Страница 70 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

5. Заполните таблицу.

Распознавание аммиака

Способ распознавания Аналитический эффект

а) Обнаружение запаха

б) Влажная лакмусовая бумага

в) Стеклянная палочка, смоченная HCl

а) Обнаружение запаха

Аммиак ($NH_3$) — газ с очень характерным резким, удушливым запахом (запах "нашатырного спирта"). Обнаружение этого запаха является качественным органолептическим методом определения аммиака. Этот способ не является специфичным, так как другие вещества также могут иметь резкие запахи, но для аммиака он очень узнаваем.

Ответ: Характерный резкий удушливый запах.

б) Влажная лак

Часть II

1. Заполните схему «Области применения аммиака».

$NH_3$

$NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl$

$NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$

(слабо осн. раствор)

$NH_3 + HNO_3 \rightarrow NH_4NO_3$

(азотное удобрение)

$ = O, H_3PO_4 + NH_3$

Производство азотных удобрений

Основная масса производимого в мире аммиака (более 80%) используется для производства азотных удобрений. Азот является ключевым элементом для роста и развития растений. К таким удобрениям относятся аммиачная селитра ($NH_4NO_3$), сульфат аммония ($(NH_4)_2SO_4$), мочевина (карбамид, $CO(NH_2)_2$), а также фосфаты аммония. Последние получают реакцией аммиака с фосфорной кислотой, например: $2NH_3 + H_3PO_4 \rightarrow (NH_4)_2HPO_4$. Также в качестве удобрения используют и сам сжиженный аммиак или его водный раствор (аммиачную воду).

Ответ: Производство азотных удобрений.

Производство азотной кислоты ($HNO_3$)

Аммиак является сырьем для получения азотной кислоты в промышленности по методу Оствальда. Первой и важнейшей стадией этого процесса является каталитическое окисление аммиака на платино-родиевых катализаторах при высокой температуре. Уравнение этой реакции: $4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{Pt/Rh, t} 4NO + 6H_2O$. Полученная азотная кислота используется для производства удобрений, взрывчатых веществ, полимеров и красителей.

Ответ: Производство азотной кислоты.

Производство соды

Аммиак играет важную роль в аммиачном методе производства кальцинированной соды ($Na_2CO_3$) по методу Сольве. Через охлажденный рассол (раствор хлорида натрия $NaCl$), насыщенный аммиаком, пропускают диоксид углерода ($CO_2$). Аммиак повышает pH раствора, что способствует реакции и осаждению малорастворимого гидрокарбоната натрия: $NaCl + NH_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow NaHCO_3 \downarrow + NH_4Cl$. Аммиак в этом процессе регенерируется и используется повторно.

Ответ: Производство соды.

Применение в качестве хладагента

Жидкий аммиак обладает высокой теплотой испарения, что делает его очень эффективным хладагентом (хладагент R-717). Благодаря этому свойству он широко применяется в крупных промышленных холодильных установках, например, на пищевых производствах, складах, пивоваренных заводах и ледовых аренах.

Ответ: Хладагент в промышленных холодильных установках.

Производство полимеров, красителей и взрывчатых веществ

Аммиак служит исходным веществом для синтеза многих важных химических продуктов. Он используется в производстве полиамидных пластмасс и волокон, таких как капрон и нейлон. Из аммиака получают синильную кислоту ($HCN$), необходимую для производства оргстекла. Кроме того, аммиак (часто через азотную кислоту) является основой для синтеза многих взрывчатых веществ и красителей.

Ответ: Производство полимеров, красителей, взрывчатых веществ.

Применение в медицине и быту

10%-ный водный раствор аммиака известен как нашатырный спирт. Его резкий запах используется для стимуляции дыхания и выведения человека из обморочного состояния. Также аммиак в виде водных растворов (аммиачная вода) является компонентом многих бытовых чистящих средств для мытья стекол, кафеля и других поверхностей. Кроме того, соли аммония, например хлорид аммония ($NH_4Cl$), применяют в качестве флюса при пайке и в сухих гальванических элементах.

Ответ: Медицина (нашатырный спирт) и бытовая химия.

