📌  相关文章
📜  氨——结构、性质、制备、用途

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:57:10.149000             🧑  作者: Mango

氨——结构、性质、制备、用途

p-block位于正常元素周期表的右侧，包含 13 到 18 族的元素。它们的 ns 2 np 1-6电气配置。 p 块不包括氦，尽管它是第 18 组中的第一个元素。除了第一行，表中的每一行都有六个 p 元素（没有）。

金属、非金属和准金属都存在于这个块中，这使得它独一无二。第 13 组，二十碳烷； 14、晶体素； 15、催吐素； 16、硫属元素； 17、卤素；和 18，氦组，由惰性气体（氦除外）和 oganesson 组成。

什么是氨？

氨是基于氮和氢的化学物质。它由一个氮原子和三个氢原子组成。 NH 3是它的化学式。动植物体的自然分解会产生氨，因为其中的氮化合物在它们死亡或腐烂时会分解，从而产生氨。氨也可以作为铵盐存在于土壤中。

含氮有机物尿素（NH 2 CONH 2 ）分解生成氨。

NH 2 CONH 2 + 2H 2 O → (NH 4 ) 2 CO 3 ⇌ 2NH 3 + CO 2 + H 2 O

氨的结构

当氮的三个 sp 3杂化轨道和氢的三个 s 轨道发生碰撞时，就会产生氨分子。一对孤电子占据氮的 4 th sp 3杂化轨道。因此氨分子具有三角锥结构。

HNH 角为 107.8 ∘ ，而 NH 键长为 101.7 pm。由于孤对 - 键对排斥，倾向于将NH键略微向内推，HNH键角略小于109 ∘ 28'的四面体角。由于氢键，氨以液体和固体形式连接。

氨分子的形成

氨的物理性质

  1. 氨是一种无色气体，具有明显的刺激性气味，称为氨气味。
  2. 因为它比空气轻，所以它通过向下的空气置换聚集。
  3. 当快速吸入时，它会导致眼泪涌出眼睛。
  4. 如果施加 8 到 10 个大气压的压力，它在室温下很容易液化。
  5. 在 1 个大气压下，液态氨的沸点为–33.5 ∘ C(239.6K)。它具有高汽化焓 (1370J/g)，因此用于制冰设备和制冷系统。
  6. 在 –77.8°C (195.3°K) 时，液氨冻结成白色结晶固体。
  7. 它具有高水溶性。一体积的水溶解大约 1300 体积的氨气。由于其高水溶性，氨气不能在水中收集。

氨的制备

  • 使用强碱加热铵盐：氨是通过用强碱加热铵盐小规模制备的。

(NH 4 ) 2 SO 4 +2NaOH+加热→2NH 3 +2H 2 O+Na 2 SO 4

NH 4 Cl+KOH+加热→NH 3 +H 2 O+KCl

  • 氨是在实验室中通过加热熟石灰和氯化铵的混合物制成的。

2NH 4 Cl+Ca(OH) 2 +加热→2NH 3 +2H 2 O+CaCl 2

  • 金属氮化物，如氮化镁和氮化铝，用水或碱水解，也可产生氨气。

Mg 3 N 2 +6H 2 O→2NH 3 +3Mg(OH) 2

AlN+3H 2 O→NH 3 +Al(OH) 3

通过将氨气通过生石灰，将其干燥（CaO）。由于氨是一种碱性气体，它不能通过浓硫酸或五氧化二磷进行干燥，因为它会与它们反应生成硫酸铵或磷酸铵。氯化钙不能用于干燥氨气，因为氯化钙会产生氨化物。

