Окисление аммиака

Аммиак или нитрид водорода – активное соединение, вступающее в реакции с простыми и сложными веществами. В присутствии кислорода происходит окисление аммиака. В зависимости от условий протекания реакции аммиак может окислиться до оксида или азота.

Степень окисления

Степень окисления аммиака зависит от степени окисления элементов, входящих в его состав. На внешнем энергетическом уровне азота находится пять электронов. В составе аммиака атом азота проявляет валентность III. К трём валентным электронам присоединены атомы водорода. Следовательно, при синтезе аммиака произошло окисление азота водородом:

3H2 + N2 → 2NH3.

Строение молекулы аммиака

Рис. 1. Строение молекулы аммиака.

Поэтому азот имеет степень окисления -3, водород – +1.

Аммиак является восстановителем благодаря способности атома азота отдавать оставшиеся электроны и возможности атомов водорода легко отделяться.

Реакции с кислородом

За счёт оставшейся свободной пары электронов азот может окисляться водородом и кислородом. Аммиак легко притягивает катион водорода из воды или кислоты, образуя аммоний (NH4). Это производное аммиака, входящее в состав гидроксида и солей:

  • NH3 + Н2О → NH4OH (гидроксид аммония);
  • NH3 + HCl → NH4Cl (хлорид аммония);
  • NH3 + HNO3 → NH4NO3 (нитрат аммония);
  • 2NH4OH + H2SO4 → 2H2O + (NH4)2SO4 (сульфат аммония).

Присоединение водорода

Рис. 2. Присоединение водорода.

При взаимодействии с кислородом может образовываться свободный азот, оксид азота (II) или (I). Конечный продукт зависит от количества начальных веществ и условий проведения реакции. На воздухе аммиак не горит.

Если на четыре объёма аммиака взять пять объёмов кислорода, то получится оксид азота (II):

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O.

Реакция протекает в присутствии катализатора. Над нагретой до 800°С платиной быстро пропускают смесь аммиака с воздухом. Платиновый катализатор могут использовать по-другому. Из платины с примесью родия, рутения, палладия делают сетку, сквозь которую пропускают аммиак и кислород. Также реакция ускоряется в присутствии оксида хрома (III).

Платиновый катализатор

Рис. 3. Платиновый катализатор.

Азот можно получить при нагревании концентрированного раствора аммиака в отсутствии катализатора. Сначала раствор нагревают, а затем помещают в условия чистого кислорода (четыре объёма аммиака на три объёма кислорода). Аммиак горит жёлто-зелёным пламенем:

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O.

При одинаковом объёме аммиака и кислорода образуется оксид азота (I):

2NH3 + 2O2 → N2O + 3H2O.

Реакцию окисления проводят для получения разбавленной азотной кислоты. Для этого сначала окисляют NH3 до NO. Затем получившийся газ окисляют до диоксида азота:

2NO + О2 → 2NO2.

Оксид азота (I) для получения кислоты окисляют и пропускают через воду:

4NO2 + О2 + 2Н2О → 4HNO3.

Окисление аммиака – экзотермическая реакция, сопровождающаяся выделением тепла.

Что мы узнали?

Аммиак является восстановителем и может окисляться водородом или кислородом. В результате взаимодействия с водородом образуется аммоний – NH4. Это соединение входит в состав солей и гидроксида аммиака. С кислородом аммиак реагирует по-разному, в зависимости от условий. В присутствии катализатора образуется оксид азота (II), при нагревании, но при разных объёмах начальных веществ образуются азот и оксид азота (I).

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4. Всего получено оценок: 45.

Предметы