Гіпермаркет Знань>>Хімія>>Хімія 10 клас>> 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

1. 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». 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 й надає розчину лужної реакції.

Кожний йон амонію NH⁺₄ має чотири ковалентні зв'язки. Три з них юються за рахунок трьох неспарених електронів, які є на р-орбіталях зовнішнього електронного шару атома Нітрогену. Четвертий зв'язок утворюється за донорно-акцепторним механізмом між атомом Нітрогену аміаку (донор) та йоном гідрогену (акцептор):

         Н                       Н        +

          l                        І

  Н — N: + Н⁺ →  Н — N — Н

          І                        І
         Н                       Н

Усі чотири зв'язки нітроген-гідроген N — Н в йоні амонію рівноцінні, незважаючи на різні механізми їхнього утворення.

Взаємодія аміаку з водою відбувається за рівнянням:

NH₃ + Н₂0 ⇔ NH₃ • Н₂0⇔ NH⁺₄ + ОН^-

Але в розчині лише невелика частина молекул NH₃ перетворюється на йони амонію NH⁺₄. Тому аміачна вода пахне аміаком.

Аміачну воду позначають формулою NH₃ • Н₂0 і називають гідроксидом амонію, або нашатирним спиртом. Він належить до слабких і нестійких основ:

NH₃ • Н₂0 ⇔ NH⁺₄ + ОН^-

NH₃ • Н₂0⇔ NH₃↑ + Н₂0

2. Взаємодія з кислотами. Якщо змочити одну скляну паличку концентрованим розчином аміаку, а іншу — концентрованою хлоридною кислотою і піднести їх одну до одної, то з'являється білий дим — дрібні кристалики хлориду амонію (нашатирю):

NH₃ + НСl = NH₄Cl

Отже, аміак, взаємодіючи з кислотами, утворює солі амонію:

• Напишіть рівняння реакцій між аміаком і: а) нітратною, б) сульфатною кислотами. Які солі амонію при цьому утворюються?
Що спільного і відмінного між речовинами, назви яких «нашатир» і «нашатирний спирт»?

Добування. У лабораторії аміак добувають із суміші твея дих речовин — нашатирю NH₄Cl і гашеного вапна Са(ОH)₂ за рівнянням:

2NH₄Cl + Са(ОН)₂ = CaCl₂+2NH₃↑ + 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 використовують як добриво і для виробництва азотних добрив, а також нітратної кислоти, вибухових речовин, соди. Як холодоагент аміак застосовують у холодильниках.

У вигляді аміачної води він використовується у медицині під назвою «нашатирний спирт». Вдихання малих кількостей аміаку І стимулює роботу серця і нервової системи, тому нашатирний спирт дають нюхати при знепритомленні та отруєннях, наприклад чадним газом CO. Як слабкий луг аміачну воду широко застосовують у хімічних лабораторіях, а також у побуті: під час прання білизни, для виведення плям, чищення килимів і ювелірних виробів.


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 всіх солей властивості і деякі специфічні.

1. Дисоціація на йони. Як сильні електроліти солі амонію у водному розчині добре дисоціюють на йони:

(NH₄)2S0₄ ⇔2NH⁺₄ + SO^2-₄

2. Взаємодія з іншими солями. Якщо в пробірку з розчином хлориду амонію долити розчин нітрату аргентуму, то випадає сирнистий (схожий на зсіле молоко) білий осад:

NH₄Cl + AgN0₃ = NH₄N0₃+ AgCl↓          

• Ви переконалися, що солі амонію вступають у реакцію йонного обміну з іншими солями. Напишіть наведене рівняння у повній і скороченій йонних формах. Пригадайте, яких умов треба додержувати, щоб реакція обміну між двома солями відбулася до кінця, тобто практично була б необоротною. Чи витримані такі умови у даному разі?

