Азот. Аммиак. Соли аммония

Неметаллы · Тема 20 / 35

Азот. Аммиак. Соли аммония

Этот урок проведём в субботу на дедушкином пшеничном поле: утром на поле разбрасывают мочевину, в обед дядя, который работает на заводе в Сумгайыте, рассказывает о синтезе аммиака, вечером в сарае удобрение просыпается в известь и распространяется резкий запах. Мы увидим в анимациях прочность молекулы азота, получение и свойства аммиака, соли аммония и оксиды азота и решим задания ГЭЦ по газовым смесям.

≈ 50 минутГлав: 6Заданий ГЭЦ: 6материал 9–11 классов

После урока ты сможешь

• объяснять строение атома азота и молекулы N₂, причину инертности азота;
• описывать строение аммиака, его получение в лаборатории и промышленности;
• записывать уравнения основных и восстановительных свойств аммиака, понимать донорно-акцепторный механизм;
• распознавать соли аммония и ион NH₄⁺, различать оксиды азота;
• решать задачи на газовые смеси по реакции N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃.

Перед началом вспомни

• Электронное строение атома, ковалентная связь, валентность и степень окисления.
• Количество вещества, молярный объём (22,4 л/моль), закон Авогадро.
• Расчёты по веществу в избытке; начальное понятие о химическом равновесии.

Содержание

1. ВведениеСитуация: удобрение на пшеничном полеистория и предположение
2. Глава 1Азот: атом, молекула, свойстваN≡N, степени окисления, получение
3. Глава 2Аммиак: строение и получение в лабораториипирамида, 107°, сосуд вверх дном
4. Глава 3Промышленный синтез аммиака. Расчёты по газовым смесямусловия синтеза, Δν = ν(NH₃), избыток
5. Глава 4Химические свойства аммиакаосновные свойства, NH₄⁺, восстановитель, мочевина
6. Глава 5Соли аммония. Обнаружение иона NH₄⁺реакция со щёлочью, термическое разложение
7. Глава 6Оксиды азотаN₂O … N₂O₅, молния, кислотные дожди
8. ПрактикумТренировка на экзаменационных заданияхзаданий ГЭЦ: 1, с ответом и официальным пояснением
9. ИтогиЗапомникраткий итог и типичные ошибки
10. ИтогиСамостоятельная работазаданий: 6, от простых к сложным

Введение

Ситуация: удобрение на пшеничном поле

История

Начало апреля, дедушкино пшеничное поле в Сабирабаде. Ученик 9 класса в субботу помогает дедушке. Дедушка горстями разбрасывает по полю белые гранулы из сумки. На мешке написано: «Мочевина CO(NH₂)₂, азот 46 %, 30 кг». Дедушка говорит: «Чтобы пшеница зеленела, почве нужен азот».

Ученик удивляется: воздух на 78 % состоит из азота — почему пшеница не берёт его прямо из воздуха? Дедушка объясняет, что это удобрение делают в Сумгайыте из природного газа и воздуха: сначала аммиак, а из него — мочевину. Сколько же килограммов аммиака ушло на заводе на эти 30 кг мочевины?

Дедушка разбрасывает мочевину по полю; в круге молекулы воздуха — в основном N₂.Сначала предположи

Как ты думаешь, сколько килограммов аммиака нужно, чтобы получить 30 кг мочевины? Ответ рассчитаем в 4-й главе.

Азота в воздухе много, но его молекула очень прочна — растения не могут её «разорвать». Человек научился в промышленности соединять эту молекулу с водородом и превращать в аммиак; азот удобрений, красителей, лекарств в основном приходит из аммиака. В этом уроке мы раскроем секрет молекулы азота, изучим получение и свойства аммиака, соли аммония и оксиды азота и решим расчётные задания ГЭЦ по газовым смесям.

