A. Amoniac
I. Cấu tạo phân tử
-Trong phân tử amoniac, nguyên tử N liên kết với ba nguyên tử hiđro bằng ba liên kết cộng hóa trị có cực.
-Trong phân tửNH3, nguyên tử N còn có một cặp electron hóa trị có thể tham gia liên kết với nguyên tử khác.
II. Tính chất vật lí
-Amoniac là chất khí không màu, có mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí.
-Khí amoniac tan rất nhiều trong nước: ở điều kiện thường,1lít nước hòa tan được khoảng 800 lít khí amoniac.
III. Tính chất hóa học
1. Tính bazơ yếu
a. Tác dụng với nước
-Khi tan trong nước,NH3kết hợp với ionH+ của nước, tạo thành ion amoniNH+ và ion hiđroxitOH−, làm cho dung dịch có tính bazơ và dẫn điện.
-Trong dung dịch, amoniac là bazơ yếu. Dùng giấy quỳ tím ẩm để nhận biết khí amoniac, quỳ tím sẽ chuyển thành màu xanh.
b. Tác dụng với dung dịch muối
-Dung dịch amoniac có thể tác dụng với dung dịch muối của nhiều kim loại, tạo thành kết tủa hiđroxit của các kim loại đó.
c. Tác dụng với axit
-Amoniac tác dụng với dung dịch axit tạo ra muối amoni.
2. Tính khử
-Trong phân tử amoniac, nitơ có số oxi hóa thấp nhất là -3 nên cótính khử.
a. Tác dụng với oxi
-Amoniac cháy trong oxi cho ngọn lửa màu vàng, tạo ra khí nitơ và hơi nước.
b. Tác dụng với clo
-Clo oxi hóa mạnh amoniac tạo ra nitơ và hiđro clorua, đồng thờiNH3kết hợp ngay với HCl tạo thành “khói” trắngNH4Cl
IV. Ứng dụng
Amoniac được dùng để:
-Sản xuất axit nitric, phân đạm như urê, amoni nitrat, amoni sunfat, ...
-Điều chế hiđrazinN2H4làm nhiên liệu cho tên lửa.
-Amoniac lỏng được dùng làm chất gây lạnh trong thiết bị lạnh.
V. Điều chế
1. Trong phòng thí nghiệm
-Khí amoniac được điều chế bằng cách đun nóng muối amoni, thí dụ
2NH4Cl+Ca[OH]2→CaCl2 +2NH3↑+2H2O
-Để làm khô khí, người ta cho khí amoniac vừa tạo thành có lẫn hơi nước đi qua bình đựng vôi sống [CaO].
-Để điều chế nhanh một lượng nhỏ khí amoniac, người ta đun nóng dung dịch amoniac đậm đặc.
2. Trong công nghiệp
-Khí amoniac được tổng hợp từ nitơ và hiđro theo phản ứng thuận nghịch và tỏa nhiệt sau:
N2[k]+3H2[k] ⇆ to,p,xt2NH3[k] ∆H < 0
Với các điều kiện sau:
-Nhiệt độ: 450 - 500oC.
-Áp suất cao: 200 - 300 atm.
-Chất xúc tác là sắt kim loại được trộn thêmAl2O3, K2OAl2O3, K2O, ...
Hỗn hợp khí tạo ra được làm lạnh để tách hóa lỏng amoniac.
Những cách điều chế NH3
a – Cách điều chế NH3 trong phòng thí nghiệm
Trong phòng thí nghiệm, NH3 thường được điều chế bằng tác dụng của muối amoni và kiềm hoặc sự thủy phân dễ dàng của các hợp chất nitơ.
Sử dụng muối amoni tác dụng với dung dịch kiềm để điều chế NH3 trong phòng thí nghiệm.
Và cách này cũng được sử dụng để nhận biết sự hiện diện của các ion amoni.
- 2NH4Cl + Ca[OH]2 → NH3 + CaCl2 + 2H2O
Sử dụng phương pháp thủy phân các hợp chất nitơ trong nước để thu được dung dịch amoniac.
- Li3N + 3H2O → 3LiOH + NH3↑
Phương pháp điều chế NH3 trong phòng thí nghiệm nhanh nhất là cho nước amoniac đặc và NaOH đặc phản ứng với nhau.
b – Cách điều chế NH3 trong công nghiệp
Có nhiều cách điều chế khí amoniac trong công nghiệp, nhưng cách phổ biến nhất là sử dụng phương pháp Haber thông qua sự kết hợp trực tiếp của N2 và H2 trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất cao và một chất xúc tác
- N2 + 3H2 ⇌ 2NH3
Sử dụng khí thiên nhiên để điều chế amoniac
Khí thiên nhiên trước hết được khử lưu huỳnh, sau đó thông qua chuyển đổi thứ cấp và sau đó thông qua các quá trình chuyển đổi carbon monoxide, loại bỏ carbon dioxide… để thu được hỗn hợp nitơ-hydro, vẫn chứa khoảng 0,1% đến 0,3% cacbon monoxit và cacbon đioxit, và được metan hóa Sau khi loại bỏ tác dụng, thu được một khí tinh khiết có tỉ lệ số mol hiđro trên nitơ là 3, được nén bằng máy nén và đi vào mạch vòng tổng hợp amoniac để thu được sản phẩm là amoniac.