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求真百科


图片来自muayene.com

(Ammonia)或称氨气无水氨,曾音译作𠼞阿摩尼亚,分子式为NH3)是无色气体,有强烈刺激气味(尿味),极易溶于水。常温常压下,1单位体积水可溶解7000万倍体积的氨。氨对地球上的生物相当重要,是所有食物和肥料[1] 的重要成分。氨也是很多药物和商业清洁用品直接或间接的组成部分,具有腐蚀性等危险性质。

由于氨有广泛的用途,成为世界上产量最多的无机化合物之一,约八成用于制作化肥。2006年,氨的全球产量估计为1.465亿吨,主要用于制造商业清洁产品。

氨可以提供孤电子对,所以也是路易斯碱

目录

测试

可以用浓来测试氨气。

NH3 (g) + HCl (g) → NH4Cl (s)

由于氨是弱碱性,所以用红色石蕊纸测试氨,会呈蓝色。由于氨气是气体,所以要先浸湿试纸。

氨水

氨水(NH3[aq] 或者 NH4OH)又称为阿摩尼亚水,指氨的水溶液,有强烈刺鼻气味,具弱碱性

氨水中,氨气分子发生微弱水解生成氢氧根离子及铵根离子。“氢氧化铵”事实上并不存在,只是对氨水溶液中的离子的描述,并无法从溶液中分离出来。

氨的在水中的电离可以表示为:

NH3*H2O = {NH4}^{+} + OH

反应平衡常数K_b=1.8 \times 10^{-5}。

1mol氨水的pH值为11.63,大约有0.42%的NH3变为NH4+

氨水是实验室中氨的常用来源。它可与含铜(II)离子的溶液作用生成深蓝色的配合物,也可用于配置银氨溶液分析化学试剂。

用途

氨水可被土中的土壤胶体吸附和被作物吸收,无残留物质,适用于各种土壤和作物。

  • 由于氨拥有强烈的刺激性气味,在医疗方面,会用少量易于挥发的氨作为使人清醒的吸入剂。
  • 生产硝酸
  • 玻璃清洁剂
  • 有八成的氨生产氮肥
  • 航空燃料X-15
  • 氨是最广泛用的制冷剂之一,可用于空调、冷藏和低温,能用于各种形式的制冷压缩机,蒸发温度可控制在5度至零下65度,代号R717。

氨的合成

1774年,化学家普利斯特里加热氯化铵氢氧化钠的混合物,利用排汞取气法取得氨。

第一次世界大战以前,大部分的氨都是以干馏含氮的蔬菜及动物的粪便(如骆驼粪),并以氢作为还原剂以把亚硝酸及亚硝酸盐还原而制成。除此以外,氨也可以在的干馏或用铵盐与氢氧化物(如氢氧化钙,即熟石灰)共热制得,所使用的铵盐普遍为氯化铵

2NH4Cl + 2CaO = CaCl2 + Ca(OH)2 + 2NH3

现今的工厂大多使用哈伯法: 在200大气压力和500℃的条件下,以氧化铁或铁粉为催化剂,加热氮气氢气制得。

N2 + 3H2 <=> 2NH3

K_\mathrm{eq} = mathrm{\frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3}

这个反应是可逆的。在25℃时平衡常数为6.4×102,在500℃时为1.5×10−5

合成氨的原料气来自于空气(以液态空气的分馏取得),氢气来自于燃料。由于化石燃料短缺, 制氨用的理论上可以用水的电解 (现今4%的由电解制备)或热化裂解(thermal chemical cracking)制得,但现在来说,这些方法都是不实际的。热裂解所需的热能可以从核能反应中取得,而风力发电太阳能发电水力发电产的的过剩电能可以用来电解水制氢。现在为止,以空气及燃料制氨的方法以外的替代方案是不经济的,而且这些方法对环保的作用仍未有定论。

反应

络合反应

NH3分子中氮原子有一对孤对电子,可以作为电子对给予体(路易斯碱)形成加合物。如氨在氢离子络合生成铵离子:

NH3 + H+ = {NH4}^{+}

NH3亦可与金属离子如Ag+、Cu2+等发生错合,生成错合物

Ag+ + 2NH3 = [Ag(NH3)2]
{Cu}^{2+} + 4NH3 = {[Cu(NH3)4]}^{2+}

氧化还原

NH3分子中氮为-3价,在适当条件下可被氧化为N2或更高价氮化合物。

如NH3在纯氧中燃烧,生成N2

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O(ΔHºr = –1267.20 kJ/mol)

在铂催化下可氧化生成水与一氧化氮,是工业制硝酸的重要反应。

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

可还原CuO为Cu:

2NH3 + 3CuO = N2 + 3H2O + 3Cu

常温下NH3可与强氧化剂(如氯气过氧化氢高锰酸钾)直接反应:

2NH3 + 3Cl2 = N2 + 6HCl

酸碱中和

氨是带弱碱性的,会和酸发生酸碱中和反应。例:HNO3+NH3→NH4NO3

氨与强酸反应,生成的盐大多为弱酸性。氨与弱酸(如乙酸)反应,盐则为中性。

酸碱中和是放热反应

液氨

液氨(NH3)指的是液态的氨,为工业上氨气的主要储存形式。是一种常用的非水溶剂和致冷剂,也是除了以外最常用的无机溶剂。不过由于它的挥发性和腐蚀性,液氨在储存和运输时发生事故的机率也相当高。

参考文献

  1. 肥料,台湾肥料股份有限公司