Глава 1

Азот: атом, молекула, свойства

Азот находится во 2-м периоде, в группе V A: Z = 7, электронная формула 1s² 2s² 2p³. На внешнем слое 5 электронов: одна пара (2s²) и три неспаренных электрона (2p³). Три неспаренных электрона объясняют обычную валентность азота III (NH₃, N₂). Во 2-м периоде нет d-орбиталей, поэтому пять связей азот образовать не может: его высшая валентность IV (за счёт донорно-акцепторной связи: NH₄⁺, HNO₃), а степени окисления — от −3 до +5.

Анимация · образование молекулы азотаТри неспаренных электрона каждого атома образуют три общие пары: одну σ- и две π-связи. Энергия связи N≡N — 946 кДж/моль, почти вдвое больше, чем у O=O. Поэтому при обычных условиях азот очень инертен.Азот

Азот (N₂) — бесцветный газ без запаха и вкуса, немного легче воздуха (M = 28), мало растворим в воде, сжижается при −196 °C. Составляет 78 % воздуха по объёму. В молекуле атомы соединены тройной связью: N≡N.

Степени окисления азота: соединения со степенью −3 — только восстановители, со степенью +5 — только окислители.

Элемент можно узнать и по формулам. В водородном соединении неметалла степень окисления равна (номер группы − 8): соединение типа XH₃ — у элемента V группы (N−3). В кислоте степень находим из суммы: в HXO₃ (+1) + x + 3·(−2) = 0, x = +5 — снова высшая степень V группы.

Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 07.06.2026

Каким элементом может быть X в соединениях HXO₃ и XH₃?

Рисунок меняется вместе с шагами.A) ClB) SiC) CD) SE) N

1. HXO₃: (+1) + x + 3·(−2) = 0 → X⁺⁵. XH₃: x + 3·(+1) = 0 → X⁻³.
2. Проверим для каждого элемента водородное соединение и кислородную кислоту: Cl — HCl (не XH₃); Si — SiH₄, H₂SiO₃; C — CH₄, H₂CO₃; S — H₂S, H₂SO₃/H₂SO₄.Почему так?

   У хлора есть кислота HClO₃ (Cl⁺⁵), но его водородное соединение — HCl (Cl⁻¹), ClH₃ не существует.

3. Обе формулы подходят только для азота: NH₃ (N⁻³) и HNO₃ (N⁺⁵) — элемент группы V A.Почему так?

   Степени −3 и +5 вместе — признак V группы: 5 − 8 = −3 и +5.

4. Ответ: N (вариант E).

Официальное пояснение ГЭЦ (07.06.2026)

Из данных элементов только азот образует соединения типа HXO₃, т. е. HNO₃, и XH₃, т. е. NH₃.Источник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 07.06.2026, I группа специальностей (PDF)

Получение. В промышленности азот получают фракционной перегонкой жидкого воздуха: азот (−196 °C) выкипает раньше кислорода (−183 °C). В лаборатории используют разложение нитрита аммония: NH₄NO₂ t→ N₂↑ + 2H₂O. Химические свойства. При обычных условиях азот соединяется только с литием: 6Li + N₂ → 2Li₃N. При нагревании с металлами он даёт нитриды, с водородом — аммиак, в электрическом разряде с кислородом — NO: 3Mg + N₂ t→ Mg₃N₂, N₂ + 3H₂ t, p, кат.⇄ 2NH₃, N₂ + O₂ ⇄ 2NO. С водородом и металлами азот — окислитель (N⁰ → N⁻³), с кислородом — восстановитель (N⁰ → N⁺²).

Пример 1

20 г нитрида магния (Mg₃N₂) полностью гидролизуются водой: Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₂ + 2NH₃↑. Сколько литров (н. у.) аммиака выделится? Mr(Mg₃N₂) = 100.

1. n(Mg₃N₂) = 20 : 100 = 0,2 моль.
2. По уравнению 1 моль нитрида даёт 2 моль NH₃: n(NH₃) = 0,4 моль.Почему так?

   Каждый атом азота нитрида (N⁻³) переходит в молекулу NH₃; в формуле 2 атома азота.

3. V = 0,4 · 22,4 = 8,96 л.
4. Ответ: 8,96 л NH₃.

Проверь себя

Какова степень окисления азота в N₂O₃? (Запиши число без знака.)

