Аммиак: получение и свойства
Аммиак
Строение молекулы и физические свойства
В молекуле аммиака NH3 атом азота соединен тремя одинарными ковалентными полярными связями с атомами водорода:
Геометрическая форма молекулы аммиака — правильная треугольная пирамида. Валентный угол H-N-H составляет 107,3 о :
У атома азота в аммиаке на внешнем энергетическом уровне остается одна неподеленная электронная пара. Эта электронная пара оказывает значительное влиение на свойства аммиака, а также на его структуру. Электронная структура аммиака — тетраэдр , с атомом азота в центре:
Аммиак – бесцветный газ с резким характерным запахом. Ядовит. Весит меньше воздуха. Связь N-H — сильно полярная, поэтому между молекулами аммиака в жидкой фазе возникают водородные связи. При этом аммиак очень хорошо растворим в воде, т.к. молекулы аммиака образуют водородные связи с молекулами воды.
Способы получения аммиака
В лаборатории аммиак получают при взаимодействии солей аммония с щелочами. Поск ольку аммиак очень хорошо растворим в воде, для получения чистого аммиака используют твердые вещества.
Например , аммиак можно получить нагреванием смеси хлорида аммония и гидроксида кальция. При нагревании смеси происходит образование соли, аммиака и воды:
Тщательно растирают ступкой смесь соли и основания и нагревают смесь. Выделяющийся газ собирают в пробирку (аммиак — легкий газ и пробирку нужно перевернуть вверх дном). Влажная лакмусовая бумажка синеет в присутствии аммиака.
Видеоопыт получения аммиака из хлорида аммония и гидроксида кальция можно посмотреть здесь.
Еще один лабораторный способ получения аммиака – гидролиз нитридов.
Например , гидролиз нитрида кальция:
В промышленности аммиак получают с помощью процесса Габера: прямым синтезом из водорода и азота.
Процесс проводят при температуре 500-550 о С и в присутствии катализатора. Для синтеза аммиака применяют давления 15-30 МПа. В качестве катализатора используют губчатое железо с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния. Для полного использования исходных веществ применяют метод циркуляции непровзаимодействовавших реагентов: не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.
Более подробно про технологию производства аммиака можно прочитать здесь.
Химические свойства аммиака
1. В водном растворе аммиак проявляет основные свойства (за счет неподеленной электронной пары). Принимая протон (ион H + ), он превращается в ион аммония. Реакция может протекать и в водном растворе, и в газовой фазе:
Таким образом, среда водного раствора аммиака – щелочная. Однако аммиак – слабое основание . При 20 градусах один объем воды поглощает до 700 объемов аммиака.
Видеоопыт растворения аммиака в воде можно посмотреть здесь.
2. Как основание, аммиак взаимодействует с кислотами в растворе и в газовой фазе с образованием солей аммония.
Например , аммиак реагирует с серной кислотой с образованием либо кислой соли – гидросульфата аммония (при избытке кислоты), либо средней соли – сульфата аммония (при избытке аммиака):
Еще один пример : аммиак взаимодействует с водным раствором углекислого газа с образованием карбонатов или гидрокарбонатов аммония:
Видеоопыт взаимодействия аммиака с концентрированными кислотами – азотной, серной и и соляной можно посмотреть здесь.
В газовой фазе аммиак реагирует с летучим хлороводородом. При этом образуется густой белый дым – это выделяется хлорид аммония.
NH3 + HCl → NH4Cl
Видеоопыт взаимодействия аммиака с хлороводородом в газовой фазе (дым без огня) можно посмотреть здесь.
3. В качестве основания, водный раствор аммиака реагирует с растворами солей тяжелых металлов , образуя нерастворимые гидроксиды.
Например , водный раствор аммиака реагирует с сульфатом железа (II) с образованием сульфата аммония и гидроксида железа (II):
4. Соли и гидроксиды меди, никеля, серебра растворяются в избытке аммиака, образуя комплексные соединения – аминокомплексы.
Например , хлорид меди (II) реагирует с избытком аммиака с образованием хлорида тетрамминомеди (II):
Гидроксид меди (II) растворяется в избытке аммиака:
5. Аммиак горит на воздухе , образуя азот и воду:
Если реакцию проводить в присутствии катализатора (Pt), то азот окисляется до NO:
6. За счет атомов водорода в степени окисления +1 аммиак может выступать в роли окислителя , например в реакциях с щелочными, щелочноземельными металлами, магнием и алюминием . С металлами реагирует только жидкий аммиак.
