Cách điều chế nh3 trong phòng thí nghiệm

0
112
cách điều chế nh3 trong phòng thí nghiệm

NH3 hay còn gọi là khí amoniac là loại khí phổ biến và được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Vậy theo các bạn có bao nhiêu cách điều chế NH3 trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp. Hãy cùng thuvienhoidap.net tìm hiểu chủ đề hóa học này nha.

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 + 2H2

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.

Amoniac (NH3) là gì?

Amoniac là một chất vô cơ, có công thức hóa học là NH3, là chất khí không màu, có mùi hắc. 

Gồm một nguyên tử nitơ có 5 electron hóa trị, trong đó có 3 electron chưa ghép đôi, khi kết hợp với nguyên tử hydro, mỗi nguyên tử nitơ có thể kết hợp với 3 nguyên tử hidro để tạo thành phân tử amoniac thông qua liên kết cộng hóa trị có cực.

Nguyên tử nitơ trong phân tử amoniac có một cặp electron duy nhất. Cấu trúc không gian của phân tử amoniac là phân tử hình chóp tam giác.

Amoniac được biết là tự nhiên xuất hiện ở nhiều nơi trong môi trường như đất, không khí và trong thảm thực vật. Cũng có thể lưu ý rằng cơ thể con người tạo ra amoniac một cách tự nhiên trong khi phân hủy các thực phẩm chứa protein thành các axit amin.

Tính chất vật lý của NH3

  • Là một chất khí không màu, có mùi hắc nồng như mùi nước tiểu.
  • Hòa tan trong nước, etanol và ete.
  • Bị phân hủy thành nitơ và hydro ở nhiệt độ cao, có tác dụng khử.
  • Khối lượng phân tử tương đối: 17.031
  • Tỷ trọng của khí amoniac ở điều kiện tiêu chuẩn: 0,771g / L
  • Điểm nóng chảy: -77,7 °C
  • Điểm sôi: -33,5 ℃
  • Rất dễ tan trong nước (khối lượng: 1:700 hoặc khối lượng 53,97g / 100g)
  • Điểm đánh lửa tự động: 651,1 ℃
  • Áp suất tối đa: 11,2MPa
  • Hệ số nén tối đa: 0,242
  • Hệ số giãn nở nhiệt chất lỏng: 0,0025 1 / ℃ ở 25 ℃
  • Tỷ lệ nhiệt dung riêng của khí: 1,301

Tính chất hóa học của NH3

Vì NH3 là dung dịch bazơ nên nó mang đầy đủ tính chất hóa học của bazơ như tác dụng với axit, muối, oxi hóa…

a – NH3 phản ứng với dung dịch axit

Vì NH3 là một bazơ yếu nên có thể tác dụng được với nhiều dung dịch axit để tạo thành muối.

NH3 tác dụng với axit HNO3 để tạo thành sản phẩm là muối Amoni nitrat.

  • NH3 + HNO3 → NH4NO3

NH3 tác dụng với axit H2SO4 để tạo thành sản phẩm là muối amoni sunfat

  • 2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4

Amoniac tác dụng với axit HCl để tạo thành muối Amoni clorua

  • NH3 + HCl → NH4Cl

Amoniac tác dụng với axit photphoric để tạo thành muối Amoni photphat

  • 3NH3 + H3PO4  → (NH4)3PO4

NH3 tác dụng với axit axetic để tạo thành muối Amoni axetat

  • NH3 + CH3COOH → CH3COONH4

Amoniac tác dụng với axit cacbonic để tạo thành muối Amoni bicacbonat

  • NH3 + H2CO3 → NH4HCO3

b – Phản ứng oxi hóa khử 

NH3 có thể phản ứng với oxi, khí cacbon

NH3 tác dụng với oxi 

Khí amoniac bị đốt cháy trong không khí để tạo thành khí NO và nước 

  • 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2

Khi đốt cháy khí amoniac trong oxi nguyên chất thì sản phẩm tạo thành là khí N2 và nước

  • 4NH3 + 3O2 ( oxi nguyên chất) →  2N2 + 6H2

Amoniac tác dụng với khí cacbon 

  • NH3 + C → HCN +H2

c – Phản ứng thế của NH3

Một dạng của phản ứng thay thế là hiđro trong phân tử amoniac được thay thế bởi các nguyên tử hoặc nhóm khác để tạo ra một loạt các chất dẫn xuất amoniac. 

Một dạng khác là amoniac thay thế các nguyên tử hoặc nhóm trong các hợp chất khác bằng các nhóm amin hoặc imino của nó.

  • COCl2 + 4NH3 → CO(NH)2 + 2NH4Cl
  • HgCl2 + 2NH3 → Hg(NH2)Cl + NH4Cl

d – Phản ứng với oxit kim loại 

NH3 có thể khử các oxit kim loại thành kim loại nguyên chất. 

Ví dụ phản ứng khử đồng ra khỏi hợp chất đồng oxit của NH3

  • 2NH3 + 3CuO → 3Cu + N2 + 2H2

Đây là một phản ứng oxi hóa – khử , sử dụng amoniac và đồng oxit để đun nóng cùng nhau, thể hiện tính khử của amoniac.

