Хімія 9 клас 9 урок Росток

29 вересня

Тема. Виробництво амоніаку

Завдання: ст.13-17 прочитати, конспект вивчити, переглянути відеоурок, опрацювати матеріали сайту.

https://youtu.be/y_lR6JdzVKU?si=zuNDJPP03rlYVHeU

Формула амоніаку (амоняку, аміаку) — NH3. Ступінь окиснення Нітрогену становить –3. У молекулі три ковалентні полярні зв'язки. У атому Нітрогену одна електронна пара залишається неподіленою і грає важливу роль в здатності амоніаку вступати у хімічні реакції.

Фізичні властивості

При нормальних умовах амоніак являє собою безбарвний газ з різким неприємним запахом. Він легший за повітря. Отруйний.

 Амоніак дуже добре розчиняється у воді — при 20 °С в одному об'ємі води може розчинитися до 700 об'ємів амоніаку. Розчин із вмістом газу 25 % називається аміачною водою, а 10 % розчин використовується у медицині як нашатирний спирт.

 Амоніак легко зріджується при низькій температурі або при підвищеному тиску. При випаровуванні рідкого амоніаку поглинається багато тепла, що дозволяє використовувати його у холодильних установках.

Схема синтезу амоніаку

Початкову суміш газів беруть у співвідношенні: 1 об’єм Ν₂ до 3 об’ємів Н₂. Цю суміш ретельно очищають, потім подають у турбокомпресор, де стискають до 25-60 МПа, після чого змішують із циркуляційним газом (азотоводнева суміш, що залишилася після відділення амоніаку від попередньої порції реагентів, пропущеної через колону синтезу) і направляють у колону синтезу (мал. 42.1).

Мал. 42.1. Колона синтезу амоніаку

Основою добування цільового продукту — амоніаку — є реакція:

Ν₂ + 3Н₂ ⇄ 2ΝΗ₃; ΔΗ= -92 кДж/моль

Добір оптимальних умов проведення синтезу здійснюють за характеристиками хімічної реакції. Ця реакція оборотна, гомогенна (реагенти і продукти — це гази) і відбувається зі зменшенням об’єму, отже, зміщенню рівноваги в бік продуктів сприяє підвищення тиску.

Реакція екзотермічна, підвищення температури зміщує хімічну рівновагу в бік реагентів, а зниження температури — у бік продуктів реакції, але при цьому швидкість синтезу буде дуже мала. Тому реакцію проводять за оптимальної для цього процесу температури 450-500 °С. Азотоводневу суміш спочатку підігрівають у теплообміннику тими газами, що виходять із колони синтезу протитоком, а потім додатково нагрівають до необхідної температури у зоні реакції.

Для прискорення синтезу та найшвидшого встановлення рівноваги використовують каталізатор — відновлене залізо, активоване оксидами Калію, Алюмінію тощо.

Під час проведення реакції за всіх зазначених умов рівноважний вихід продукту становить не більше 20 %. Тому синтез продукту здійснюють методом багаторазової циркуляції: суміш газів, що не прореагували, багаторазово повертають у виробництво після відділення від них амоніаку (циркуляційний газ).

Розділення продуктів і речовин, які не прореагували, із зони реакції відбувається в холодильнику з наступним розділенням у сепараторі. Газова суміш, що складається з азоту, водню та амоніаку, після контакту з каталізатором спочатку охолоджується в теплообміннику, віддаючи теплоту вхідним газам, а потім надходить у холодильник. Охолодження проводять водою, що рухається за принципом протитечії. При цьому амоніак конденсується, а в сепараторі він відділяється від азоту й водню, які циркуляційний компресор повертає в колону синтезу.

Багаторазова циркуляція газів дозволяє підвищити вихід продукту до 85-90 % від теоретичного. Витрати на виробництво істотно знижуються внаслідок безперервності процесу. Це дозволяє повністю автоматизувати виробництво.

https://youtu.be/GSDt6s5oL2c?si=_9P1jCsKLBlavZvu

1.  Відновні властивості.

Ступінь окиснення Нітрогену в амоніаку — –3, тому в окисно-відновних реакціях він виступає в ролі сильного відновника.

Амоніак окиснюється киснем з утворенням азоту або нітроген(II) оксиду. Результат реакції залежить від умов її протікання.

При горінні амоніаку в чистому кисні утворюється азот:

4N−3H3+3O20=2N20+6H2O−2.

Якщо реакція проводиться з каталізатором, то утворюється нітроген(II) оксид:

4N−3H3+5O20=кат4NO+2+6H2O−2.

2. Основні властивості.

Якщо у водний розчин амоніаку додати декілька крапель фенолфталеїну, то його забарвлення стане малиновим. Отже, розчин містить гідроксид-йони. Утворення цих йонів відбувається у результаті реакції між водою і молекулами амоніаку:

NH3+H2O⇄NH3⋅H2O⇄NH+4+OH−

Утворений у реакції нестійкий амоній гідрат частково дисоціює на йони амонію і гідроксид-йони.

Амоніак реагує з кислотами. При цьому утворюються солі амонію. Так, з хлоридною кислотою утворюється амоній хлорид, а з сульфатною — амоній сульфат:

NH3+HCl=NH4Cl,

.2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4.

Отримання і застосування

У промисловості амоніак синтезують з азоту і водню:

N2+3H2⇄t°,p,кат2NH3.