Например , жидкий аммиак реагирует с натрием с образованием амида натрия:
Также возможно образование Na2NH, Na3N.
При взаимодействии аммиака с алюминием образуется нитрид алюминия:
2NH3 + 2Al → 2AlN + 3H2
7. За счет азота в степени окисления -3 аммиак проявляет восстановительные свойства. Может взаимодействовать с сильными окислителями — хлором, бромом, пероксидом водорода, пероксидами и оксидами некоторых металлов. При этом азот окисляется, как правило, до простого вещества.
Например , аммиак окисляется хлором до молекулярного азота:
Пероксид водорода также окисляет аммиак до азота:
Оксиды металлов , которые в электрохимическом ряду напряжений металлов расположены справа — сильные окислители. Поэтому они также окисляют аммиак до азота.
Например , оксид меди (II) окисляет аммиак:
2NH3 + 3CuO → 3Cu + N2 + 3H2O
Источник
МЕТОДИКА
ХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ
Продолжение. См. № 27–28, 30, 31, 36, 38, 39, 40, 43, 45/2003;
5, 8, 11, 17, 19, 21, 24/2004
§ 4.4. Дифференцированный подход к формированию
экспериментальных умений и навыков
Перед преподавателями химии стоит задача не только дать учащимся определенный круг знаний, но и привить экспериментальные умения и навыки. Этого можно достичь, если постоянно учитывать индивидуальные особенности и подготовку учащихся. В применении к химическому эксперименту это означает, что процесс обучения должен быть направлен на то, чтобы учащиеся умели не только правильно выполнять химический опыт, но и могли объяснять его сущность. Поэтому задача преподавателя – научить школьников четко выполнять приемы или операции, вникать в суть происходящих явлений, уметь правильно и логично объяснять увиденное.
Классификация экспериментальных умений и навыков, а также определение трех уровней их формирования позволяет осуществлять в ходе проведения эксперимента индивидуально-дифференцированный подход к учащимся в зависимости от их потенциальных трудовых возможностей. Поскольку среднее учебное заведение должно дать каждому выпускнику определенный минимум практических умений и навыков, то необходимо учитывать реальные возможности учащихся в их овладении на доступном им уровне.
Психолого-педагогическое обоснование дифференцированного подхода при проведении химического эксперимента обусловлено следующими факторами:
1) разной трудовой подготовкой учащихся к началу проведения эксперимента;
2) различным отношением учащихся к труду;
3) неодинаковым уровнем способностей школьников к изучению предмета «Химия»;
4) различным уровнем возможностей в усвоении тех или иных приемов, операций;
5) различным состоянием темпа работы у учащихся;
6) различным уровнем самоконтроля и возможностями устранения неисправностей по ходу выполнения опыта.
Основываясь на этом, в классе можно выделить три группы учащихся:
· первую – с низкий уровнем знаний и экспериментальных умений, которой предлагают несложные задания (I уровень);
· вторую – со средним уровнем знаний и экспериментальных умений, ей дают задания средней сложности (II уровень);
· третью – с высоким уровнем знаний и экспериментальных умений, которая выполняет сложные задания, требующие проявления элементов творчества (III уровень).
Учебные группы в классе создают на основе учета уровня знаний учащихся по химии и смежным предметам (физике, биологии и др.), уровня экспериментальных умений, приобретенных ими в процессе проведения практических занятий и выполнения лабораторных опытов, а также характеристик, данных им классным руководителем и учителями-предметниками. По составу учебные группы нестабильны. В зависимости от качества успеваемости и уровня экспериментальных умений учащихся их состав может меняться.
Дифференцированные задания по учебным группам вначале распределяет сам преподаватель, т.к. у учащихся еще недостаточно развита способность правильно оценивать свои умственные способности и возможности. В дальнейшем по мере приобретения определенных навыков работы с оборудованием и реактивами и достаточного запаса знаний по предмету им предлагают задания по выбору, по желанию.
Индивидуально-дифференцированный подход при проведении эксперимента позволяет не только добиться формирования экспериментальных умений и навыков, предусмотренных программой и обязательных для всех учеников, но и в зависимости от возможностей групп и отдельных учеников повысить уровень их формирования и усовершенствования.
При групповой форме проведения химического эксперимента темп работы на уроке соответствует возможностям учащихся, опыты выполняются более интенсивно.
В более слабых группах формируются и усовершенствуются лишь умения и навыки в соответствии с программой. В этих группах, как правило, уделяется больше внимания отработке слабо сформированных, чаще всего встречающихся приемов, операций. Ребята ставят опыты под постоянным наблюдением и контролем преподавателя. Учащимся по мере необходимости оказывается индивидуальная помощь.
