Конспект урока: Общая характеристика элементов VA-группы. Азот. Аммиак. Соли аммония

Аммиак: физические и химические свойства

Летучее водородное соединение азота — аммиак. Это вещество представляет собой газ без цвета и с резким характерным запахом. Он легче воздуха. Аммиак имеет очень хорошую растворимость в воде. Раствор аммиака в воде называют аммиачной водой, а 10%-й раствор имеет название нашатырный спирт.

Растворяясь в воде, каждая молекула аммиака связывается с одной молекулой воды с образованием гидрата аммиака. Его формула ${\mathrm{NH}}_3 · {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

Гидрат аммиака является слабым электролитом:
 

${\mathrm{NH}}_3 · {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \leftrightarrow {{\mathrm{NH}}_4}^{+} + {\mathrm{OH}}^{-}$.

Конечно, он диссоциирует незначительно, но при этом раствор аммиака имеет щелочную среду.

Азот в аммиаке находится в своей минимальной степени окисления −3, поэтому аммиак проявляет восстановительные свойства.

1. Горение аммиака

Продукты горения зависят от условий реакции:

• горение в чистом кислороде с образованием азота и водяных паров:

$4{\mathrm{N}}^{-3}{\mathrm{H}}_3 + 3{{\mathrm{O}}_2}^0 = 2{{\mathrm{N}}_2}^0 + 6{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}^{-2}$;

• горение в присутствии катализатора (платина, оксид хрома (III)) с образованием оксида азота (II) и воды:

$4{\mathrm{N}}^{-3}{\mathrm{H}}_3 + 5{{\mathrm{O}}_2}^0 = 4{\mathrm{N}}^{+2}{\mathrm{O}}^{-2} + 6{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}^{-2}$.

Благодаря катализатору происходит более глубокое окисление аммиака. В этом случае катализатор не изменяет скорость реакции, а направляет её по другому пути.

2. Взаимодействие с некоторыми оксидами металлов

Здесь аммиак играет роль хорошего восстановителя:

$2{\mathrm{N}}^{-3}{\mathrm{H}}_3 + 3{\mathrm{Cu}}^{+2}\mathrm{O} = {{\mathrm{N}}_2}^0 + 3{\mathrm{Cu}}^0 + 3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

3. Взаимодействие с кислотами

И газообразный аммиак, и его водный раствор проявляют основные свойства, поэтому они взаимодействуют с кислотами. Образуются соли аммония:
 

${\mathrm{NH}}_3 + {\mathrm{HNO}}_3 = {\mathrm{NH}}_4{\mathrm{NO}}_3$.

Катион аммония ${{\mathrm{NH}}_4}^{+}$образуется по донорно-акцепторному механизму. Что это означает?

Рисунок 1. Образование иона аммония

Атом азота имеет неподеленную электронную пару (свободную электронную пару), а катион водорода имеет свободную орбиталь для принятия электронов. Атом азота называют донором, а ион водорода — акцептором.

 

Таким образом, ион аммония возникает в результате образования ковалентной полярной связи между атомом азота и катионом водорода по донорно-акцепторному механизму.

Применение аммиака

Аммиак находит широкое применение в различных сферах жизнедеятельности человека. Так, аммиак является исходным веществом для производства азотной кислоты и солей аммония. Его используют как хладагент в промышленных холодильных установках. На рисунке 2 представлены различные области применения аммиака.

Рисунок 2. Применение аммиака

Соли аммония

Рисунок 3. Соль дихромат аммония

Соли — вещества, состоящие из катионов металла и кислотного остатка. Помимо катионов металлов в состав соли могут входить катионы аммония.

 

Соли аммония — твёрдые кристаллические вещества, которые хорошо растворяются в воде.

 

При нагревании большинство солей разлагается, например:
 

$2{\mathrm{NH}}_4{\mathrm{NO}}_3 \stackrel{\mathrm{t}}{=} 2{\mathrm{N}}_2 + {\mathrm{O}}_2 + 4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.
 

В лаборатории азот получают разложением нитрита аммония:
 

${\mathrm{NH}}_4{\mathrm{NO}}_2 \stackrel{\mathrm{t}}{=} {\mathrm{N}}_2 + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

В результате реакции обмена образуется слабое основание — гидрат аммиака, которое разлагается на аммиак и воду. Выделяющийся аммиак можно обнаружить по появлению резкого запаха или с помощью лакмусовой бумаги, которая окрасится в синий цвет.

Рисунок 4. Применение солей аммония

Подведем итог. Аммиак — бесцветный газ с резким запахом. Водный раствор аммиака — слабое основание, имеющее щелочную среду. При взаимодействии с кислотами аммиак образует соли аммония. Образование иона аммония происходит по донорно-акцепторному механизму. Соли аммония находят широкое применение в различных областях.