
Добування. У лабораторії аміак добувають із суміші твея дих речовин —нашатирю NH4C1 і гашеного вапна Са(ОШ (мал. 7) за рівнянням:
2NH4C1 + Са(ОН)2 = CaCl2+2NH31 + 2Н20         .
• Чому для добування аміаку беруть сухі речовини, а не їхні розчини? Чому збирають аміак у пробірку, перевернену догори дном?
Застосування. Аміак — важливий продукт хімічної промисловості. Його вико¬ристовують як добриво і для виробництва азотних добрив, а також нітратної кислоти, вибухових речо¬вин, соди. Як холодоагент аміак застосовують у холо¬дильниках.
У вигляді аміачної води 1 він використовується у ме« дицині під назвою «наша¬тирний спирт». Вдихання малих кількостей аміаку І стимулює роботу серця і І нервової системи, тому нашатирний спирт дають нюхати J при знепритомленні та отруєннях, наприклад чадним газом І CO. Як слабкий луг аміачну воду широко застосовують УІ хімічних лабораторіях, а також у побуті: піц час прання бі- і лизни, для виведення плям, чищення килимів і ювелірних ! виробів.
Са(ОН)2

рії
Добування аміаку в лаборато-
Завдання для самоконтролю
69.  Які фізичні властивості аміаку? Як його добувають у лабо' раторних умовах? Напишіть відповідне рівняння реакції.
70.  Чи можна зібрати аміак способом: а) витіснення повітря? б) витіснення води? Чому?
50
її   Зазначте електронні конфігурації атомів Нітрогену і Гідро-
ха поясніть,  якими електронами утворюються  ковалентні
гей'     В М0Лекулі аміаку і чому вона полярна. Яка валентність і
3^Й ступінь окиснення Нітрогену в аміаку?
*   72. Які реакції аміаку з іншими речовинами ведуть до утворен-
ив йонів амоніїо?
73. В  якому напрямі  (на. підставі  принципу Ле  Шательє)
шститься рівновага реакції аміаку з водою під час: а) нагршання; <\ охолодження; в) додавання кислоти; г) додавання лугу?
' 74. На  каталітичне   окиснення   аміаку  кількістю   речовини 2 моль витрачається кисень об'ємом (н. у.)
(а)  11,2 л;                       (в) 28 л;
(б)  22,4 л;                       (г) 56 л.
75. Під час взаємодії хлориду амонію з гашеним вапном масою 370 кг виділяється аміак об'ємом (н. у.)
(а)  11,2 м3:                     (в) 224 м3;
(б)  22,4 м3;                     (г) 448 м3.
76*. Прокип'ятили 200 г розчину з масовою часткою аміаку в ньому 25 %. При цьому 20 г аміаку звітрилося. Якою стала масова частка аміаку в розчині? Яка маса хлороводню потрібна для його нейтралізації?
§ 12. СОЛІ АМОНІЮ
Солі амонію — це кристалічні речовини з йонним типом зв'язку. До складу солей амонію входять один або кілька катіонів амонію і аніон кислотного залишку.
• Напишіть формули трьох солей амонію і зазначте назву кожної з них.
Фізичні властивості. Солі амонію —тверді кристалічні Речовини, що за зовнішнім виглядом нагадують солі лужних металів. У воді добре розчиняються.
Хімічні властивості. Солі амонію виявляють типові для С]х солей властивості і деякі специфічні.
*• Дисоціація на йони. Як сильні електроліти солі амонію ВоДНому розчині добре дисоціюють на йони:
(NH4)2S04 £ 2NH+ + SO^-
*• Взаємодія з іншими солями. Якщо в пробірку з розчи-в м бориду амонію долити розчин нітрату аргентуму, то ЗДає сирнистий (схожий на зсіле молоко) білий осад:
NH4CJ + AgN03 == NH4N03+AgCl І           Щ
• Ви переконалися, що солі амонію вступають у реакцію йондв обміну з іншими солями. Напишіть наведене рівняння у повіЛ і скороченій йонних формах. Пригадайте, яких умов тре? додержувати, щоб реакція обміну між двома солями відбуд-З до кінця, тобто практично була б необоротною. Чи витрима* такі умови у даному разі?
3. Взаємодія з лугами. В результаті взаємодії солей амо. нію з лугами утворюється аміак, через що дану реакцій використовують як якісну на солі амоніїо:
NH4C1 + NaOH = NaCl + NH31 + H20
Виділення аміаку NH3 —характерна ознака для розпіз-j навання солей амонію.
Лабораторна робота З Виявлення йонів амонію в розчині
Налийте в пробірку 2 мл розчину сульфату амонію і добав¬те до нього стільки ж розчину гідроксиду натрію. Нагрійте рідину в пробірці до кипіння й обережно понюхайте газ, що виділяється. Піднесіть до отвору пробірки червоний лакмусо¬вий папірець, змочений водою. Що спостерігається? Чому? Напишіть рівняння реакції.
Отже, якісною реакцією на солі амоніїо є діїї лугів при нагризанні з виділенням аміаку, який виявляють за запахом або посшгінням червоного вологого лакмусового папірця.
•  Доведіть за допомогою йонного рівняння, що гідроксид-іони ОН- є реактивом на йони амонію NH4.
4. Розклад під час нагрівання:
NH4C1
нагрівання   '
Z NH3 + HC1
охолодження NH4N03 -> N20 + 2H,0

