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氨的分子结构及性质

 来源:东方嘉仪 www.3017.cn  点击:

一、氨的分子结构

   氮原子有5个价电子其中有3个未成对当它与氢原子化合时每个氮原子可以和3个氢原子通过极性共价键结合成氨分子,氨分子里的氮原子还有一个孤对电子。
   氨分子的空间结构是三角锥形三个氢原子处于锥底氮原子处在锥顶。每两个N—H键之间夹角为107°18’因此氨分子属于极性分子。
   H H
   .. |
   电子式: H:N:H 结构式: H-N-H
   ..

二、氨的性质

   化学式 NH3
   1、物理性质
   相对分子质量 17.031
   氨气在标准状况下的密度为0.7081g/L
   氨气极易溶于水溶解度1:700
   2、化学性质
   (1)跟水反应
   氨溶于水时氨分子跟水分子通过*氢键结合成一水合氨(NH3•H2O)一水合氨能小部分电离成铵离子和氢氧根离子所以氨水显弱碱性能使酚酞溶液变红色。氨在水中的反应可表示为:
   一水合氨不稳定受热分解生成氨和水
   氨水中存在三分子、三离子、三平衡
   分子:NH3、NH3•H2O、H2O;
   离子:NH4+、OH-、H+;
   三平衡:NH3+H2O NH3•H2O NH4++OH-
   H2O H++OH-
   氨水在中学化学实验中三应用
   ①用蘸有浓氨水的玻璃棒检验HCl等气体的存在;②实验室用它与铝盐溶液反应制氢氧化铝;③配制银氨溶液检验有机物分子中醛基的存在。
   (2)跟酸反应
   2NH3+H2SO4===(NH4)2SO4
   3NH3+H3PO4===(NH4)3PO4
   NH3+CO2+H2O===NH4HCO3
   (反应实质是氨分子中氮原子的孤对电子跟溶液里具有空轨道的氢离子通过配位键而结合成离子晶体。若在水溶液中反应离子方程式为:
   8NH3+3Cl2===N2+6NH4Cl
   (黄绿色褪去产生白烟)
   反应实质:2NH3+3Cl2===N2+6HCl
   NH3+HCl===NH4Cl
   总反应式:8NH3+3Cl2===N2+6NH4Cl

三、氨的制法

   1.工业制法:工业上氨是以哈伯法通过N2和H2在高温高压和催化剂存在下直接化合而制成:
   工业上制氨气
   高温高压
   N2(g)+3H2(g)========2NH3(g)(可逆反应)
   催化剂
   △rHθ =-92.4kJ/mol
   2. 实验室制备:
   实验室氨常用铵盐与碱作用或利用氮化物易水解的特性制备:
   △
   2NH4Cl + Ca(OH)2===2NH3↑+ CaCl2 + 2H2O↑
   Li3N + 3H2O === LiOH + NH3↑

四、铵盐

   铵盐是氨与酸作用得到铵盐,铵盐是由铵离子(NH4+)和酸根离子组成的化合物。一般为无色晶体易溶于水是强电解质。从结构来看NH4+离子和Na+离子是等电子体。NH4+离子的半径比Na+离子的大而且接近于K+离子一般铵盐的性质也类似于钾盐如溶解度一般易溶易成矾。铵盐和钾盐是同晶型等在化合物分类中常把铵盐和碱金属盐归为一类。铵盐的化学性质:①有一定程度的水解。因为氨是弱碱铵盐是弱碱强酸盐或弱碱弱酸盐前者水解后溶液显酸性:
   NH4++H2O== NH3•H2O+H+
   ②受热分解所有的铵盐加热后都能分解其分解产物与对应的酸以及加热的温度有关。分解产物一般为氨和相应的酸。如果酸具有氧化性则在加热条件下氧化性酸和产物氨将进一步反应使NH3氧化为N2或其氧化物:
   人 碳酸氢铵最易分解分解温度为30℃:
   氯化铵受热分解成氨气和氯化氢。这两种气体在冷处相遇又可化合成氯化铵。这不是氯化铵的升华而是它在不同条件下的两种化学反应:
   硝酸铵受热分解的产物随温度的不同而不同。加热温度较低时分解生成硝酸和氨气:
   温度再高时产物又有不同;在更高的温度或撞击时还会因分解产物都呈气体而爆炸。
   硫酸铵要在较高的温度才分解成NH3和相应的硫酸、磷酸。强热时还伴随有氨被硫酸氧化的副反应所以产物就比较复杂。
   ③跟碱反应放出氨气
   实验室里就是利用此反应来制取氨同时也利用这个性质来检验铵离子的存在。铵盐在工农业生产上有重要用途大量的铵盐用作氮肥如NH4HCO3、(NH4)2SO4、NH4NO3等。NH4NO3还是某些炸药的成分NH4Cl用于制备干电池和染料工业它也用于金属的焊接上以除去金属表面的氧化物薄层。