Khí amoniac có thể khử hợp chất bạc oxit thành bạc nguyên chất 

  • 3Ag2O + 2NH3 → 6Ag + N2 + 3H2O

Hoặc NH3 có thể khử oxit sắt thành sắt nguyên chất

  • Fe2O3 + 2NH3 → 2Fe + N2 + 3H2O

e – NH3 tác dụng với dung dịch muối

Vì có tính bazơ nên NH3 tác dụng với dung dịch muối để tạo thành bazơ mới và muối mới.

Ví dụ phản ứng hóa học giữa amoniac với muối sắt III clorua

  • FeCl3 + 3NH3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3NH4Cl

Phản ứng giữa amoniac với muối đồng sunfat

  • CuSO4 + 2NH3 + 2H2O → Cu(OH)2↓ + (NH4)2SO4

Phản ứng giữa amoniac với bạc clorua

  • AgCl + 2NH3 + H2O → (Ag(NH3)2)OH + HCl

Các phản ứng với dung dịch muối khác

  • FeSO4 + 2NH3 + 2H2O → Fe(OH)2 + (NH4)2SO4
  • AlCl3 + 3NH3 + 3H2O → Al(OH)3 + 3NH4Cl

Cách nhận biết NH3 

Có nhiều cách nhận biết dung dịch amoniac gồm:

  • Cách 1: Thử bằng giấy quỳ đỏ ướt, giấy thử chuyển sang màu xanh lam chứng tỏ có khí amoniac. Vì NH3 có tính bazơ yếu nên có thể đổi màu giấy quỳ tím sang màu xanh.
  • Cách 2: Nhúng một đũa thủy tinh vào dung dịch axit clohiđric đặc nếu thấy có khói trắng, chứng tỏ có khí amoniac.
  • Cách 3: Sử dụng các thiết bị điện tử hay kit test nhanh amoniac để nhận biết hàm lượng hay nồng độ NH3 trong nước.
  • Cách 4: Khi thêm vào dung dịch đồng sunfat, amoniac làm dung dịch chuyển sang màu xanh lam đậm.
  • NH3  + CuSO4  + H2O → [Cu(NH3)4(H2O)]SO4

Ứng dụng của amoniac 

  • Được sử dụng làm phân bón vì nó làm tăng năng suất cây trồng, các loại phân có hàm lượng đạm cao như phân urê, phân amoni nitrat… đều sản xuất từ khí amoniac.
  • Được sử dụng trong gia đình như một chất tẩy rửa, NH3 được pha với nước để làm sạch thép không gỉ và thủy tinh.
  • Amoniac được sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm như một chất kháng khuẩn.
  • Được sử dụng nó như một chất làm lạnh, trong các nhà máy nước đá.
  • Được sử dụng trong công nghiệp lên men.
  • Được sử dụng như một chất điều chỉnh pH trong quá trình lên men.
  • NH3 được sử dụng để trung hòa chất ô nhiễm như oxit nitơ thải ra từ động cơ diesel.
  • Được dùng làm nhiên liệu cho động cơ tên lửa.
  • Được sử dụng trong các ngành công nghiệp dệt may, được sử dụng trong sản xuất sợi tổng hợp như rayon và nylon.

Những tác hại mà khí amoniac

Khi tiếp xúc với amoniac với nồng độ nhẹ

  • Nhiễm độc amoniac ở mức độ nhẹ có biểu hiện như viêm mũi , viêm họng , đau họng và phát âm khàn. Amoniac đi vào khí quản và phế quản có thể gây ho, khạc đờm và có máu trong đờm. 
  • Có thể ho ra máu nặng và phù phổi, khó thở, ho có bọt trắng hoặc đờm có máu, phổi nổi nhiều bọng nước to, vừa và to. Bệnh nhân đau rát cổ họng, ho, khạc ra máu hoặc ho ra máu, tức ngực và đau sau xương ức .

Khi tiếp xúc với amoniac thường xuyên

  • Ngộ độc amoniac cấp tính biểu hiện chủ yếu là kích ứng niêm mạc đường hô hấp và bỏng. Các triệu chứng thay đổi tùy theo nồng độ amoniac, thời gian hít vào và mức độ nhạy cảm của cá nhân.
  • Ngộ độc cấp tính nhẹ: khô họng, đau họng, khàn tiếng , ho, khạc ra đờm, tức ngực và nhức đầu nhẹ, chóng mặt, mệt mỏi, viêm phế quản và viêm phế quản .
  • Ngộ độc cấp tính vừa: Các triệu chứng trên nặng lên, khó thở, đôi khi có đờm đỏ ngầu, tím tái nhẹ, xung huyết kết mạc rõ, phù nề thanh quản, phổi có ran ẩm ướt và khô.
  • Ngộ độc nặng cấp tính: ho dữ dội, nhiều đờm có bọt màu hồng, khó thở, tim đập nhanh, khó thở, nặng hơn nữa là phù thanh quản, tím tái rõ ràng, hoặc hội chứng suy hô hấp cấp , tràn khí màng phổi nặng và khí phế thũng trung thất.