- Аммиак, жидкость, твердое тело, характеристики:
- Аммиак, получение, свойства, химические реакции.
- Аммиак, формула, газ, характеристики:
- Катализаторы процесса окисления аммиака — технические вопросы
- Получение аммиака в промышленности и лаборатории. химические реакции – уравнения получения аммиака:
- Применение и использование аммиака:
- Смесь аммиака и кислорода пропустили при высоких температуре и давлении над катализатором, в результате чего образовался бесцветный — универ soloby
- Физические свойства аммиака:
- Химические свойства аммиака:
Аммиак, жидкость, твердое тело, характеристики:
Жидкий аммиак – бесцветная жидкость, сильно преломляющая свет.
Аммиак как жидкость является хорошим растворителем для очень большого числа органических, а также для многих неорганических соединений. В жидком аммиаке хорошо растворяются щелочные, щелочноземельные металлы, а также другие простые вещества, как, например, фосфор, йод, сера.
Чистый жидкий аммиак является диэлектриком, поэтому способен к образованию на стенках сосудов статического электричества.
Сжиженный безводный аммиак относится к трудногорючим веществам.
Жидкий аммиак или струя газа, попадая на кожу человека, вызывает сильные ожоги.
Твёрдый аммиак внешне представляет собой снегообразную массу из кубических кристаллов правильной формы.
Аммиак, получение, свойства, химические реакции.
Аммиак, NH3 – химическое соединение азота и водорода, состоящее из одного атома азота и трех атомов водорода, нитрид водорода.
Аммиак, формула, газ, характеристики
Видеоурок “Аммиак”
Аммиак, жидкость, твердое тело, характеристики
Физические свойства аммиака
Химические свойства аммиака
Получение аммиака в промышленности и лаборатории
Химические реакции – уравнения получения аммиака
Применение и использование аммиака
Аммиак, формула, газ, характеристики:
Аммиак – химическое соединение азота и водорода, состоящее из одного атома азота и трех атомов водорода, нитрид водорода.
Аммиак (NH3) – наиболее простое и устойчивое соединение азота с водородом.
Химическая формула аммиака NH3. Изомеров не имеет.
Строение молекулы аммиака:
Форма молекулы аммиака напоминает тригональную пирамиду, в вершине которой расположен атом азота. Три неспаренных p-электрона атома азота участвуют в образовании полярных ковалентных связей с 1s-электронами трёх атомов водорода (связи N−H), четвёртая пара внешних электронов является неподелённой, она может образовать ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму с ионом водорода, образуя ион аммония NH4 .
Катализаторы процесса окисления аммиака — технические вопросы
В отсутствие катализатора наиболее быстро протекает реакция (3.3) –окисление аммиака до свободного азота.
Для ускорения реакции (3.1) – окисление аммиака до NO – необходим катализатор. Поскольку при окислении аммиака протекают три реакции (3.1; 3.2; 3.3), а целевой является реакция (3.1), то важнейшим условием является выбор катализатора, отличающегося высокой селективностью.
Катализаторы, избирательно ускоряющие реакцию (3.1) можно разделить на два вида:
- платина и её сплавы с металлами платиновой группы (родием и палладием).
- оксиды железа, никеля и кобальта.
В азотнокислотной промышленности применяют в основном платиновые катализаторы. Окисление аммиака на платиновом катализаторе относится к числу наиболее быстрых каталитических реакций. В производственных условиях практически полное окисление аммиака в NO достигается за время(1–2)·10–4 секунды (0,0001 – 0,0002 с).
Время контактирования. Можно и нужно ли изменять время пребывания реагентов на контактной массе? Время изменять нецелесообразно, так как при уменьшении длительности контакта часть аммиака «проскакивает», не успевая окислиться, а при увеличении времени контактирования реакционная смесь перегревается, возрастает вклад реакции (3.3) с образованием свободного азота.
В промышленности для окисления аммиака применяют из первой группы платиновые катализаторы. Это сплав платины Pt с палладием Pd (4 %) и родием Rh (3%). (Введение до 7,5% родия Rh повышает механическую прочность катализатора и вследствие этого уменьшаются потери платины за счёт уноса газом).
Платиновые катализаторы выполняются в виде сеток из тонкой проволоки диаметром 0,06 – 0,09 мм, имеющих 1024 отверстий в 1см2. Сетки скрепляются в виде пакета, устанавливаемого в контактном аппарате.
На 1м2 активной поверхности контактной сетки под атмосферным давлением (0,1 МПа) можно окислить до 600 кг аммиака, а при давлении 0,8 МПа – до 3000 кг аммиака в сутки.
Однако при работе под давлением 0,8 МПа и более платиновый катализатор разрушается быстрее.
Разрушению катализатораспособствуют также многие контактные яды (соединения серы, фосфин и другие), которые помимо отравления катализатора снижают его механическую прочность. Примеси (пыль, ржавчина, смазочные масла), содержащиеся в газе, также снижают активность и прочность катализатора.
