Метод Габера-Боша, самые известные элементы в группе 5А (свойства азота, получение и соединения)

| 2 октября, 2021 | Химия

Азот рассматривается качестве наиболее известного элемента 5A группы , газообразный азот собирают процессе его получения путем смещения вниз воды так как газообразный азот легче чем вода , и умеренно растворим в неми азот собирают над поверхностью ртути чтобы получить сушат.

Подготовка газообразного азота в лаборатории

Из атмосферного воздуха: Азот можно получить из атмосферного воздуха путем удаления диоксида углерода , водяного пара, газообразного кислорода . Атмосферный воздух пропускают через раствор гидроксида натрия, чтобы удалить газообразный диоксид углерода .

2NaOH (водн.)   + CO 2 (г)  → H 2 O (л) + Na 2 CO 3 (водн.)      Карбонат натрия

Затем пропускают через конц. серная кислота, чтобы поглощать водяной пар, Наконец, пропускает над раскаленной медью стружками, чтобы удалить газообразный кислород , азот собирают над поверхностью ртути , чтобы получить сушит.

2Cu (т) + O 2 (г)  → 2CuO (т)   оксид меди

Из химических соединений: В у капельной раствор нитрата натрия медленно раствор хлорида аммония при нагревании,  газообразный азот собирают в процессе его получения путем смещения вниз воды , так как газообразный азот легче , чем вода , и умеренно растворим в нем.

NaNO 2 (водн.) + NH 4 Cl (водн.) → NaCl (водн.) + 2H 2 O (l) + N 2 (г)

Свойства азота

Физические свойства

  1. Бесцветный газ без запаха и вкуса.
  2. Он легче воздуха, потому что воздух содержит газообразный кислород(32 г / моль), который тяжелее газообразного азота (28 г / моль).
  3. Он плохо растворяется в воде[23 мл (N 2 ) / л (H 2 O) при стандартном давлении].
  4. Он имеет нейтральный эффект на лакмусовой бумаге.
  5. Его плотность составляет (1,25 г / л при СТП).
  6. Его температура кипения составляет (-159,79 ° C), он может быть сжижен при этой температуре при нормальном атмосферном давлении.

Химические свойства

Реакции газообразного азота с другими элементами происходят в присутствии электрической искры ( 550 ° C), электрической дуги (3000 ° C) или при сильном нагревании из-за сложности разрыва тройной связи между двумя атомами азота. в одной его молекуле.

Реакция азота с другими элементами

Реакция азота с водородом (H 2 ): в присутствии электрической искры (550 ° C) образуется газообразный аммиак (NH 3 ).

N 2 (г) + 3H 2 (г) → 2NH 3 (г)   аммиак

Реакция азота с кислородом : в присутствии электрической дуги (3000 ° C) образуется газ оксид азота (NO), который мгновенно превращается в (окисленный) диоксид азота (NO 2 ).

N 2 (г) + O 2 (г) → 2 NO (г)    оксид азота

Тогда    2NO (г) + O 2 (г) → 2 NO 2 (г)    диоксид азота

Реакция азота с металлами : при высокой температуре азот реагирует с металлами, такими как магний, с образованием нитрида металла, который легко разлагается в воде и выделяется газообразный аммиак.

3Mg ( тв ) + N 2 (г) → Mg 3 N 2 (тв)   нитрид магния

Mg 3 N 2 (т) + 6H 2 O (л) → 3Mg (OH) 2 (водн.) + 2NH 3 (г)   ↑

Реакция азота с карбидом кальция (CaC 2 ): в присутствии электрической дуги (3000 ° C) образуется цианамид кальция (CaCN 2 ), который используется в качестве удобрения.

CaC 2 (тв) + N 2 (г) → CaCN 2 (тв) + C (тв)

Цианамид кальция используется в качестве удобрения, поскольку он вступает в реакцию с водой и выделяет газообразный аммиак в сельскохозяйственных почвах при орошении.

CaCN 2 (тв) + 3H 2 O (л) →  CaCO 3 ( тв ) + 2NH 3 (г)   ↑ аммиак

Самые известные азотистые соединения

Наиболее известные азотистые соединения — это газообразный аммиак NH 3 , азотная кислота HNO 3 .

Газообразный аммиак NH 3

Приготовление аммиака в лаборатории

Поместите в колбу смесь хлорида аммония NH 4 Cl и гидроксида кальция (гашеная известь) Ca (OH) 2 , поместите осушитель (негашеную известь CaO) в U-образную трубку, нагрейте содержимое колбы, затем соберите. газообразный аммиак путем вытеснения воздуха вниз.

2 NH 4 Cl (тв) + Ca (OH) 2 (тв) → CaCl 2 (тв) + 2H 2 O (тв) + 2NH 3 (г)   ↑

Газообразный аммиак собирается путем вытеснения воздуха вниз, поскольку он легче воздуха, Конц. серная кислота не используется при сушке газообразного аммиака, когда он готовится в лаборатории, потому что она реагирует с газообразным аммиаком, образуя сульфат аммония.

