§27. Аммиак.

1. Каково строение молекулы аммиака и как оно предопределяет его физические и химические свойства?

Ответ:

Молекула аммиака образуется за счёт ковалентных связей трёх неспаренных электронов атома азота с тремя электронами атомов водорода. Вследствие разницы значений ОЭО атомов азота и водорода, а также благодаря наличию неподелённой электронной пары на атоме азота связи N–H полярны. Общие электронные пары смещены к атому азота, как к более электроотрицательному. Три атома водорода присоединяются к атому азота так, что их связи образуют углы около 100°, т. е. молекула аммиака имеет пирамидальную форму. Молекула аммиака сильно полярна.

Аммиак прекрасно растворяется в воде вследствие своей полярности (в одном объёме воды растворяется 700 объёмов аммиака), а также благодаря образованию водородных связей между молекулами аммиака и воды.

2. Изобразите схему образования иона аммония и объясните его механизм.

Ответ:

     H                            H
     ..                             ..
H : N : + ☐ H⁺ → [H : N : H]⁺
      ..                            ..
     H                            H

аммиак  катион     катион
           водорода   аммония

3. Как объяснить хорошую растворимость аммиака в воде? Какие процессы при этом происходят? Запишите уравнения реакций.

Ответ:

Аммиак прекрасно растворяется в воде вследствие своей полярности (в одном объёме воды растворяется 700 объёмов аммиака), а также благодаря образованию водородных связей между молекулами аммиака и воды.

За счёт неподелённой пары электронов атома азота молекулы аммиака устанавливают прочную ковалентную связь с ионом водорода молекулы воды по донорно-акцепторному механизму с образованием катиона аммония NH₄⁺:

     H                            H
     ..                             ..
H : N : + ☐ H⁺ → [H : N : H]⁺
      ..                            ..
     H                            H

аммиак  катион     катион
           водорода   аммония

В водном растворе ион аммония играет роль катиона, а гидроксид-ион воды создаёт щелочную среду. Реакции аммиака с кислотами идут по такому же механизму, как и с H₂O.

4. Как осуществить предложенные ниже превращения?
N₂ ⇄ NH₃ ⟶ NO
NH₃ ⇄ NH₄NO₃
Напишите уравнения этих реакций и укажите их условия.

Ответ:

`N_2 + 3H_2 overset("t, p, кат.")(⇄) 2NH_3`

`2NH_3 overset("t")(⟶) N_2 + 3H_2`

`4NH_3 + 5O_2 ⟶ 4NO + 6H_2O`

`NH_3 + HNO_3 ⟶ NH_4NO_3`

`NH_4NO_3 + NaOH overset("t")(⟶) NaNO_3 + NH_3"↑" + H_2O`

5. Соедините стрелками левую и правую части уравнений химических реакций, характеризующих свойства солей аммония.
1) (NH₄)₂CO₃ ⟶
2) NH₄Cl + H₂SO₄ ⟶
3) (NH₄)₂SO₄ + KOH ⟶
4) (NH₄)₂SO₄ + Ba(NO₃)₂ ⟶
А. NH₃ + H₂O + K₂SO₄
Б. NH₄NO₃ + BaSO₄
В. (NH₄)₂SO₄ + HCl
Г. NH₃ + CO₂
Д. NH₃ + CO₂ + H₂O

Ответ:

1) Д; 2) В; 3) А; 4) Б.

6. Почему аммиак с кислотами реагирует активнее, чем с водой? Запишите уравнения этих реакций и раскройте их смысл.

Ответ:

Вода слабо диссоциирует на протоны водорода и гидроксид анионы:
H₂O ⇄ H⁺ + OH^-
При растворении аммиака в воде, молекулы аммиака устанавливают прочную ковалентную связь с ионом водорода молекулы воды по донорно-акцепторному механизму с образованием катиона аммония:
NH₃ + H⁺ ⇄ NH₄⁺

Реакции аммиака с кислотами идут по такому же механизму, как и с H₂O, однако степень диссоциации растворимых кислот выше, чем у воды, поэтому аммиак с кислотами реагирует активнее, чем с водой.

7. Установите взаимосвязь свойств и применения солей аммония.

Ответ:

Нитрат аммония в смеси с сульфатом аммония используется как азотсодержащее удобрение (за счёт большой массовой доли азота).

Нитрат аммония является компонентом при производстве взрывчатых веществ – аммоналов (большой тепловой эффект реакции разложения нитрата аммония).

Хлорид аммония применяют при пайке и сварке металлов для очистки их поверхности (за счёт хлороводорода, выделяющегося при разложении нашатыря).

8. В каком объёме воздуха содержится количество азота, достаточное для получения 2 м³ аммиака (н. у.), если в реакцию с водородом вступает 20% азота?

Ответ:

Дано:

`V(NH_3) = 2 м^3`

`φ_"прореаг."(N_2) = 20%`

`φ(N_2) = 78%`

`V("возд.") = ?`

Решение

`N_2 + 3H_2 = 2NH_3`

`V_"прореаг."(NH_3) = (V(NH_3))/2 = 2/2 = 1 м^3`

`V(N_2) = (100*V_"прореаг."(NH_3))/(φ_"прореаг."(N_2)) = (100*1)/20 = 5 м^3`

`V("возд.") = (100*V(N_2))/(φ(N_2)) = (100*5)/78 = 6.41 м^3`

Ответ: `V("возд.") = 6.41 м^3`.