Номер 2, страница 313 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 44. Аммиак. Соли аммония - номер 2, страница 313.

Условие.

2. Охарактеризуйте строение молекулы, свойства, получение и применение аммиака.

Решение.

Решение 2.

Строение молекулы

Молекула аммиака имеет химическую формулу $NH_3$. Она состоит из одного атома азота (N) и трех атомов водорода (H). Атом азота находится в центре, а атомы водорода расположены вокруг него.

Связи N-H являются ковалентными полярными, так как азот обладает большей электроотрицательностью, чем водород. Это приводит к смещению электронной плотности от атомов водорода к атому азота, в результате чего на атоме азота возникает частичный отрицательный заряд ($\delta-$), а на атомах водорода – частичные положительные заряды ($\delta+$).

Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды. Атом азота находится в состоянии $sp^3$-гибридизации. У него есть три связывающие электронные пары (с атомами H) и одна неподеленная (свободная) электронная пара. Эта неподеленная пара отталкивает связывающие пары, что приводит к уменьшению валентного угла H-N-H до 107,8° (вместо тетраэдрического 109,5°).

Из-за асимметричного строения и полярности связей молекула аммиака в целом является полярной (диполем). Наличие неподеленной электронной пары и полярных связей N-H позволяет молекулам аммиака образовывать между собой водородные связи, что существенно влияет на его физические свойства.

Ответ: Молекула аммиака ($NH_3$) имеет форму тригональной пирамиды, атом азота находится в состоянии $sp^3$-гибридизации. Связи N-H ковалентные полярные. Молекула полярна и способна к образованию водородных связей.

Свойства

Физические свойства: Аммиак при нормальных условиях — бесцветный газ с резким, удушливым запахом (запах нашатырного спирта). Он легче воздуха. Аммиак очень хорошо растворяется в воде (около 700 объемов аммиака в 1 объеме воды при 20°C). Его высокая растворимость объясняется образованием водородных связей с молекулами воды. Температура кипения –33,34°C, температура плавления –77,73°C. Легко сжижается под давлением.

Химические свойства:

1. Основные свойства. Водный раствор аммиака (нашатырный спирт) имеет слабощелочную реакцию из-за образования гидрата аммиака, который частично диссоциирует на ионы: $NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$. Как основание, аммиак реагирует с кислотами с образованием солей аммония: $NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl$ (хлорид аммония).

2. Восстановительные свойства. Азот в аммиаке имеет степень окисления -3, поэтому аммиак проявляет свойства восстановителя. Он горит в кислороде с образованием азота и воды: $4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O$. В присутствии катализатора (Pt) окисляется до оксида азота(II) – это ключевая стадия производства азотной кислоты: $4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{Pt, t} 4NO + 6H_2O$. Может восстанавливать металлы из их оксидов при нагревании: $3CuO + 2NH_3 \xrightarrow{t} 3Cu + N_2 + 3H_2O$.

3. Способность к комплексообразованию. Благодаря наличию неподеленной электронной пары у атома азота, аммиак может выступать в роли лиганда, образуя комплексные соединения с ионами металлов. Например, с ионами меди(II) образует ярко-синий комплексный ион тетраамминмеди(II): $Cu^{2+} + 4NH_3 \rightarrow [Cu(NH_3)_4]^{2+}$.

Ответ: Аммиак — газ с резким запахом, хорошо растворимый в воде. Проявляет свойства слабого основания, сильного восстановителя и способен образовывать комплексные соединения.

Получение

В промышленности: Основной промышленный способ получения аммиака — процесс Габера-Боша, прямой синтез из азота и водорода.

$N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г) + Q$

Реакция является обратимой, экзотермической и протекает с уменьшением объема. Согласно принципу Ле Шателье, для смещения равновесия в сторону продукта необходимо высокое давление (150-350 атм), умеренно высокая температура (400-500°C, компромисс между скоростью реакции и смещением равновесия) и использование катализатора (пористое железо с активаторами).

В лаборатории: Аммиак получают действием сильных щелочей на соли аммония при нагревании. Чаще всего используют смесь хлорида аммония и гашеной извести (гидроксида кальция).

$2NH_4Cl + Ca(OH)_2 \xrightarrow{t} CaCl_2 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$

Также аммиак можно получить гидролизом нитридов активных металлов, например, нитрида магния: $Mg_3N_2 + 6H_2O \rightarrow 3Mg(OH)_2 + 2NH_3\uparrow$.

Ответ: В промышленности аммиак получают синтезом из азота и водорода (процесс Габера-Боша), а в лаборатории — нагреванием солей аммония со щелочами.

Применение

Аммиак является одним из важнейших продуктов химической промышленности. Основные области его применения:

- Производство азотных удобрений, таких как нитрат аммония ($NH_4NO_3$), сульфат аммония ($(NH_4)_2SO_4$) и мочевина (карбамид, $(NH_2)_2CO$). Это крупнейшая сфера потребления аммиака.

- Производство азотной кислоты ($HNO_3$), которая, в свою очередь, используется для получения удобрений, взрывчатых веществ, красителей.

- Производство полимеров, например, капрона и нейлона, а также других продуктов органического синтеза.

- Использование в качестве хладагента (R717) в промышленных холодильных установках благодаря его высокой теплоте испарения.

- В медицине применяется 10%-й водный раствор аммиака (нашатырный спирт) для стимуляции дыхания и наружно.

- Производство соды по аммиачному методу (метод Сольве).

- В жидком виде используется как растворитель.

Ответ: Основное применение аммиака — производство азотных удобрений и азотной кислоты. Он также используется в производстве полимеров, взрывчатых веществ, соды, в качестве хладагента и в медицине.