Страница 69 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

3. Химические свойства аммиака.

1) За счёт атома азота проявляет сильные _________ свойства.

Дополните схемы реакций и расставьте в них коэффициенты с помощью метода электронного баланса.

а) $NH_3 + O_2 = N_2 + \text{_______}$

б) $NH_3 + O_2 = NO + \text{_______}$ кат.

2) За счёт _________ механизма образуется катион _________

$H_3N: + \text{[]}H \rightarrow NH_4^+$

За счёт этого же механизма при взаимодействии аммиака с кислотами образуются соли:

а) $NH_3 + HCl = \text{_______}$

б) $NH_3 + H_2SO_4 = \text{_______}$ (средняя соль)

$NH_3 + H_2SO_4 = \text{_______}$ (кислая соль)

в) $NH_3 + H_3PO_4 = \text{_______}$ (средняя соль)

$NH_3 + H_3PO_4 = \text{_______}$ (кислая соль)

3) С водой образует гидрат аммиака $NH_3 \cdot H_2O$, который диссоциирует:

1) За счёт атома азота проявляет сильные восстановительные свойства.
Дополните схемы реакций и расставьте в них коэффициенты с помощью метода электронного баланса.

а) NH₃ + O₂ = N₂ + ...
Решение:
В данной реакции аммиак горит без катализатора, образуя азот и воду. Степень окисления азота меняется с -3 на 0, а кислорода с 0 на -2.
Составим электронный баланс:
$2\text{N}^{-3} - 6e^- \rightarrow \text{N}_2^{0} \quad | \times 2$ (окисление, NH₃ - восстановитель)
$\text{O}_2^{0} + 4e^- \rightarrow 2\text{O}^{-2} \quad | \times 3$ (восстановление, O₂ - окислитель)
Наименьшее общее кратное для 6 и 4 равно 12. Расставляем коэффициенты в уравнении:
$4\text{NH}_3 + 3\text{O}_2 = 2\text{N}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$
Ответ: $4\text{NH}_3 + 3\text{O}_2 = 2\text{N}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$

б) NH₃ + O₂ = NO + ...
Решение:
Это реакция каталитического окисления аммиака. Продуктами являются оксид азота(II) и вода. Степень окисления азота меняется с -3 на +2, а кислорода с 0 на -2.
Составим электронный баланс:
$\text{N}^{-3} - 5e^- \rightarrow \text{N}^{+2} \quad | \times 4$ (окисление, NH₃ - восстановитель)
$\text{O}_2^{0} + 4e^- \rightarrow 2\text{O}^{-2} \quad | \times 5$ (восстановление, O₂ - окислитель)
Наименьшее общее кратное для 5 и 4 равно 20. Расставляем коэффициенты:
$4\text{NH}_3 + 5\text{O}_2 \xrightarrow{\text{кат.}} 4\text{NO} + 6\text{H}_2\text{O}$
Ответ: $4\text{NH}_3 + 5\text{O}_2 = 4\text{NO} + 6\text{H}_2\text{O}$

2) За счёт донорно-акцепторного механизма образуется катион аммония.
$\text{H}_3\text{N:} + \text{H}^+ \rightarrow \text{NH}_4^+$
За счёт этого же механизма при взаимодействии аммиака с кислотами образуются соли:

а) NH₃ + HCl = ...
Решение:
Аммиак (основание) реагирует с соляной кислотой (кислота), образуя соль - хлорид аммония.
$\text{NH}_3 + \text{HCl} = \text{NH}_4\text{Cl}$
Ответ: $\text{NH}_3 + \text{HCl} = \text{NH}_4\text{Cl}$

б) NH₃ + H₂SO₄ = ...
Решение:
Аммиак реагирует с двухосновной серной кислотой. В зависимости от соотношения реагентов, могут образовываться средняя или кислая соли.
Для образования средней соли (сульфата аммония) необходимо 2 моль аммиака на 1 моль кислоты:
$2\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 = (\text{NH}_4)_2\text{SO}_4$
Для образования кислой соли (гидросульфата аммония) реагенты берутся в соотношении 1:1:
$\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 = \text{NH}_4\text{HSO}_4$
Ответ:
(средняя соль) $2\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 = (\text{NH}_4)_2\text{SO}_4$
(кислая соль) $\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 = \text{NH}_4\text{HSO}_4$

в) NH₃ + H₃PO₄ = ...
Решение:
Аммиак реагирует с трехосновной ортофосфорной кислотой. Возможны три типа солей: средняя и две кислые.
Образование средней соли (фосфата аммония) при соотношении 3:1:
$3\text{NH}_3 + \text{H}_3\text{PO}_4 = (\text{NH}_4)_3\text{PO}_4$
Образование кислой соли (гидрофосфата аммония) при соотношении 2:1:
$2\text{NH}_3 + \text{H}_3\text{PO}_4 = (\text{NH}_4)_2\text{HPO}_4$
Образование кислой соли (дигидрофосфата аммония) при соотношении 1:1:
$\text{NH}_3 + \text{H}_3\text{PO}_4 = \text{NH}_4\text{H}_2\text{PO}_4$
Ответ:
(средняя соль) $3\text{NH}_3 + \text{H}_3\text{PO}_4 = (\text{NH}_4)_3\text{PO}_4$
(кислая соль) $2\text{NH}_3 + \text{H}_3\text{PO}_4 = (\text{NH}_4)_2\text{HPO}_4$
(кислая соль) $\text{NH}_3 + \text{H}_3\text{PO}_4 = \text{NH}_4\text{H}_2\text{PO}_4$

3) С водой образует гидрат аммиака $\text{NH}_3 \cdot \text{H}_2\text{O}$, который диссоциирует:
Решение:
Гидрат аммиака (нашатырный спирт) является слабым основанием и в водном растворе обратимо диссоциирует на ионы аммония $\text{NH}_4^+$ и гидроксид-ионы $\text{OH}^-$.
Ответ: $\text{NH}_3 \cdot \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^-$

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.