2x + 3·(−2) = 0.

Глава 2

Аммиак: строение и получение в лаборатории

В молекуле аммиака атом азота образует три ковалентные полярные связи с тремя атомами водорода. Четыре электронных облака азота (три связи и неподелённая пара) sp³-гибридизованы, но неподелённая пара немного «сжимает» связи: молекула имеет форму тригональной пирамиды, угол H–N–H равен 107° (меньше тетраэдрического 109,5°). Молекула полярна, между молекулами аммиака есть водородные связи.

NH₃: три общие пары и одна неподелённая; неподелённая пара позже участвует в образовании иона аммония.Аммиак

Аммиак (NH₃) — бесцветный газ с резким запахом, примерно в 1,7 раза легче воздуха (M = 17). Сжижается при −33 °C (жидкий аммиак применяют в холодильных установках). Очень хорошо растворим в воде: при 20 °C в 1 объёме воды ~700 объёмов NH₃. Ядовит: раздражает дыхательные пути. 10 %-ный водный раствор в медицине называют «нашатырным спиртом».

В лаборатории аммиак получают, нагревая соль аммония со щёлочью, обычно смесь хлорида аммония и гашёной извести: 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ t→ CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O. Газ легче воздуха, поэтому его собирают в сосуд, перевёрнутый вверх дном; он очень растворим в воде, поэтому способ вытеснения воды не подходит. Когда сосуд заполнится, влажная красная лакмусовая бумажка у его отверстия синеет.

Анимация · получение аммиака в лабораторииОтверстие пробирки немного опущено — чтобы выделяющаяся вода не стекла на дно и не разбила её. Молекулы NH₃ выходят из конца трубки, заполняют перевёрнутую пробирку сверху вниз и вытесняют воздух.Пример 2

Смесь 21,4 г NH₄Cl и 22,2 г Ca(OH)₂ нагрели. Сколько литров (н. у.) аммиака получится? Mr(NH₄Cl) = 53,5, Mr(Ca(OH)₂) = 74.

1. n(NH₄Cl) = 21,4 : 53,5 = 0,4 моль, n(Ca(OH)₂) = 22,2 : 74 = 0,3 моль.
2. По уравнению на 0,4 моль NH₄Cl нужно 0,2 моль Ca(OH)₂, а есть 0,3 моль — Ca(OH)₂ в избытке, считаем по NH₄Cl.Почему так?

   Расчёт всегда ведут по веществу, которое расходуется полностью (в недостатке); часть вещества в избытке после реакции остаётся.

3. n(NH₃) = n(NH₄Cl) = 0,4 моль, V = 0,4 · 22,4 = 8,96 л.
4. Ответ: 8,96 л NH₃.

Проверь себя

10,7 г NH₄Cl нагрели с избытком Ca(OH)₂. Сколько литров (н. у.) NH₃ получится?

n(NH₄Cl) = 10,7 : 53,5 = 0,2 моль = n(NH₃).

Глава 3

Промышленный синтез аммиака. Расчёты по газовым смесям

История

К обеду приезжает дядя — он оператор на аммиачно-карбамидном заводе в Сумгайыте. Ученик задаёт ему утренний вопрос. Дядя показывает на телефоне фото завода: «Компрессор сжимает азот и водород в отношении 1 : 3 и подаёт в высокую колонну синтеза. Внутри железный катализатор, 450 °C и 300 атм. Выходящую смесь охлаждаем, аммиак отделяем жидким, а остальные газы снова возвращаются в колонну».

«За один проход реагируют не все газы. Например, за час в колонну входит 400 кмоль смеси, а на выходе — 352 кмоль газа». Ученик спрашивает: можно ли по этой разнице найти полученный аммиак? Сколько кмоль NH₃ получается и какая доля азота вступает в реакцию?

По трубам азотоводородная смесь входит в колонну, аммиак течёт в хранилище, непрореагировавшие газы возвращаются.