Для восстановления катализатора его промывают разбавленным раствором соляной кислоты.
Всё перечисленное приводит к тому, что в процессе окисления аммиака катализатор становится рыхлым, и мельчайшие частицы его уносятся с потоком газа. Если под атмосферным давлением унос платины на 1т азотной кислоты составляет 0,04 – 0,06 г, то при повышенном он достигает уже 0,15 – 0,20 г на 1т.
Часть платины улавливается и регенерируется, НО и при этом расход платины составляет значительную часть себестоимости азотной кислоты.
С целью экономии платины в промышленности применяют двухстадийное контактирование, при котором аммиак частично окисляется на платиноидных сетках, а затем доокисляется в слое неплатинового зернистого катализатора.
В качестве неплатиновых катализаторов применяют различные композиции оксидов или солей, в том числе оксиды железа или хрома, соли хрома.
Удельная производительность платинового катализатора велика благодаря высокой скорости реакции окисления аммиака. Для платинового катализатора скорость всего процесса окисления определяется диффузионными процессами.
В промышленности применяют разные типы контактных аппаратов для окисления аммиака, но все они имеют одинаковый принцип действия.
При повышенном давлении устанавливают до 18 сеток. Но если применять двухстадийное контактирование число платиноидных сеток может быть уменьшено до 1 – 3.
Механизм действия катализатора.
Механизм гетерогенного окисления аммиака состоит из следующих последовательных стадий:
- диффузия молекул NH3 и O2 из газовой фазы к поверхности катализатора;
- активированная адсорбция молекул O2 на поверхности катализатора с образованием промежуточного соединения;
- хемосорбция молекул NH3 с образованием комплекса;
- разложение комплекса с регенерацией катализатора и образованием молекул NO и H2O (или десорбция продуктов реакции);
- диффузия продуктов реакции с поверхности катализатора в газовую фазу.
Определяющей или лимитирующей стадией всего процесса окисления является диффузия O2 к поверхности катализатора. Следовательно, каталитическое окисление аммиака на платиновом катализаторе протекает преимущественно в диффузной области.
Окисление аммиака на оксидном железном катализаторе идет кинетической области.
Селективность процесса окисления NH3 до NO в присутствии платиновых катализаторов выражается уравнением:
и составляет 0,95 – 0,98 долей единицы.
Получение аммиака в промышленности и лаборатории. химические реакции – уравнения получения аммиака:
Аммиак в лабораторных условиях получается в результате следующих химических реакций:
- 1. действия гидроксида натрия на хлорид аммония:
NH4Cl NaOH → NH3 NaCl H2O.
В результате реакции образуются газообразный аммиак, хлорид натрия и вода.
- 2. действия гидроксида кальция на сульфат аммония:
(NH4)2SO4 Ca(OH)2 → 2NH3 CaSO4 2H2O.
В результате реакции образуются газообразный аммиак, сульфат кальция и вода.
- 3. действия гидроксида кальция на хлорид аммония:
NH4Cl Ca(OH)2→ 2NH3 CaCl2 2H2O.
В результате реакции образуются газообразный аммиак, хлорид кальция и вода.
Таким образом, для получения аммиака в лаборатории используют действие сильных щелочей на соли аммония.
Аммиак в промышленности получают путем прямого взаимодействия водорода и азота:
N2 3H2 ↔ 2NH3 (kat = пористое железо с примесями Al2O3 и K2O, t = 500 оС, p = 350 атм.).
За счет высокого давления равновесие в указанной реакции смещается в сторону аммиака. Это так называемый процесс Габера. Немецкий физик Фриц Габер разработал физико-химические основы данного метода.
Применение и использование аммиака:
– в холодильной технике в качестве хладагента R717, где R – Refrigerant (хладагент), 7 – тип хладагента (неорганическое соединение), 17 – молекулярная масса,
– в медицине в виде примочек. 10 % водный раствор аммиака известен как нашатырный спирт,
– в химической промышленности для производства азотных удобрений (нитрат и сульфат аммония, мочевина),
– как сырье в химической промышленности для производства взрывчатых веществ, полимеров, азотной кислоты, соды (по аммиачному методу), нейлона, капрона и других продуктов химической промышленности,
– жидкий аммиак используют в качестве растворителя.
– в сельском хозяйстве в качестве удобрения в виде аммиачной воды.
