Підготовка до ЗНО з хімії

Найважливішою сполукою Нітрогену з Гідрогеном є амоніак NH₃. Молекула амоніаку – пірамідальна, полярна (рис. 14.1). Ступінь окиснення атома Нітрогену –3. Атомні орбіталі Нітрогену перебувають у стані sp³-гібридізації і утворюють три s-зв’язки з трьома атомами Гідрогену. Молекула амоніаку – яскраво виражений донор електронної пари, що дає можливість утворювати хімічні зв’язки за донорно-акцепторним механізмом.

Рис. 14. 1. Молекула амоніаку.

Одержання.

У лабораторії амоніак одержують шляхом нагрівання хлориду амонію NH₄Cl з гашеним вапном Ca(OH)₂:

NH₄Cl + Ca(OH)₂ = 2NH₃­+ CaCl₂ + 2H₂O.

У промисловості раніше амоніак одержували ціаноамідним способом у дві стадії. На першій стадії проводили реакцію N₂ з кальцій карбідом CaC₂ при нагріванні:

CaC₂ + N₂ = CaCN₂ + C.

Далі дією води на утворений продукт одержували амоніак:

CaCN₂ + 3H₂O = CaCO₃ + 2NH₃.

Сьогодні амоніак одержують виключно безпосередньою взаємодією простих речовин H₂ і N₂ при високій (500⁰С) температурі і тиску (30 мПа) за наявності каталізатора Fe/Al₂O₃:

N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃, ΔH = –92 кДж.

Рівновага реакції зміщена ліворуч, тому з реакційної суміші при охолодженні виділяють амоніак, а азот і водень, що не прореагували вводять у наступний цикл. Описану технологію вперше застосував у 1908 р. Ф. Габер (Німеччина), тому її називають процес Габера.

Фізичні властивості.

За н. у. амоніак – безбарвний газ з різким запахом, легший за повітря. При –33,4 ⁰С зріджується, а при –77,8 ⁰С кристалізується.

Висока температура кипіння газоподібного амоніаку зумовлена утворенням міжмолекулярних водневих зв’язків.

Амоніак дуже добре розчинний у воді: в 1 об’ємі води розчиняється 700 об’ємів амоніаку. Максимальна масова частка амоніаку у воді – 25%. Такий розчин амоніаку називають аміачною водою, 10% розчин – нашатирний спирт. Зі зростанням температури розчинність амоніаку зменшується і він виділяється з розчинів.

Хімічні властивості.

1. Горить у кисні зеленим полум’ям:

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O.

2. За наявності каталізаторів (Pt, Fe₂O₃) горить з утворенням NO:

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O.

Цю реакцію використовують у виробництві нітратної кислоти.

3. Реагує з окисниками:

2NH₃ + 3CuO = N₂ + 3Cu + 3H₂O,            2NH₃ + 3Br₂ = N₂ + 6HBr.

4. При пропусканні над розплавленими активними металами утворює аміди:

2NH₃ + 2Na = 2NaNH₂ + H₂,

які при дії води розкладаються на луг і амоніак:

NaNH₂ + H₂O = NaOH + NH₃.

5. При нагріванні амоніак знебарвлює розчини перманганатів:

2NH₃ + 2KMnO₄ = N₂ + 2MnO₂ + 2KOH + 2H₂O.

6. Основні властивості виявляє за рахунок утворення водневих зв’язків з молекулами води і встановленням рівноваги:

NH₃ + H₂O ↔ NH₃∙H₂O ↔ NH₄⁺ + OH^–.

Розчин амоніаку у воді – електроліт зі слабкими основними властивостями. Оскільки концентрація іонів ОН^– у розчині дуже незначна, то говорити про існування іонної сполуки NH₄OH не можна.

Комплексний іон NH₄⁺ тетраедричної будови утворюється за донорно-акцепторним механізмом, усі зв’язки N—Н у ньому рівноцінні:

Аналогічно амоніак реагує з кислотами, утворюючи солі амоніаку:

NH₃ +HCl = NH₄Cl,                2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄.

У цих реакціях амоніак є основою Льюїса (акцептором протона).

1. За схожим механізмом відбувається утворення комплексних сполук – амоніакатів:

AgCl + 2NH₃ = [Ag(NH₃)₂]Cl.

8. Аналогічно амоніак реагує з галогенопохідними вуглеводнів з утворенням солей алкіламоніаку – реакція Гофмана (див. Органічна хімія):

СН₃І + 2NH₃ = [СН₃N⁺H₃]І^–.

Солі амоніаку.

Солі амоніаку – іонні сполуки, легко розчинні у воді.

1. У воді солі амоніаку гідролізують, створюючи кисле середовище (рН < 7):

NH₄Cl + H₂O ↔ NH₃ + H₂O + HCl.

2. Виявляють усі характерні властивості солей. У реакціях обміну іон NH₄⁺ зберігається:

NH₄Cl + AgNO₃ = NH₄NO₃+ AgCl↓.

3. При дії лугів утворюються амоніак і вода:

NH₄NO₃ + NaOH = NH₃­ + H₂O + NaNO₃.

Це – якісна реакція на іон NH₄⁺. Якщо при нагріванні речовини з лугом відчувається запах амоніаку, а вологий індикаторний папірець, піднесений до отвору пробірки синіє – це вказує на наявність іона NH₄⁺ у складі речовини.
4. Солі амоніаку – термічно нестійкі, їх розклад може відбуватись оборотно або необоротно.

Оборотно розкладаються солі амоніаку, утворені аніонами кислот-неокисників:

NH₄Cl ↔ NH₃ + HCl,              (NH₄)₂SO₄ ↔ NH₃ + NH₄HSO₄,

(NH₄)₂CO₃ ↔ 2NH₃ + CO₂ + H₂O,     NH₄HCO₃ ↔ NH₃ + CO₂ + H₂O.

Необоротно розкладаються солі амоніаку, утворенні аніонами кислот-окисників:

(NH₄)₂NO₂ = N₂ + 2H₂O,                   NH₄NO₃ = N₂O+ 2H₂O,

(NH₄)₂Cr₂O₇ = N₂ + Cr₂O₃ + 4H₂O.

Остання реакція супроводжується виділенням великої кількості тепла і світла, розбризкуванням іскор та утворенням зеленого попелу Cr₂O₃, тому називається “вулкан”.