В промышленности аммиак получают прямым синтезом: N₂ + 3H₂ t, p, кат.⇄ 2NH₃ + Q. Реакция обратимая и экзотермическая, из 4 объёмов газов получается 2 объёма. Поэтому повышение давления смещает равновесие в сторону аммиака (200–300 атм). Низкая температура тоже повысила бы выход, но реакция шла бы очень медленно — компромисс: 450–500 °C и железный катализатор. За один проход реагирует лишь 15–25 % смеси, поэтому аммиак отделяют охлаждением, а оставшиеся N₂ и H₂ возвращают в цикл.

Анимация · N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃: количество газов уменьшаетсяВ каждом «акте» исчезают 4 молекулы (1 N₂ + 3 H₂) и появляются 2 NH₃: общее число уменьшается на 2. В равновесии скорости прямой и обратной реакций выравниваются, и количество больше не меняется.Правило уменьшения смеси

Если в реакцию вступает k моль N₂ и 3k моль H₂, образуется 2k моль NH₃, а общее количество газов уменьшается на Δν = 4k − 2k = 2k. Значит: ν(NH₃) = Δν, ν(N₂)реаг. = Δν/2, ν(H₂)реаг. = 1,5·Δν. При одинаковых условиях то же верно для объёмов: V(NH₃) = ΔV.

История

Вопрос дяди. Δν = 400 − 352 = 48 кмоль — это и есть количество полученного аммиака: ν(NH₃) = 48 кмоль (816 кг). В реакцию вступило k = 24 кмоль N₂ и 72 кмоль H₂. Во входящих 400 кмоль (1 : 3) было 100 кмоль N₂, значит за один проход реагирует 24 % азота — остальные 76 кмоль N₂ по циклу снова возвращаются в колонну.

Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 07.06.2026

По графику зависимости от времени общего количества (ν) вступающих в реакцию и образующихся газов при реакции водорода с азотом в определённых условиях вычислите число молей водорода, вступившего в реакцию к моменту t₁.

Рисунок меняется вместе с шагами.

1. N₂ + 3H₂ → 2NH₃: при реакции k моль N₂ и 3k моль H₂ (всего 4k моль) образуется 2k моль NH₃.
2. Уменьшение общего количества: 4k − 2k = 2k. По графику: 120 − 96 = 24 моль.Почему так?

   Общее количество на графике включает и оставшиеся N₂ и H₂, и образовавшийся NH₃ — поэтому уменьшение не 4k, а 2k.

3. 2k = 24, k = 12; вступивший водород 3k = 36 моль.
4. Ответ: 36 моль.

Официальное пояснение ГЭЦ (07.06.2026)

N₂ + 3H₂ → 2NH₃ Из уравнения реакции видно, что когда в реакцию вступает 1k + 3k = 4k моль газовой смеси, образуется 2k моль газа. Уменьшение общего количества вступающих и образующихся газов составляет 4k – 2k = 2k моль. По графику же уменьшение равно 120 – 96 = 24 моль. 2k моль уменьшения-----------3k моль H₂ 24 моль уменьшения-------- x моль H₂ x = 36Источник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 07.06.2026, IV группа специальностей (PDF)

Если смесь взята не в стехиометрическом отношении (1 : 3), сначала нужно найти, какое вещество в избытке: количество продукта считаем по веществу, которое расходуется полностью.

Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 07.06.2026

Вычислите, сколько граммов аммиака получено, когда одно из веществ израсходовано полностью. Aᵣ(H)=1, Aᵣ(N)=14

Рисунок меняется вместе с шагами.A) 85B) 51C) 17D) 68E) 34

1. По уравнению N₂ : H₂ = 1 : 3: на 1 моль N₂ нужно 3 моль H₂.
2. Есть 4 моль H₂ — 1 моль в избытке; N₂ расходуется полностью, расчёт ведём по азоту.Почему так?

   Если считать по водороду (4 моль → 8/3 моль NH₃), мы «израсходуем» азот, которого нет, — это ошибка.

3. 1 моль N₂ → 2 моль NH₃, m = 2 · 17 = 34 г.
4. Ответ: 34 г (вариант E).