哈伯法生产氨

在商业规模上，氨是通过 Haber 工艺制造的。

N 2 (g) + 3H 2 (g) ⇌ 2NH 3 (g) ; ΔH ∘ = –92.4kJ /mol

这是体积减小时发生的可逆放热反应。因此，根据 Le Chatelier 原理，生产氨的最佳条件是：

  1. 低温：因为正向过程是放热的，所以在低温下有利于氨的生成。然而，反应速率在低温下会很慢。该反应的最佳温度已确定为 700K 左右。
  2. 高压将有利于氨的产生，因为正向反应随着体积的减少而发生。在200×10 5 Pa（200个大气压）的压力下，反应通常进行。
  3. 催化剂：反应速度比较慢，大概在700K左右。氧化铁与少量的 K 2 O 和 Al 2 O 3一起用作催化剂。添加钼作为促进剂提高了催化剂的效率。

Haber 的技术以 1:3 的摩尔比将 N 2和 H 2的混合物压缩到大约 200 个大气压的压力。冷却后，压缩气体通过碱石灰塔输送以去除水分和二氧化碳。然后将它们送入含有氧化铁、少量k 2 O和Al 2 O 3的催化剂室中。当两种气体结合生成氨时，腔室被电加热到 700K 的温度。由于该过程是放热的，因此产生的热量将温度保持在所需水平，无需额外的电加热。

从腔室中渗出的气体中含有大约 15-20% 的氨，其余的是没有反应的氮气和氢气。它们通过冷凝管，冷凝管将接收器中的氨液化并收集起来。未反应的气体被泵回压缩泵，在那里它们与新的气体组合混合。

哈伯过程

氨的化学性质

  • 由于其基本组成，氨极易溶于水。由于产生OH-离子，其水溶液呈弱碱性。

NH 3 (g)+H 2 O(I) ⇋ NH 4 OH(aq) ⇋ NH 4 + (aq)+OH - (aq)

因为它是碱性的，它会将潮湿的红色石蕊花变成蓝色，并中和干湿状态下的酸，生成相应的盐。

NH 3 +HCl → NH 4 Cl

2NH 4 OH+H 2 SO 4 → (NH 4 ) 2 SO 4 +2H 2 O

  • 由于氮原子上存在孤对电子，氨起到路易斯碱的作用。因此，它可以很容易地提供其电子对与缺电子化合物如BF 3或具有未占据d-轨道的过渡金属阳离子建立配位键以形成配合物。举个例子，

Ag + (aq)+2NH 3 (aq) → [Ag(NH 3 ) 2 ] + (aq)

Cu 2+ (aq)+4NH 3 (aq) → [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ (aq)

因此，氨作为配体。

  • 在燃烧方面，氨既不是燃料也不是燃料支持者。然而，在氧气存在的情况下，它会产生氮气和水。

4NH 3 +3O 2 →2 N 2 +6H 2 O

  • 氨通过次氯酸钙（漂白粉）、溴水或加热的氧化铜溶液时会被氧化成氮气。

4NH 3 +3Ca(OCl) 2 → 2 N 2 +3CaCl 2 +6H 2 O

8NH 3 +3Br 2 → N 2 +6NH 4 Br

2NH 3 +3CuO+加热→3Cu+N 2 +3H 2 O

当氨在 500 K 和 9 bar 的压力和过量空气下通过 Pt/Rh 纱布时，氨被氧化成一氧化氮。 Ostwald 的技术使用该反应作为制造硝酸的起点。

氨的用途

以下是氨的许多用途：

  1. 在奥斯特瓦尔德的硝酸合成过程中。
  2. 在碳酸钠的制造中，使用了索尔维工艺。
  3. 用于生产人造丝和尿素。
  4. 生产硫酸铵、硝酸铵、尿素、磷酸二铵和其他肥料。
  5. 在制冰厂作为制冷剂。
  6. 可以用它清洁家具和玻璃表面。
  7. 在实验室中，它被用作溶剂和试剂。

示例问题

问题一：氨的性质是什么？

回答：

问题2：氨的制备方法是什么？

回答：

问题3：合成氨有什么用途？

回答：

问题四：氨水有什么用途？

回答：

问题5：哈伯法合成氨是什么反应？

回答：