тт бування. Солі амоніїо добувають внаслщок взаємодії /iv або аміачної води (NH3 • Н20) з кислотами:
NH3 + HN03 « NH4N03
Лабораторна робота 4 Утворення солей амонію
до отвору пробірки з концентрованим розчином аміаку під-еСіть скляну паличку, змочену концентрованою хлоридною
кислотою.
Як пояснити утворення диму? Дослід повторіть, узявши за¬мість хлоридної концентровану нітратну кислоту. Напишіть рівняння проведених реакцій.
Застосування. Нітрат амонію NH4N03 і сульфат амонію (NH4)2S04 використовують головним чином як добрива. Нітрат амонію NH4N03 (в суміші з алюмшієм і вугіллям) застосовують для виготовлення вибухової речовини —амо¬налу. Хлорид амонію NH4C1 пщ назвою «нашатир» вико¬ристовують у процесі паяння для очищення поверхні паяль¬ника.
Коли нагрітий паяльник занурюють у нашатир NH4Q, то сіль розкла¬дається (див. вище). Утворений хлороводень НС1 взаємодіє з оксидом ку-пруму(П) CuO, що вкриває поверхню паяльника, внаслідок чого з'явля¬ється хлорид купруму(И) СиС12, який сплавляється з надлишком нашати¬рю NH4C1. В результаті поверхня паяльника звільняється від оксидів, і розплавлене олово прилипає до очищеної міді.
Завдання для самоконтролю
77.  Які солі називають солями амонію? Напишіть рівняння Реакцій, що для них характерні. Зазначте специфічні властивості.
78.  Напишіть рівняння взаємодії аміаку з сульфатною кисло-Тою' Зважте на те, що можуть утворитися як середня, так і кисла сОДі амонію. Поясніть, від чого це залежить.
79.  Карбонат амонію (NH4)2C03 застосовують у кондитерській Праві як розпушувач тіста. На якій властивості солі грунтується ^е її застосування? Відповідь проілюструйте рівнянням реакції.
,™- Напишіть рівняння реакцій,  за допомогою яких можна Діиснити такі перетворення:
N2 -* NH3 -> (NH4)3P04 -» NH3 -» NO -> N02
^ іиоюш JJ Г ПОДІЯЛИ РОЗЧИНОМ Лугу. ]-»І
цьому виділився аміак об'ємом (н. у.)
(а)  11,2 л;                       (в) 33,6 л;                                    І
(б)  22,4 л;                      (г) 44,8 л.                                    І 82. На 6,8 г аміаку подіяли хлороводнем. Добутий хлорид ад,
нію розчинили у 200  г води. Масова частка NH4C1 у добу^^'
розчині становить                        ..                                               г
(а)  9,7 %;                       (в) 21,4 %
(б)  10,7 %                      (г) 53,5 %
83. Аміак об'ємом 11,2 л (н. у.) пропустили в розчин, яхм містить 35 г нітратної кислоти. Визначте маси речовин, що пере, бувають у розчині після завершення реакції.