Смесь аммиака и кислорода пропустили при высоких температуре и давлении над катализатором, в результате чего образовался бесцветный — универ soloby
1) На реакции взаимодействия аммиака с кислородом при высоких давлении и температуре в присутствии катализатора основан промышленный способ получения моноксида азота:
4NH3 5O2 → 4NO 6H2O (кат. Pt, Cr2O3, t, p)
2) Образующийся моноксид азота окисляется кислородом при комнатной температуре и атмосферном давлении до диоксида азота:
2NO O2 → 2NO2
3) При пропускании бурого газа – диоксида азота через раствор гидроксида натрия протекает окислительно-восстановительная реакция, в результате которой N 4 диспропорционирует на N 5 и N 3:
2NaOH 2NO2 → NaNO3 NaNO2 H2O
4) Перманганат калия способен окислить нитрит натрия до нитрата, при этом сам в условиях щелочной среды превращается до манганата:
NaNO2 2KMnO4 2KOH → 2K2MnO4 NaNO3 H2O
Физические свойства аммиака:
| Наименование параметра: | Значение: |
| Цвет | без цвета |
| Запах | с резким характерным запахом (запах «нашатырного спирта») |
| Вкус | едкий |
| Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.) | газ |
| Плотность жидкости (при температуре кипения и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м3 | 682,8 |
| Плотность газа (при температуре кипения и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м3 | 0,8886 |
| Плотность (при 15 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м3 | 0,73 |
| Плотность (при 25 °C и атмосферном давлении 100 кПа ≈ 1 атм.), кг/м3 | 0,7723 |
| Температура плавления, °C | -77,73 |
| Температура кипения, °C | -33,34 |
| Критическая температура*, °C | 132,4 |
| Критическое давление, МПа | 11,32 |
| Критический удельный объем, м3/кг | 0,00426 |
| Коэффициент теплопроводности газа (при 0 °C и атмосферном давлении 1 атм.), Вт/(м·К) | 0,026 |
| Температура самовоспламенения, °C | 651 ± 1 |
| Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных | от 14,5 (15,0) до 33,6 |
| Взрывоопасные концентрации смеси газа с кислородом, % объёмных | от 13,5 до 82 |
| Удельная теплота сгорания, МДж/кг | 20,5 |
| Температура пламени, °C | 700 |
| Константа диссоциации кислоты | 9,21 ± 0,01 |
| Молярная масса, г/моль | 17,0304 |
* при температуре выше критической температуры газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении.
Химические свойства аммиака:
Основные свойства аммиака обусловлены наличием неподеленной пары электронов у атома азота. Степень окисления азота в аммиаке «-3» – минимальная. Поэтому в химическом отношении аммиак довольно активен: он вступает в реакции взаимодействия со многими веществами и проявляет только восстановительные свойства.
Для аммиака характерны следующие химические реакции:
1. реакция взаимодействия аммиака и воды:
NH3 H2O ⇄ NH3•H2O.
В результате реакции образуется гидрат аммония (NH3•H2O или NH4OН). Раствор аммиака в воде имеет щелочную среду.
NH3•H2O → NH3 H2O (to).
При кипении гидрат аммиака разлагается с образованием аммиака и воды.
2. реакция взаимодействия аммиака и ортофосфорной кислоты:
NH3 H3PO4 → NH4H2PO4.
В результате реакции образуется дигидрофосфат аммония.
Аналогичным образом протекают реакции аммиака с другими кислотами – с образованием солей аммония.
3. реакция взаимодействия аммиака и кислорода – горения аммиака:
4NH3 3O2 → 2N2 6H20.
В результате реакции образуется азот и вода. Реакция носит необратимый характер.
4. реакция каталитического окисления аммиака:
4NH3 5O2 → 4NO 6H2O (kat = Pt и пр., t = 800 оС);
NH3 2O2 → HNO3 H2O (kat = Pt, Rh, t = 850 оС, p = 5 атм.).
В результате первой реакции образуются оксид азота (II) и вода. В качества катализатора используются платина и ее сплавы с металлами-платиноидами, оксиды железа, марганца, кобальта, хрома и др.
В результате второй реакции образуются азотная кислота и вода. Это промышленный способ получения азотной кислоты. При этом смесь воздуха с 10% (по объему) аммиака пропускается над рядами металлических сеток (платина с 5-15% родия) при температуре около 850 оС и давлении 5 атм; время контактирования с катализатором ограничено до ≤ 1 мс чтобы минимизировать нежелательные побочные реакции.
Степень превращения составляет около 96% (одна из наиболее эффективных из известных промышленных каталитических реакций); выходящие газы пропускают через абсорбционную колонну и получают 60%-й водный раствор азотной кислоты при 40°C. Реакция протекает в три стадии.
5. реакция взаимодействия аммиака и оксида меди:
2NH3 3CuO → N2 3Cu 3H2O (t = 500-550 оС).
В результате реакции образуются азот, медь и вода. В ходе реакции аммиак пропускается через нагретый оксид меди.
6. реакция термического разложения аммиака:
2NH3 ⇄ N2 3H2 (t = 1200-1300 оС).
В результате реакции образуются азот и водород.
7. реакция взаимодействия аммиака и фтора:
2NH3 3F2 → 6HF N2 (tо).
В результате реакции образуются фтороводород и азот. Реакция происходит при высоких температурах.
Аналогичным образом протекают реакции аммиака с другими галогенами.
8. реакция взаимодействия оксида калия и аммиака:
K2O NH3 → KNH2 KOH (t = -50 оС).
В результате реакции образуются амид калия и гидроксид калия. Реакция медленно протекает в жидком аммиаке.