3. Взаємодія з лугами. В результаті взаємодії солей амонію з лугами утворюється аміак, через що дану реакцій використовують як якісну на солі амонію:

NH₄Cl + NaOH = NaCl + NH₃↑ + H₂0

Виділення аміаку NH₃ —характерна ознака для розпізнавання солей амонію.

Лабораторна робота З

Виявлення йонів амонію в розчині

Налийте в пробірку 2 мл розчину сульфату амонію і добавте до нього стільки ж розчину гідроксиду натрію. Нагрійте рідину в пробірці до кипіння й обережно понюхайте газ, що виділяється. Піднесіть до отвору пробірки червоний лакмусовий папірець, змочений водою. Що спостерігається? Чому? Напишіть рівняння реакції.

Отже, якісною реакцією на солі амонію є дія лугів при нагризанні з виділенням аміаку, який виявляють за запахом або посинінням червоного вологого лакмусового папірця.

•  Доведіть за допомогою йонного рівняння, що гідроксид-іони ОН^- є реактивом на йони амонію NH⁺₄.

4. Розклад під час нагрівання:

          _{нагрівання}

NH₄C  ^_---------->          NH3 + HCl

            ^{_<-----------
            охолодження}

NH₄N0₃ → N₂0 + 2H₂0

Добування. Солі амонію добувають внаслідок взаємодії аміаку або аміачної води (NH₃ • Н₂0) з кислотами:

NH₃ + HN0₃ = NH₄N0₃

Лабораторна робота 4

Утворення солей амонію
До отвору пробірки з концентрованим розчином аміаку піднесіть скляну паличку, змочену концентрованою хлоридною
кислотою.

Як пояснити утворення диму? Дослід повторіть, узявши замість 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 алюмінієм і вугіллям) застосовують для виготовлення вибухової речовини — амоналу. Хлорид амонію NH₄Cl під назвою «нашатир» використовують у процесі паяння для очищення поверхні паяльника.

Коли нагрітий паяльник занурюють у нашатир NH₄Сl, то сіль розкладається (див. вище). Утворений хлороводень НСl взаємодіє з оксидом купруму (II) CuO, що вкриває поверхню паяльника, внаслідок чого з'являється хлорид купруму(II) СuСl₂, який сплавляється з надлишком нашатирю NH₄Cl. В результаті поверхня паяльника звільняється від оксидів, і розплавлене олово прилипає до очищеної міді.


У ПРОМИСЛОВОСТІ аміак синтезують з простих речовин азоту N₂ і водню Н₂:

N₂ + ЗН₂ ⇔ 2NH₃,    ΔH = -92 кДж.

  ^{4 моль           2 моль}   
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 з'ясувати оптимальні умови синтезу, тобто такі, за яких вихід 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 зменшенням об'єму; 3) реакція екзотермічна, відбувається з виділенням теплоти.

Як же керувати такою реакцією, пам'ятаючи, що виробництво аміаку має бути економічно вигідним?

Згадаємо теорію, а саме — принцип Ле Шательє: якщо 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.

Виходячи з принципу Ле Шательє, розмірковуємо так: реакція екзотермічна, то треба знизити температуру, щоб аміак не розклався. Але із зниженням температури швидкість реакції зменшиться. Це нібито не страшно, бо можна використати каталізатор. Проте відомо, що каталізатор виявляє свою активність лише із нагріванням до певної температури. Отже, знижувати температуру можна, але тільки до певної межі.

Далі звертаємо увагу, що реакція між газами відбувається меншенням об'єму. Це означає, що рівновага зміщуватиметься у бік утворення аміаку за умови підвищеного тиску. Проте навіть за дуже високого тиску зв'язати весь азот і водень не вдається, а застосування високих тисків спричинює збільшення вартості обладнання і збільшення витрат енергії на стиснення газової суміші.

