Номер 4, страница 69 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

4. Получение аммиака.

a) В лаборатории: _________

б) В промышленности: _________

а) В лаборатории:

В лабораторных условиях аммиак ($NH_3$) получают путем взаимодействия солей аммония с сильными основаниями (щелочами) при нагревании. Чаще всего для этой цели используют смесь твердых хлорида аммония ($NH_4Cl$) и гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$). При нагревании этой смеси происходит реакция обмена, в результате которой выделяется газообразный аммиак, который легко обнаружить по характерному резкому запаху или с помощью влажной индикаторной бумаги (фенолфталеиновой или лакмусовой), которая меняет свой цвет.

Уравнение химической реакции:

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

Ответ: В лаборатории аммиак получают нагреванием смеси соли аммония (например, хлорида аммония $NH_4Cl$) со щелочью (например, гидроксидом кальция $Ca(OH)_2$).

б) В промышленности:

Промышленный способ получения аммиака — это прямой синтез из азота ($N_2$) и водорода ($H_2$). Этот процесс называется процессом Габера-Боша. Азот для синтеза получают из сжиженного воздуха, а водород — конверсией метана (природного газа) или газификацией угля. Реакция синтеза аммиака является обратимой, экзотермической и протекает с уменьшением объёма газов.

Уравнение химической реакции:

$N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г) + 92,4 \text{ кДж}$

Согласно принципу Ле Шателье, для смещения равновесия в сторону образования продукта (аммиака) необходимо создавать определенные условия:

• Высокое давление: процесс ведут при давлении 15–35 МПа (150–350 атмосфер), так как реакция идет с уменьшением числа молей газа (из 4 моль реагентов образуется 2 моль продукта).
• Повышенная температура: реакция экзотермическая, поэтому для смещения равновесия выгодна низкая температура. Однако при низкой температуре скорость реакции очень мала. Поэтому применяют компромиссную температуру 400–500 °C, которая обеспечивает приемлемую скорость реакции при достаточно высоком выходе аммиака.
• Использование катализатора: для увеличения скорости реакции используют катализатор — пористое железо с активаторами (промоторами), такими как оксиды алюминия ($Al_2O_3$), калия ($K_2O$) и кальция ($CaO$).

Ответ: В промышленности аммиак получают каталитическим синтезом из азота и водорода при высоком давлении (15-35 МПа) и температуре (400-500 °C) — процесс Габера-Боша.