2. Закончите уравнение реакции. Расставьте коэффициенты
с помощью метода электронного баланса.

$NH_3$ + $CuO$ =

Решение

Данная реакция является окислительно-восстановительной. Аммиак ($NH_3$) является восстановителем, а оксид меди(II) ($CuO$) — окислителем. В ходе реакции азот, находящийся в степени окисления -3, окисляется до простого вещества — молекулярного азота ($N_2$) со степенью окисления 0. Медь, находящаяся в степени окисления +2, восстанавливается до металлической меди ($Cu$) со степенью окисления 0. Также в результате реакции образуется вода ($H_2O$).

Сначала запишем схему реакции с предполагаемыми продуктами:

$NH_3 + CuO \rightarrow N_2 + Cu + H_2O$

Для расстановки коэффициентов воспользуемся методом электронного баланса. Для этого определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:

$N^{-3}H_3^{+1} + Cu^{+2}O^{-2} \rightarrow N_2^0 + Cu^0 + H_2^{+1}O^{-2}$

Элементы, изменившие свои степени окисления:

• Азот (N) с -3 до 0 (окисление).
• Медь (Cu) с +2 до 0 (восстановление).

Составим уравнения полуреакций окисления и восстановления:

$2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0 \quad | \quad 1 \quad |$ процесс окисления (азот - восстановитель)
$Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0 \quad | \quad 3 \quad |$ процесс восстановления (медь - окислитель)

Число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, принятых окислителем. Наименьшее общее кратное для чисел 6 и 2 равно 6. Поэтому коэффициенты для полуреакций равны 1 и 3 соответственно.

Переносим эти коэффициенты в уравнение реакции:

$2NH_3 + 3CuO \rightarrow N_2 + 3Cu + H_2O$

Последний шаг — уравниваем количество атомов водорода и кислорода. В левой части уравнения находится $2 \cdot 3 = 6$ атомов водорода. Чтобы уравнять их количество, ставим коэффициент 3 перед молекулой воды ($H_2O$) в правой части. Теперь проверим количество атомов кислорода: в левой части 3 атома (в $3CuO$), в правой части также 3 атома (в $3H_2O$). Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2NH_3 + 3CuO = N_2 + 3Cu + 3H_2O$.

$N_2 \rightarrow Li_3N \rightarrow NH_3 \rightarrow NH_4Cl \rightarrow NH_3 \rightarrow N_2$

Для осуществления данной цепи превращений необходимо провести следующие реакции:

1. $N_2 \rightarrow Li_3N$

Чтобы получить нитрид лития из азота, нужно провести реакцию взаимодействия газообразного азота с металлическим литием. Эта реакция происходит при нагревании, так как литий является щелочным металлом, активно реагирующим с азотом.

Ответ: $6Li + N_2 \xrightarrow{t} 2Li_3N$

2. $Li_3N \rightarrow NH_3$

Нитрид лития, как и нитриды других активных металлов, подвергается гидролизу (взаимодействует с водой). В результате этой реакции образуется гидроксид лития и выделяется аммиак.

Ответ: $Li_3N + 3H_2O \rightarrow 3LiOH + NH_3\uparrow$

3. $NH_3 \rightarrow NH_4Cl$

Аммиак проявляет основные свойства и реагирует с кислотами с образованием солей аммония. Для получения хлорида аммония необходимо пропустить аммиак через раствор соляной кислоты.

Ответ: $NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl$

4. $NH_4Cl \rightarrow NH_3$

Чтобы получить аммиак из его соли, хлорида аммония, необходимо подействовать на соль сильным основанием (щелочью), например, гидроксидом натрия. При нагревании смеси происходит вытеснение слабого основания (аммиака) из его соли.

Ответ: $NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t} NaCl + NH_3\uparrow + H_2O$

5. $NH_3 \rightarrow N_2$

Для превращения аммиака в свободный азот необходимо провести окислительно-восстановительную реакцию. Азот в аммиаке имеет степень окисления -3 и должен быть окислен до 0. Это можно осуществить, например, путем окисления аммиака оксидом меди(II) при высокой температуре.

Ответ: $2NH_3 + 3CuO \xrightarrow{t} N_2\uparrow + 3Cu + 3H_2O$