在日常生活中,铵盐发挥了重大的作用,它可以当做氨肽氮肥,也可以合成一些我们常用的洗护用品。今天我们就以氨气与铵盐,来和大家讨论讨论这两种重要的化工原。
一、氨气
1.1氨气的性质
氨气是无色有刺激性气味的气体密度比空气小,氨气容易液化,液化时放热。 液氨气化时要吸收大量的热,使周围温度急剧降低,因此液氨可用作制冷剂。
氨是一种极易溶于水的气体在常温常压下一体积水大约可溶解700体积氨气,氨溶于水时会与水结合成一水合氨一水合氨中有一小部分电离成铵根离子和氢氧根离子。
氨的水溶液(俗称氨水)减弱碱性能使酚酞溶液变红,或使红色石蕊试纸变蓝。
1.2氨气的用途
氨可以与酸反应生成铵盐。
氨具有还原性,在加热和有催化剂(如铂)的条件下能被氧化成一氧化氮和水。氨的催化氧化是工业制硝酸的基础。
另外氨气还有一些特殊的性质,例如侯氏制碱法中就利用了氨气的弱碱性与二氧化碳饱和食盐水共同混合得到氯化铵和碳酸氢钠沉淀,从而制得纯碱(碳酸钠)。
1.3氨水及其成分
氨溶解于水后,大部分氨气会与水结合会生成一水合氨分子,其中一小部分一水合氨分子会电离成铵根离子和氢氧根离子,另外还有一小部分氨气以氨分子的形式独立存在于水中。因此,我们不难得到氨水成分。氨水中有三种分子和三种离子,他们分别是:一水合氨分子氨气分子和水分子;以及铵根离子,氢氧根离子和氢离子。其中氢离子与水的微弱电离有关,因此氢离子不能大量共存于氨水中。
1.4氨气的实验室制法
在实验室中,常利用铵盐与强碱反应生成氨这一性质来检验铵根离子的存在和制取氨。因为铵盐和强碱在加热的条件下反应会生成氨气,实验室中我们常用“酸与碱共热”这种方法来制取氨气。其实质上就是铵根离子与氢氧根离子生成一水合氨。而一水合氨具有热不稳定性。因此一水合氨在加热的条件下发生热解产生水和氢氧根。
下面介绍几种实验室常见的制取氨气的方法。
⑴氯化铵和氢氧化钙加热法
将氯化铵固体和氢氧化钙固体混合放入试管中,同时用酒精灯加热,这样就可以得到氨气。
⑵加热浓氨水法
浓氨水中往往含有大量的一水和氨分子,在加热的条件下,一水和氨分子热解形成氨气。
⑶氧化钙固体与浓氨水混合法
氧化钙固体遇水会生成氢氧化钙,同时放出大量的热。这样既提供了氢氧根离子,同时还提供了热量,有助于制取氨气。
⑷氢氧化钠固体与浓氨水混合法
氢氧化钠是一种强碱,其固体溶解时放热,同时电离出氢氧根离子为氨气的制备提供了条件。
值得注意的是,以上方法生成的氨气都会含有水蒸气等杂质,为了保证制得的氨气有一定的纯度,在实验室中,我们通常会用盛有碱石灰的球形干燥管来净化氨气。不过不宜使用酸性干燥剂和氢氧化钠固体,同时氯化钙固体也不能用来干燥氨气,因为会与氨气反应生成八氨氯化钙。
1.5工业制氨气
工业上制取氨气的条件非常苛刻。工业制氨气的主要方法是哈伯-博什法,其基本原理是在高温、高压和催化剂存在的条件下,使氢气和氮气直接反应生成氨气。该方法需要使用特殊的催化剂(如铁),并且需要在高温(400~500℃)和高压(100~400atm)的设备中进行。
制得的氨气通常用来生产铵盐。