Подготовка газообразного аммиака в промышленности (метод Габера-Боша)

Ученые Хабер-Бош разработали метод получения газообразного аммиака в промышленности из азота и водорода в присутствии катализатора (железо, молибден) при атмосферном давлении 200 и температуре 500 ° C.

N 2 (г) + 3H 2 (г) → 2NH 3 (г)

Свойства газообразного аммиака

  1. Бесцветный газ с характерным резким запахом.
  2. Он не горит легко и не поддерживает горение, при этом раскаленная шина гаснет при приближении к ней.
  3. Он хорошо растворяется в воде,образуя щелочной раствор (гидроксид аммония), он приобретает синий цвет при добавлении к нему нескольких капель раствора лакмуса, как показано в следующем эксперименте с фонтаном.

Эксперимент с фонтаном

Нижняя колба наполняется подкисленным водным раствором, добавляется несколько капель лакмусового раствора. Таким образом, цвет раствора становится красным. Верхняя колба заполняется газообразным аммиаком. Продуйте струю воздуха в нижнюю колбу.

Наблюдение:

  1. Стремление красного раствора из нижней колбы в верхнюю колбу в виде фонтана.
  2. Изменение цвета красного раствора, когда он выливается в верхнюю колбу, на синий цвет.

Заключение:

  1. Выливание раствора из нижней колбы в виде фонтана указывает на то, что аммиак хорошо растворяется в воде.
  2. Изменение цвета красного раствора на синий указывает на образование раствора, который оказывает щелочное действие на лакмусовый раствор (гидроксид аммония).

NH 3 (г) + H 2 O (л) → NH 4 OH (водн.)   Гидроксид аммония

Газообразный аммиак считается основным ангидридом, потому что он реагирует с водой, образуя гидроксид аммония (слабое основание).

Обнаружение газообразного аммиака

Газообразный аммиак образует плотные белые пары хлорида аммония ( твердые вещества, которые сублимируют) при воздействии на стеклянный стержень, смоченный конц. соляная кислота. Сублимация — это переход вещества из твердого состояния в газообразное непосредственно без перехода в жидкое состояние.

NH 3 (г) + HCl (г) → NH 4 Cl (т)   хлорид аммония

Роль аммония в производстве удобрений

Азот присутствует в почве в виде неорганических и органических веществ, он считается одним из основных источников питания растений, поскольку он является важным элементом для образования белка , однако количество азота в почве со временем уменьшается, Итак, почва должна быть обогащена азотом либо путем добавлениясинтетических азотных удобрений, либо натуральных удобрений ( навоза).

Хотя азот составляет около 4/5 объема воздуха, растения не могут использовать его напрямую в газообразной форме. Соответственно, он должен обеспечивать почву азотом в форме солей аммония или мочевины, которые растворяются в поливной воде. Аммиак , где они поглощаются корнями растений , считается основным исходным материалом для производства большинства азотных удобрений и азотно-фосфорных удобрений.

Азотные удобрения

Неорганические азотные удобрения (соли аммония) синтезируются реакцией нейтрализации между аммиаком и подходящей кислотой.

Некоторые из важных неорганических азотных удобрений:

Аммиачно-нитратные удобрения: приготовление методом реакции аммиака с азотной кислотой.

NH 3 (г) + HNO 3 (л) → NH 4 NO 3 (водн.)   Нитрат аммония

Свойства: имеет высокое содержание азота (35%), хорошо растворяется в воде , в избытке вызывает кислотное воздействие на почву.

Удобрения на основе сульфата аммония: приготовление методом реакции аммиака с серной кислотой.

2NH 3 (г) + H 2 SO 4 (водн.) → ( NH 4 ) 2 SO 4 (водн.)   Сульфат аммония

Свойства: Постоянное использование вызывает повышение кислотности почвы, поэтому важно нейтрализовать почву основными веществами.

Гашеная известь добавляется в почву, которая обеспечивает удобрения на основе сульфата аммония, чтобы нейтрализовать почву, поскольку сульфат аммония увеличивает кислотность почвы.

Азотные фосфорные удобрения:

Их получают реакцией аммиака с фосфорной кислотой.

3NH 3 (г) + H 3 PO 4 (водн.) → ( NH 4 ) 3 PO 4 (водн.)   Фосфат аммония

Азотные фосфорные удобрения (фосфат аммония) являются важным удобрением, потому что они обеспечивают почву двумя основными элементами: азотом и фосфором.

Примечания некоторых распространенных удобрений

Удобрение на основе мочевины: имеет высокое содержание азота (46%). Это наиболее подходящее удобрение для жарких регионов, поскольку высокая температура увеличивает его диссоциацию на аммиак и углекислый газ .

Безводное жидкое аммиачное удобрение (будущее удобрение): имеет самое высокое содержание азота среди удобрений (82%), оно вносится в почву на глубину почти 12 см.