Номер 2, страница 93 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

2. Охарактеризуйте физические и химические свойства аммиака. Свяжите их с областями применения этого соединения.

Аммиак ($NH_3$) — это бесцветный газ с характерным резким запахом, обладающий рядом уникальных физических и химических свойств, которые определяют его широкое применение в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве, медицине и быту.

Физические свойства аммиака и их связь с применением

К основным физическим характеристикам аммиака относятся:

• Агрегатное состояние и запах: При нормальных условиях аммиак является бесцветным газом с резким, удушливым запахом.
• Плотность: Он почти в два раза легче воздуха (молярная масса $NH_3$ составляет 17,03 г/моль, а средняя молярная масса воздуха – 29 г/моль), поэтому при утечке он будет скапливаться в верхних частях помещений.
• Растворимость: Аммиак чрезвычайно хорошо растворим в воде благодаря образованию водородных связей между молекулами $NH_3$ и $H_2O$. При $20^\circ\text{C}$ и атмосферном давлении в 1 объеме воды растворяется около 700 объемов аммиака.
• Температуры фазовых переходов: Аммиак легко сжижается при охлаждении или под давлением. Его температура кипения составляет $-33,4^\circ\text{C}$, а температура плавления — $-77,7^\circ\text{C}$.
• Теплота испарения: Жидкий аммиак имеет очень высокую удельную теплоту испарения ($1370$ кДж/кг). Это означает, что при переходе из жидкого состояния в газообразное он поглощает большое количество теплоты из окружающей среды.

Связь с применением:

• Высокая растворимость в воде используется для получения нашатырного спирта – 10%-го водного раствора аммиака. Он применяется в медицине для стимуляции дыхания при обмороках и как антисептическое средство, а также в быту для чистки окон, зеркал и удаления пятен.
• Высокая теплота испарения и низкая температура кипения делают жидкий аммиак эффективным и дешевым хладагентом (хладон R717). Он широко используется в промышленных холодильных установках, на пищевых комбинатах, складах и ледовых аренах.

Ответ: Ключевые физические свойства аммиака — высокая растворимость в воде и высокая теплота испарения — обуславливают его применение в качестве компонента нашатырного спирта (медицина, быт) и в качестве промышленного хладагента.

Химические свойства аммиака и их связь с применением

Химическая активность аммиака определяется наличием у атома азота неподеленной электронной пары и низшей степенью окисления (-3). Поэтому аммиак проявляет свойства как основания, так и сильного восстановителя.

1. Основные свойства (реакции с присоединением протона):

• При растворении в воде аммиак обратимо реагирует с ней, образуя слабое основание — гидрат аммиака, который диссоциирует на ионы аммония и гидроксид-ионы, создавая щелочную среду:
  $NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$
• Аммиак энергично реагирует с кислотами, образуя соли аммония:
  $NH_3 + HCl \to NH_4Cl$ (хлорид аммония)
  $2NH_3 + H_2SO_4 \to (NH_4)_2SO_4$ (сульфат аммония)
  $NH_3 + HNO_3 \to NH_4NO_3$ (нитрат аммония)

2. Восстановительные свойства (реакции с повышением степени окисления азота):

• Аммиак горит в кислороде. В зависимости от условий окисление приводит к разным продуктам:
  - Без катализатора образуется свободный азот: $4NH_3 + 3O_2 \to 2N_2 + 6H_2O$
  - При каталитическом окислении (на платино-родиевом катализаторе при $t \approx 850^\circ\text{C}$) образуется оксид азота(II): $4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{t, kat} 4NO + 6H_2O$
• При нагревании аммиак может восстанавливать многие металлы из их оксидов:
  $2NH_3 + 3CuO \xrightarrow{t} 3Cu + N_2 + 3H_2O$

Связь с применением:

• Реакции с кислотами (основные свойства) лежат в основе самого масштабного применения аммиака — производства азотных удобрений. Так получают аммиачную селитру ($NH_4NO_3$), сульфат аммония ($(NH_4)_2SO_4$), а также мочевину (карбамид, $(NH_2)_2CO$), которые являются важнейшими источниками азота для растений.
• Каталитическое окисление аммиака до $NO$ — это первая и ключевая стадия в промышленном производстве азотной кислоты ($HNO_3$). Азотная кислота, в свою очередь, необходима для производства удобрений, взрывчатых веществ, полимеров (например, нейлона), красителей и лекарственных препаратов.
• Аммиак используется в производстве соды по методу Сольве. Его основные свойства способствуют поглощению углекислого газа водным раствором хлорида натрия, что приводит к осаждению целевого продукта — гидрокарбоната натрия: $NaCl + NH_3 + CO_2 + H_2O \to NaHCO_3 \downarrow + NH_4Cl$.

Ответ: Химические свойства аммиака определяют его центральную роль в химической промышленности. Его основные свойства используются для производства азотных удобрений и соды, а восстановительные свойства — для синтеза азотной кислоты, являющейся сырьем для многих других производств.