氨氣分子式為NH3,氮?dú)涞幕衔?,合成氨工業(yè)的主產(chǎn)品和煉焦工業(yè)的副產(chǎn)品,氨氣能燒傷皮膚、眼睛、呼吸器官的粘膜,人吸入過(guò)多,會(huì)引起肺腫脹,嚴(yán)重甚至?xí)劳觥?體內(nèi)氨大部分來(lái)自氨基酸新陳代謝產(chǎn)生,氨具有毒性,血氨增多會(huì)對(duì)腦神經(jīng)組織有明顯損害。人體內(nèi)氨在不斷產(chǎn)生,但肝臟有種特殊能力將氨轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒的尿素,保持人血中氨的濃度極低,不至于影響健康。
一、氨的分子結(jié)構(gòu)
氮原子有5個(gè)價(jià)電子,其中有3個(gè)未成對(duì),當(dāng)它與氫原子化合時(shí),每個(gè)氮原子可以和3個(gè)氫原子通過(guò)極性共價(jià)鍵結(jié)合成氨分子柴油檢測(cè)儀,氨分子里的氮原子還有一個(gè)孤對(duì)電子。
氨分子的空間結(jié)構(gòu)是三角錐形,三個(gè)氫原子處于錐底,氮原子處在錐頂。每?jī)蓚€(gè)N—H鍵之間夾角為107°18’,因此,氨分子屬于極性分子。
二、氨的化學(xué)性質(zhì)
(1)跟水反應(yīng)
氨溶于水時(shí),氨分子跟水分子通過(guò)*氫鍵結(jié)合成一水合氨(NH3?H2O),一水合氨能小部分電離成銨離子和氫氧根離子,所以氨水顯弱堿性,能使酚酞溶液變紅色。氨在水中的反應(yīng)可表示為:
一水合氨不穩(wěn)定受熱分解生成氨和水
氨水中存在三分子、三離子、三平衡
分子:NH3、NH3?H2O、H2O;
離子:NH4+、OH-、H+;
三平衡:NH3+H2O NH3?H2O NH4++OH-
H2O H++OH-
氨水在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中三應(yīng)用
①用蘸有濃氨水的玻璃棒檢驗(yàn)HCl等氣體的存在;②實(shí)驗(yàn)室用它與鋁鹽溶液反應(yīng)制氫氧化鋁;③配制銀氨溶液檢驗(yàn)有機(jī)物分子中醛基的存在。
(2)跟酸反應(yīng)
2NH3+H2SO4===(NH4)2SO4
3NH3+H3PO4===(NH4)3PO4
NH3+CO2+H2O===NH4HCO3
(反應(yīng)實(shí)質(zhì)是氨分子中氮原子的孤對(duì)電子跟溶液里具有空軌道的氫離子通過(guò)配位鍵而結(jié)合成離子晶體。若在水溶液中反應(yīng),離子方程式為:
8NH3+3Cl2===N2+6NH4Cl
(黃綠色褪去,產(chǎn)生白煙)
反應(yīng)實(shí)質(zhì):2NH3+3Cl2===N2+6HCl
NH3+HCl===NH4Cl
總反應(yīng)式:8NH3+3Cl2===N2+6NH4Cl
三、氨的實(shí)驗(yàn)室制法
1、制取原理:固體銨鹽與固體強(qiáng)堿或中強(qiáng)堿的復(fù)分解。
2、制取化學(xué)方程式:
3、儀器裝置(氣體發(fā)生裝置,與制氧氣相同)
固——固加熱裝置:略微向下傾斜的大試管,加熱。
4、檢驗(yàn):
a.濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)及酚酞試紙變紅離子方程式為:
b.用蘸濃鹽酸的玻璃棒接近氨氣產(chǎn)生大量白煙
化學(xué)方程式為:NH3+HCl===NH4Cl
5、除雜質(zhì):通入堿石灰(除水蒸氣)
6、收集方法:向下排氣法(NH3易溶于水,不能采用排水法)
7、實(shí)驗(yàn)室制取氨氣的若干問(wèn)題
(1)不能用NH4NO3跟Ca(OH)2反應(yīng)制氨氣
因?yàn)镹H4NO3是氧化性銨鹽,加熱時(shí),溫度較低時(shí)生成NH3和HNO3,隨著溫度升高,硝酸的強(qiáng)氧化性使生成的氨進(jìn)一步被氧化生成氮?dú)夂偷难趸铮襈H4NO3加熱時(shí)易爆炸,所以不能用NH4NO3跟Ca(OH)2反應(yīng)制氨氣。
(2)實(shí)驗(yàn)室制NH3不能用NaOH、KOH代替Ca(OH)2、不宜用碳銨。
因?yàn)镹aOH、KOH是強(qiáng)堿,具有吸濕性(潮解)易結(jié)塊,不易與銨鹽混合充分接觸反應(yīng)。又KOH、NaOH具有強(qiáng)腐蝕性在加熱情況下,對(duì)玻璃儀器有腐蝕作用,所以不用NaOH、KOH代替Ca(OH)2制NH3。碳銨受熱易分解產(chǎn)生CO2 。
(3)用試管收集氨氣為什么要堵上滴有稀硫酸的棉花
因?yàn)镹H3分子微粒直徑小,易與空氣發(fā)生對(duì)流,堵棉花目的是防止NH3與空氣對(duì)流氨氣檢測(cè)儀,確保收集純凈,滴稀硫酸的目的是為了防止氨氣外逸,以免污染環(huán)境。
(4)實(shí)驗(yàn)室制NH3除水蒸氣為什么用堿石灰,而不采用濃H2SO4、P2O5和固體CaCl2