Виходячи з обговорення умов процесу, робимо висновок, що для синтезу аміаку треба:
а)  застосовувати невеликий тиск (30 МПа), який дає змогу змістити рівновагу в бік утворення аміаку;
б)  використовувати каталізатор (губчасте залізо з домішками Аl₂0₃ 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 теплообмінника (нижня частина) і каталізаторної коробки (верхня частина), діаметр якої дещо менший, ніж внутрішній діаметр корпусу колони. Отже, між каталізаторною коробкою і корпусом утворюється щілина. Холодна суміш азоту з воднем надходить у колону через цю щілину і запобігає перегріванню корпусу. Газова 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 утилізується — це один з важливих принципів сучасного виробництва.

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 виробництва використовують принцип циркуляції, за яким азот і водень, що не прореагували, відокремлюються від зрідженого аміаку і знову повертаються в колону синтезу. Завдяки принципу циркуляції на сучасних заводах вихід аміаку становить 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), Сіверськодонецьку (1958), Черкасах (1962), Рівному (1965) тощо. Нині триває робота з дальшого вдосконалення технології аміачного виробництва.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ
1. Чи можна зібрати аміак способом: а) витіснення повітря? б) витіснення води? Чому?
2. Зазначте електронні конфігурації атомів Нітрогену і Гідрогену та поясніть,  якими електронами утворюються ковалентні
зв'язки в молекулі аміаку і чому вона полярна. Яка валентність і який ступінь окиснення Нітрогену в аміаку?
3. Які реакції аміаку з іншими речовинами ведуть до утворення йонів амонію?
4. В  якому напрямі  (на. підставі  принципу Ле Шательє) зміститься рівновага реакції аміаку з водою під час: а) нагрівання; б) охолодження; в) додавання кислоти; г) додавання лугу?
5. 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.
6. 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.
7. 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?
8. Напишіть рівняння взаємодії аміаку з сульфатною кислотою зважте на те, що можуть утворитися як середня, так і кисла солі амонію. Поясніть, від чого це залежить.
9. Карбонат амонію (NH₄)₂C0₃ застосовують у кондитерській справі як розпушувач тіста. На якій властивості солі грунтується таке її застосування? Відповідь проілюструйте рівнянням реакції.
10. Напишіть рівняння реакцій,  за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:
N₂ → NH₃ → (NH₄)₃P0₄ → NH₃ →NO→ N0₂
11. На сульфат амонію масою 33 г подіяли розчином лугу. При цьому виділився аміак об'ємом (н. у.)
(а)  11,2 л;                      (в) 33,6 л;                              
(б)  22,4 л;                      (г) 44,8 л.                             
12. На 6,8 г аміаку подіяли хлороводнем. Добутий хлорид амонію розчинили у 200г води. Масова частка NH₄Cl у добутому
розчині становить                             
(а)  9,7 %;                       (в) 21,4 %
(б)  10,7 %                      (г) 53,5 %
13. Аміак об'ємом 11,2 л (н. у.) пропустили в розчин, який містить 35 г нітратної кислоти. Визначте маси речовин, що перебувають у розчині після завершення реакції.
14. Які хімічні процеси лежать в основі лабораторного і промислового способів добування аміаку?
15. Назвіть оптимальні умови промислового синтезу аміаку. Як вони узгоджуються з принципом Ле Шательє? Дайте обгрунтовану відповідь, виходячи з рівняння реакції.
16. За кольоровим малюнком на вклейці спробуйте пояснити призначення кожного з апаратів технологічної схеми виробництва аміаку. Поясніть принцип дії колони синтезу.
17. 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 колону від хімічного руйнування?
18. Який об'єм водню (н. у.) необхідний для виробництва аміаку масою 5 т, якщо вихід аміаку завдяки використанню циркуляції становить 95 %?

