Аммиак принимает протон
Переключай среду вокруг NH₃. Модель показывает неподелённую пару, появление четвёртой связи и источник щелочной среды.
Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.
У азота остаётся неподелённая пара
Молекула NH₃ имеет форму треугольной пирамиды: атом N связан с тремя H и сохраняет неподелённую электронную пару. Связи N—H полярны, молекула в целом тоже полярна. Это помогает объяснить взаимодействие с водой.
- NH₃
Три связи N—H и неподелённая пара
- Присоединение H⁺
Пара участвует в новой связи
- NH₄⁺
Четыре N—H и заряд +1
Неподелённая пара может участвовать в присоединении H⁺ с образованием NH₄⁺. При этом возникает четвёртая связь N—H, а общая частица получает положительный заряд. Число атомов водорода меняется, поэтому NH₃ и NH₄⁺ нельзя смешивать. В воде устанавливается NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻; наличие OH⁻ объясняет щелочную среду. Равновесие сдвинуто не полностью, поэтому аммиак — слабое основание.
Молекула NH₃ имеет форму треугольной пирамиды: атом N связан с тремя H и сохраняет неподелённую электронную пару. Связи N—H полярны, молекула в целом тоже полярна.
Кислоты превращают аммиак в соли
При взаимодействии NH₃ с HCl образуется NH₄Cl. Сокращённая запись NH₃ + H⁺ → NH₄⁺ показывает перенос протона. Это кислотно-основное взаимодействие, в котором степень окисления азота остаётся −3.
| Кислота | Уравнение | Соотношение NH₃ : кислота |
|---|---|---|
| HCl | NH₃ + HCl → NH₄Cl | 1 : 1 |
| HNO₃ | NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃ | 1 : 1 |
| H₂SO₄ | 2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄ | 2 : 1 |
Одна молекула NH₃ присоединяет один протон. Поэтому для полной нейтрализации H₂SO₄ до (NH₄)₂SO₄ нужны две молярные порции аммиака. Расчёт строится по числу переносимых H⁺, а не по внешнему сходству формул.
При взаимодействии NH₃ с HCl образуется NH₄Cl. Сокращённая запись NH₃ + H⁺ → NH₄⁺ показывает перенос протона.
Модель молекулы аммиака NH₃
Три связи N—H и пирамидальная форма молекулы помогают объяснить её полярность и взаимодействие с водой.
Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Модель молекулы воды H₂O
В модели молекулы воды два атома H соединены с одним O; цвета и размеры условны.
Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Соль может не содержать металла
Соли аммония состоят из катиона NH₄⁺ и аниона кислотного остатка. Формулы NH₄Cl и (NH₄)₂SO₄ составляют так же, как для солей однозарядного металла. Скобки показывают, что индекс относится ко всей группе NH₄.
| Соль | Катион | Анион |
|---|---|---|
| NH₄Cl | NH₄⁺ | Cl⁻ |
| NH₄NO₃ | NH₄⁺ | NO₃⁻ |
| (NH₄)₂SO₄ | 2NH₄⁺ | SO₄²⁻ |
В воде растворимые соли аммония диссоциируют на ионы. Для (NH₄)₂SO₄ получается 2NH₄⁺ + SO₄²⁻. Разрывать NH₄⁺ на N и отдельные H в этой записи нельзя: это сложный ион с собственным составом и зарядом.
Соли аммония состоят из катиона NH₄⁺ и аниона кислотного остатка. Формулы NH₄Cl и (NH₄)₂SO₄ составляют так же, как для солей однозарядного металла.
Щёлочь переводит аммоний в аммиак
Ион NH₄⁺ способен отдавать протон гидроксид-иону. Сокращённое уравнение NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃ + H₂O объясняет выделение аммиака при подходящих условиях. Эта реакция используется для распознавания аммония в лаборатории.
Присоединение и отдача протона связывают две формы
NH₃ И NH₄⁺
Кислота и щёлочь приводят к разным направлениям кислотно-основного превращения. Это не одна реакция в неизменных условиях.
Для NH₄Cl и NaOH ионы Na⁺ и Cl⁻ являются наблюдателями. Вывод о газе делают по контролируемому аналитическому признаку, например действию на влажный индикатор; непосредственно вдыхать газ для распознавания нельзя. Количество NH₃ при получении из соли связано с NH₄⁺: (NH₄)₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2NH₃↑ + 2H₂O при нагревании. Один моль соли даёт два моля газа; из 0,10 моль соли теоретически получается 4,48 л NH₃ при нормальных условиях. В реакции 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O на Pt азот окисляется с −3 до +2; без катализатора типичный продукт горения — N₂.
Подробности: понятия и примеры
- Молекулярно
- NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃↑ + H₂O
- Сокращённо
- NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃ + H₂O
- Смысл
- Перенос протона от NH₄⁺ к OH⁻
Ион NH₄⁺ способен отдавать протон гидроксид-иону. Сокращённое уравнение NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃ + H₂O объясняет выделение аммиака при подходящих условиях.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 37. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 37. Аммиак.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e