§ 13. ПРОМИСЛОВИЙ СИНТЕЗ АМІАКУ
У промисловості аміак синтезують з простих речовин азоту N2 і водню Н2;
N2 + ЗН2 +*. 2NH3,      АЯ= -92 кДж. 4 моль           2 моль       ,                                           І
За яких умов здійснюється цей синтез, можна дізнатись з рівняння реакції. Але для виробництва цього замало, бо основним завданням є не просто добути аміак, а добути його найбільш економічним способом. Для цього необхідно і з'ясувати оптимальні умови синтезу, тобто такі, за яких ви¬хід аміаку буде найбільшим і процес здійснюватиметься з ' великою швидкістю.
Звернімося до ршняння реакції. Що з нього видно?
Ми бачимо, що: 1) ця реакція є оборотною, отже, до кінця не доходить, у процесі реакції встановлюється хімічна рівновага; 2) реакція відбувається між газами із зменшен¬ням об'єму; 3) реакція екзотермічна, відбувається з виділен¬ням теплоти.
Як же керувати такою реакцією, пам'ятаючи, що вироб¬ництво аміаку має бути економічно вигідним?
Згадаємо теорпо, а саме—принцип Ле Шательє: якшР система перебуває у стані рівноваги, то' в процесі дії на неї сил, що викликають зсув рівноваги, система переходить У такий стан, в якому ефект цього впливу послаблюється.
оДЯЧи з принципу Ле Шательє, розмірковуємо так: реакція екзотермічна, то треба знизити температуру, ^^° аміак не розклався. Але із зниженням температури Щ° кість реакції зменшиться. Це нібито не страшно, бо Цір^;а використати каталізатор. Проте відомо, що каталіза-^° виявляє свою активність лише із нагріванням до певної т°Р ератури. Отже, знижувати температуру можна, але тіль-JL до певної межі.
Далі звертаємо увагу, що реакція між газами відбувається меншенням об'єму. Це означає, що рівновага зміщувати¬меться у бік утворення аміаку за умови підвищеного тиску. тТооте навіть за дуже високого тиску зв'язати весь азот і во-едь не вдається, а застосування високих тисків спричинює Збільшення вартості обладнання і збільшення витрат енергії на стиснення газової суміші.
Виходячи з обговорення умов процесу, робимо висно¬вок, Ш° ДДЯ синтезу аміаку треба:
а)  застосовувати невеликий тиск (ЗО МПа), який дає змогу змістити рівновагу в бис утворення аміаку;
б)  використовувати каталізатор (губчасте задізо з доміш¬ками А1203 і К20);
в)  підвищувати температуру (до 450—550 °С).
Такі умови вважаються оптимальними для економічно доцільного синтезу аміаку.
Реакція відбувається в колоні синтезу (див. вклейку). Колона синтезу складається з тешіообмшника (нижня частина) і каталізаторної коробки (верхня частина), діаметр якої дещо менший, ніж внутринній діаметр корпусу колони. Отже, між каталізаторною коробкою і корпусом утворюєть¬ся щілина. Холодна суміш азоту з воднем надходить у коло¬ну через цю щілину і запобіїає перегріванню корпусу. Газо¬ва суміш іде донизу, проходить між гарячими трубками теплообмінника, нагризається і потрапляє до каталізаторної коробки. Тут, на каталізаторі, відбувається синтез аміаку. При цьому виділяється багато теплоти. Гаряча суміш аміаку, азоту й водню надходить у трубки теплообмінника, тому вони гарячі. Відбувається теплообмін, теплота реакції утилі¬зується — це один з важливих принципів сучасного вироб¬ництва.
Газ, що виходить з колони синтезу, містить 12—15 % аміаку. В такому разі не зрозуміло, чому синтез вважається економічно доцільним. Річ у тім, що далі в процесі вироб-
ництва використовують принцип циркуляції, за яким
азої
водень, що не прореагували, відокремлюються від зрід^ " го аміаку і знову повертаються в колону синтезу. Завдо^ принципу циркуляції на сучасних заводах вихід аміаку стГ новить 96—98 %.
В Україні перший завод з виробництва синтетичною аміаку став до ладу у 1933 р. в Горлівці Донецької області Пізнше з'явилися заводи у Дніпродзержинську (1938), Q. верськодонецьку (1958), Черкасах (1962), Рівному (1965) тощо. Нині триває робота з дальшого вдосконалення техно¬логії аміачного виробництва.
Завдання для самоконтролю
84.  Які хімічні процеси лежать в основі лабораторного і промислового способів добування аміаку?
85.  Назвіть оптимальні умови промислового синтезу аміаку. Як вони узгоджуються з принципом Ле Шательє? Дайте обгрунто¬вану відповідь, виходячи з рівняння реакції.
86.  За кольоровим малюнком на вклейці спробуйте пояснити призначення кожного з апаратів технологічної схеми виробництва аміаку. Поясніть принцип дії колони синтезу.
87.  Корпус колони синтезу аміаку зроблено із сталі. Відомо, що за високої температури і високого тиску водень і аміак руйнують сталь. Яке інженерне рішення дає змогу захистити коло¬ну від хімічного руйнування?
88.  Який об'єм водню (н. у.) необхідний для виробництва аміаку масою 5 т, якщо вихід аміаку завдяки використанню цирку¬ляції становить 95 96?

Н.М. Буринська, Л.П. Величко, Хімія, 10 клас
Вислано читачами з інтернет-сайтів  

_{Матеріали з хімії, плануванняз хімії, завдання та відповіді по класам, плани конспектів уроків з хімії для 10 класу}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.