五、人工固氮和天然固氮

   1、人工固氮
   工业上通常用H2和N2 在催化剂、高温、高压下合成氨
   最近两位希腊化学家位于Thessaloniki的阿里斯多德大学的George Marnellos和MichaelStoukides发明了一种合成氨的新方法(Science2Oct.1998P98)。在常压下令氢与用氦稀释的氮分别通入一加热到570℃的以锶-铈-钇-钙钛矿多孔陶瓷(SCY)为固体电解质的电解池中用覆盖在固体电解质内外表面的多孔钯多晶薄膜的催化转化为氨转化率达到78%;对比:几近一个世纪的哈伯法合成氨工艺通常转化率为10至15%!他们用在线气相色谱检测进出电解池的气体用HCl吸收氨引起的pH变化估算氨的产率证实提高氮的分压对提高转化率无效;升高电流和温度虽提高质子在SCY中的传递速度却因SCY导电率受温度限制升温反而加速氨的分解。
   2、天然固氮
   闪电能使空气里的氮气转化为一氧化氮一次闪电能生成80~1500kg的一氧化氮。这也是一种自然固氮。自然固氮远远满足不了农业生产的需求。
   豆科植物中寄生有根瘤菌它含有氮酶能使空气里的氮气转化为氨再进一步转化为氮的化合物。固氮酶的作用可以简述如下:
   除豆科植物的根瘤菌外还有牧草和其他禾科作物根部的固氮螺旋杆菌、一些原核低等植物——固氮蓝藻、自生固氮菌体内都含有固氮酶这些酶有固氮作用。这一类属自然固氮的生物固氮。

六、注意事项

   氨对接触的皮肤组织都有腐蚀和刺激作用可以吸收皮肤组织中的水分使组织蛋白变性并使组织脂肪皂化破坏细胞膜结构。氨的溶解度极高所以主要对动物或人体的上呼吸道有刺激和腐蚀作用常被吸附在皮肤粘膜和眼结膜上从而产生刺激和炎症。可麻痹呼吸道纤毛和损害粘膜上皮组织使病原微生物易于侵入减弱人体对疾病的抵抗力。氨通常以气体形式吸入人体氨被吸入肺后容易通过肺泡进入血液与血红蛋白结合破坏运氧功能。进入肺泡内的氨,时代洛氏硬度计少部分为二氧化碳所中和余下被吸收至血液少量的氨可随汗液、尿液或呼吸排出体外。
   短期内吸入大量氨气后会出现流泪、咽痛、咳嗽、胸闷、呼吸困难、头晕、呕吐、乏力等。若吸入的氨气过多导致血液中氨浓度过高就会通过三叉神经末梢的反射作用而引起心脏的停搏和呼吸停止危及生命。
   长期接触氨气部分人可能会出现皮肤色素沉积或手指溃疡等症状;氨气被呼入肺后容易通过肺泡进入血液与血红蛋白结合破坏运氧功能。短期内吸入大量氨气后可出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、痰带血丝、胸闷、呼吸困难可伴有头晕、头痛、恶心、呕吐、乏力等严重者可发生肺水肿、成人呼吸窘迫综合症同时可能发生呼吸道刺激症状。
   室内空气中氨气主要来自建筑施工中使用的混泥土添加剂。添加剂中含有大量氨内物质在墙体中随着温度、湿度等环境因素的变化而还原成氨气释放出来。

七.NH3系列常用方程式

   NH4+ + H2O NH3.H2O + H+
   2NH4+ + SiO32- + H2O == H4SiO4↓ + 2NH3↑
   NH4+ + AlO2- + H2O == Al(OH)3↓ + NH3↑
   NH4+ + HCO3- + 2OH- == CO32- + H2O + NH3.H2O(向NH4HCO3溶液中加入足量NaOH溶液)
   NH3 + H2O NH3.H2O
   NH3.H2O NH4+ + OH-
   NH3.H2O + Ag+ == AgOH↓+ NH4+ ;2AgOH == Ag2O + H2O (AgNO3溶液中加入少量氨水)
   2NH3.H2O + Ag+ == [Ag(NH3)2]+ + H2O (足量氨水):
   2NH3.H2O + Cu2+ == Cu(OH)2↓+ 2NH4+ (向CuSO4溶液中加入少量氨水):
   4NH3.H2O + Cu2+ == [Cu(NH3)4]2+ + 4H2O (足量氨水):
   2NH3.H2O + Zn2+ == Zn(OH)2↓+ 2NH4+ (向ZnCl2溶液中加入少量氨水)
   4NH3.H2O + Zn2+ == [Zn(NH3)4]2+ + 4H2O ( 足量氨水):
   3NH3.H2O + Al3+ == Al(OH)3↓+ 3NH4+
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