В более сильных группах учащимся предоставляется больше самостоятельности в проведении опытов. В этих группах есть возможность не только формировать умения и навыки, предусмотренные программой, но и больше внимания уделять выполнению не так часто встречающихся операций и опытов.
Сама методика работы в слабых и сильных группах отличается, поэтому использование групповых занятий помогает ликвидировать пробелы в технике эксперимента, лучше отработать отдельные приемы и операции. На групповых занятиях преподаватель имеет возможность давать разные задания, объединенные общей целью работы. В процессе выполнения опытов преподаватель в тетради или на отдельном листе бумаги с указанием даты и фамилий учащихся отмечает, какие ошибки были допущены на этом занятии, на что следует обратить внимание при подготовке к следующему занятию и т.д.
Особенно ощутимые результаты дают индивидуальные контрольные работы, специально составленные для проверки или усовершенствования экспериментальных умений и навыков. Они составляются на основании ошибок, допущенных учащимися при выполнении всех видов ученического эксперимента после изучения определенной темы программы. Такие контрольные работы проводятся после изучения одной или нескольких тем.
Учащиеся, имеющие хорошо сформированные умения и навыки, от выполнения контрольных работ могут быть освобождены. В это время им могут быть предложены для выполнения опыты, которые способствуют выработке навыков самостоятельного подхода к известным явлениям с совершенно новой стороны. Они должны не только способствовать усовершенствованию экспериментальных умений и навыков, но и служить источником знаний по темам курса программы. Такой подход приводит к еще большей производительности в работе учащихся, к развитию у них самостоятельного мышления.
Вопросы, связанные с формированием экспериментальных умений и навыков, а также развитием мышления учащихся, необходимо решать на основе всевозрастающей их самостоятельности, обеспечивающей активную работу школьников. В этом направлении можно многое сделать, не изменяя тематики и количества предусмотренных программой практических занятий. В работе по формированию умений учащихся самостоятельно приобретать знания нужно соблюдать определенную последовательность и учитывать, что не каждое практическое занятие может обеспечить самостоятельное приобретение знаний учениками в условиях творческого поиска.
Рассмотрим возможность формирования экспериментальных умений и навыков в процессе дифференцированного подхода к учащимся при выполнении ими практической работы «Получение аммиака и опыты с ним».
За несколько дней до начала проведения практической работы группа учащихся готовит ее после уроков под руководством лаборанта. Число учеников, приглашаемых для участия в подготовке практической работы, зависит от ее содержания, количества требуемых реактивов и оборудования. Они проверяют наличие и состояние реактивов, оборудования, в особенности исправность приборов для получения аммиака. В тех случаях, когда обнаруживается, что приборов не хватает для каждого ученика, то недостающие они изготавливают. Если имеются неисправные приборы, то их приводят в годное состояние. Работу среди учащихся распределяют следующим образом: 3–4 из них ремонтируют неисправные приборы, а 3–4 занимаются изготовлением новых.
Наиболее ответственной частью прибора для получения аммиака, которая чаще всего выходит из строя, является газоотводная трубка. Ее изготавливают из стекла, под прямым углом. Один конец газоотводной трубки должен быть продет в пробку. Для этого необходимо в пробке просверлить отверстие. При наличии резиновых пробок для лучшего сверления сверло смачивают раствором гидроксида натрия или калия с массовой долей 10–20%. При отсутствии резиновых пробок используют корковые. В этом случае пробки сверлят, не смачивая сверло щелочью. Место прохождения стеклянной трубки через отверстие корковой пробки с обеих сторон обязательно заливают менделеевской замазкой.
Остальные ученики подбирают реактивы, пробирки, штативы и другое оборудование если не для каждого рабочего места, то по крайней мере хотя бы на один стол. Эта же группа учеников готовит карточки с содержанием по данной работе в трех вариантах (для разных групп) для учащихся всего класса.
Ребята, которые участвовали в подготовке практической работы, становятся незаменимыми помощниками преподавателя во время ее проведения. Они оказывают на уроке помощь своим товарищам в сборке приборов, проверке их на герметичность, а в случае поломки – в текущем ремонте.
Таким образом, еще до проведения практической работы учащиеся обучаются приемам и операциям, которые в большей своей части связаны с формированием конструкторских умений и навыков.
 |
Первая группа учащихся выполняет не очень сложное задание. |