因?yàn)闈釮2SO4與NH3反應(yīng)形成銨鹽(NH4)2SO4 ;P2O5遇水易形成酸,故會(huì)與NH3反應(yīng);
無(wú)水CaCl2能與NH3反應(yīng):CaCl2+8NH3===CaCl2?8NH3,也不能用來(lái)干燥NH3。
(5)實(shí)驗(yàn)室快速制得氨氣的方法
①加熱銨鹽和堿的混合物
②加熱濃氨水;
③將濃氨水滴到生石灰或堿石灰或燒堿等固體上。用濃氨水加固體NaOH(或加熱濃氨水)
四、銨鹽
銨鹽是氨與酸作用得到銨鹽,銨鹽是由銨離子(NH4+)和酸根離子組成的化合物。一般為無(wú)色晶體,易溶于水,是強(qiáng)電解質(zhì)。從結(jié)構(gòu)來(lái)看,NH4+離子和Na+離子是等電子體。NH4+離子的半徑比Na+離子的大,而且接近于K+離子,一般銨鹽的性質(zhì)也類(lèi)似于鉀鹽可燃?xì)怏w報(bào)警器,如溶解度,一般易溶,易成礬。銨鹽和鉀鹽是同晶型等,在化合物分類(lèi)中常把銨鹽和堿金屬鹽歸為一類(lèi)。銨鹽的化學(xué)性質(zhì):①有一定程度的水解。因?yàn)榘笔侨鯄A,銨鹽是弱堿強(qiáng)酸鹽或弱堿弱酸鹽,前者水解后溶液顯酸性:
NH4++H2O== NH3?H2O+H+
②受熱分解,所有的銨鹽加熱后都能分解,其分解產(chǎn)物與對(duì)應(yīng)的酸以及加熱的溫度有關(guān)。分解產(chǎn)物一般為氨和相應(yīng)的酸。如果酸具有氧化性,則在加熱條件下,氧化性酸和產(chǎn)物氨將進(jìn)一步反應(yīng),使NH3氧化為N2或其氧化物:
人 碳酸氫銨最易分解,分解溫度為30℃:
氯化銨受熱分解成氨氣和氯化氫。這兩種氣體在冷處相遇又可化合成氯化銨。這不是氯化銨的升華,而是它在不同條件下的兩種化學(xué)反應(yīng):
硝酸銨受熱分解的產(chǎn)物隨溫度的不同而不同。加熱溫度較低時(shí),分解生成硝酸和氨氣:
溫度再高時(shí),產(chǎn)物又有不同;在更高的溫度或撞擊時(shí)還會(huì)因分解產(chǎn)物都呈氣體而爆炸。
硫酸銨要在較高的溫度才分解成NH3和相應(yīng)的硫酸、磷酸。強(qiáng)熱時(shí),還伴隨有氨被硫酸氧化的副反應(yīng),所以產(chǎn)物就比較復(fù)雜。
③跟堿反應(yīng)放出氨氣
實(shí)驗(yàn)室里就是利用此反應(yīng)來(lái)制取氨,同時(shí)也利用這個(gè)性質(zhì)來(lái)檢驗(yàn)銨離子的存在。銨鹽在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有重要用途,大量的銨鹽用作氮肥,如NH4HCO3、(NH4)2SO4、NH4NO3等。NH4NO3還是某些炸藥的成分,NH4Cl用于制備干電池和染料工業(yè),它也用于金屬的焊接上,以除去金屬表面的氧化物薄層。
五、人工固氮和天然固氮
1、人工固氮
工業(yè)上通常用H2和N2 在催化劑、高溫、高壓下合成氨
最近氨氣檢測(cè)儀,兩位希臘化學(xué)家,位于Thessaloniki的阿里斯多德大學(xué)的George Marnellos和EThaelStoukides發(fā)明了一種合成氨的新方法(Science,2Oct.1998,P98)。在常壓下,令氫與用氦稀釋的氮分別通入一加熱到570℃的以鍶-鈰-釔-鈣鈦礦多孔陶瓷(SCY)為固體電解質(zhì)的電解池中,用覆蓋在固體電解質(zhì)內(nèi)外表面的多孔鈀多晶薄膜的催化,轉(zhuǎn)化為氨氨氣檢測(cè)儀,轉(zhuǎn)化率達(dá)到78%;對(duì)比:幾近一個(gè)世紀(jì)的哈伯法合成氨工藝通常轉(zhuǎn)化率為10至15%!他們用在線氣相色譜檢測(cè)進(jìn)出電解池的氣體,用HCl吸收氨引起的pH變化估算氨的產(chǎn)率,證實(shí)提高氮的分壓對(duì)提高轉(zhuǎn)化率無(wú)效;升高電流和溫度雖提高質(zhì)子在SCY中的傳遞速度卻因SCY導(dǎo)電率受溫度限制,升溫反而加速氨的分解。
2、天然固氮
閃電能使空氣里的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為一氧化氮,一次閃電能生成80~1500kg的一氧化氮。這也是一種自然固氮。自然固氮遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。
豆科植物中寄生有根瘤菌,它含有氮酶,能使空氣里的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氨,再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氮的化合物。固氮酶的作用可以簡(jiǎn)述如下:
除豆科植物的根瘤菌外,還有牧草和其他禾科作物根部的固氮螺旋桿菌、一些原核低等植物——固氮藍(lán)藻、自生固氮菌體內(nèi)都含有固氮酶,這些酶有固氮作用。這一類(lèi)屬自然固氮的生物固氮
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