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

Гідроген хлорид. Хлоридна кислота. Хлориди
Гідроген хлорид. Гідроген хлорид, або хлороводень, НС1 є однією з найважливіших неорганічних сполук. Він слугує реагентом у різних процесах у хімічній технології. Водний розчин хлороводню — хлоридну кислоту — широко використовують у промисловості, наукових дослідженнях, хімічних лабораторіях.
Гідроген хлорид, як і інші аналогічні сполуки неметалічних елементів, має молекулярну будову. Електронна і графічна формули молекули хлороводню:

Ковалентний зв'язок між атомами Гідрогену і Хлору є полярним; атом більш електронегативного Хлору зміщує у свій бік спільну електронну пару:

На атомі Хлору зосереджується невеликий негативний заряд, а на атомі Гідрогену — такий самий за значенням, але позитивний заряд:

Молекула гідроген хлориду є полярною.
Хлороводень — безбарвний газ із різким запахом, важчий за повітря, добре розчинний у воді. За температури 20 °С і нормального тиску в 1 л води розчиняється 445 л цього газу. У вологому повітрі гідроген хлорид «димить» унаслідок утворення дрібних краплинок його водного розчину.
Хлороводень сильно подразнює дихальні шляхи. Тому досліди із цим газом та його концентрованим водним розчином (концентрованою хлоридною кислотою) проводять у витяжній шафі.
Хлоридна кислота. Водний розчин гідроген хлориду називають хлоридною кислотою. Тривіальна назва цього розчину — соляна кислота. Вона зумовлена тим, що раніше для добування кислоти використовували природну сіль (натрій хлорид).
Для підтвердження високої розчинності хлороводню у воді й кислотних властивостей водного розчину цієї сполуки демонструють ефектний дослід. У посудину з водою добавляють кілька крапель розчину лакмусу або метилоранжу. Хлороводнем наповнюють колбу, добавляють у неї 1—2 краплі води, швидко закривають пробкою, в яку вставлена скляна трубка, і занурюють кінець трубки в розчин індикатора у посудині (мал. 21). Під час розчинення газу тиск у колбі знижується; рідина заповнює колбу, створюючи фонтан, і набуває червоного забарвлення.
Майже насичений водний розчин гідроген хлориду (масова частка НС1 у ньому становить 34—36 %) називають концентрованою хлоридною кислотою. Із цього розчину постійно виділяється хлороводень.
Хлоридна кислота належить до сильних кислот; ступінь її дисоціації в розбавлених розчинах перевищує 90 %.

► Поясніть, чому і як молекула НС1 розпадається на йони у водному розчині.
Хімічні властивості. Хлоридна кислота, як і інші кислоти, реагує:
•    з металами з виділенням водню
(метали, розміщені в ряду активності справа від водню, із хлоридною кислотою не взаємодіють);
•    з основними й амфотерними оксидами

•    з основами й амфотерними гідроксидами

•    із більшістю солей

► Для трьох останніх реакцій складіть йонно-молекулярні рівняння.
Добування гідроген хлориду і хлоридної кислоти. У промисловості гідроген хлорид добувають спалюванням водню в атмосфері хлору (мал. 22)

Н2 + С12 = 2НС1, а в лабораторії — за реакцією обміну між твердою сіллю (натрій хлоридом) і концентрованою сульфатною кислотою:

Таким способом раніше добували хлороводень і в промисловості.
► Чи можна замість твердої солі використати її водний розчин, а замість концентрованої кислоти — розбавлену? Відповідь аргументуйте.
Хлороводень розчиняють у воді й отримують хлоридну кислоту.
Прилад для добування гідроген хлориду і хлоридної кислоти в лабораторії зображено на малюнку 23. Хлороводень, будучи важчим за повітря, витісняє його зі склянки і розчиняється у воді. Зверніть увагу: вільний кінець газовідвідної трубки не повинен торкатися води. Інакше вода внаслідок швидкого розчинення в ній гідроген хлориду потрапить у трубку, а відтак — у концентровану сульфатну кислоту. Відбудеться сильне розігрівання, пробірка може тріснути, а кислота — потрапити на шкіру і спричинити опіки.

П.П. Попель, Л.С. Крикля. Хімія, 10 клас
Надіслано читачами інтернет-сайту

_{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.