Официальное пояснение ГЭЦ (07.06.2026)

Так как азот и водород реагируют в отношении 1:3, N₂ расходуется полностью. Поэтому расчёт ведётся по азоту. 1 моль ------------ x г N₂ + 3H₂ → 2NH₃ 1моль ------------ 34 г x=34 гИсточник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 07.06.2026, I группа специальностей (PDF)

Пример 3

В смеси 4 л N₂ и 15 л H₂ (одинаковые условия) реакция прошла до конца. Какие газы и в каких объёмах будут после реакции?

1. По закону Авогадро объёмы относятся как моли: на 4 л N₂ нужно 3 · 4 = 12 л H₂.Почему так?

   При одинаковых условиях объёмы газов пропорциональны коэффициентам уравнения — переходить к молям не нужно.

2. H₂ в избытке: остаётся 15 − 12 = 3 л; V(NH₃) = 2 · 4 = 8 л.
3. Проверка по правилу: ΔV = 19 − 11 = 8 л = V(NH₃).
4. Ответ: 8 л NH₃ и 3 л H₂ (всего 11 л).

В лаборатории меняй количества азота и водорода, подаваемые в колонну, и долю прореагировавшего вещества, взятого в недостатке. Обрати внимание, какое вещество остаётся в избытке и что уменьшение общего количества всегда равно количеству NH₃.

Лаборатория · колонна синтезаN₂, моль4H₂, моль12доля прореагировавшего вещества в недостатке50 %Проверь себя

Какое наибольшее количество NH₃ (моль) можно получить из смеси 10 моль N₂ и 24 моль H₂?

H₂ в недостатке: в реакцию может вступить 24 : 3 = 8 моль N₂.

Глава 4

Химические свойства аммиака

Свойства аммиака определяют две особенности: неподелённая электронная пара азота (поэтому аммиак как основание присоединяет протон) и низшая степень окисления азота −3 (поэтому аммиак может быть только восстановителем).

С водой. Водный раствор аммиака — слабое основание: NH₃ + H₂O ⇄ NH₃·H₂O ⇄ NH₄⁺ + OH⁻. В растворе есть ионы OH⁻, поэтому фенолфталеин становится малиновым, лакмус — синим. Насколько хорошо аммиак растворяется в воде, показывает опыт «фонтан».

Анимация · опыт «фонтан»Несколько капель воды растворяют большую часть аммиака в колбе, давление в ней резко падает, и атмосферное давление гонит воду вверх. Фенолфталеин показывает, что раствор щелочной.

С кислотами аммиак образует соли аммония: NH₃ + HCl → NH₄Cl (при встрече паров двух концентрированных растворов возникает белый «дым» — кристаллы NH₄Cl), 2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄, 3NH₃ + H₃PO₄ → (NH₄)₃PO₄. Молекула аммиака присоединяет протон кислоты за счёт неподелённой пары — это донорно-акцепторный механизм.

Анимация · донорно-акцепторная связь: NH₄⁺Азот (донор) предоставляет пару, протон (акцептор) — свободную орбиталь. Возникшая четвёртая связь ничем не отличается от остальных трёх. Валентность азота растёт с III до IV, а степень окисления остаётся −3.Донорно-акцепторный механизм

Донорно-акцепторный механизм — образование ковалентной связи за счёт неподелённой электронной пары одного атома (донора) и свободной орбитали другого (акцептора). В ионе аммония NH₄⁺ валентность азота IV, степень окисления −3.

Восстановительные свойства. Аммиак горит в чистом кислороде: 4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O. На платиновом катализаторе он окисляется до NO — первая стадия производства азотной кислоты: 4NH₃ + 5O₂ Pt, t→ 4NO + 6H₂O. Нагретый оксид меди(II) он восстанавливает до металла: 2NH₃ + 3CuO t→ 3Cu + N₂ + 3H₂O. С углекислым газом (при высоких давлении и температуре) получают самое богатое азотом удобрение — мочевину: 2NH₃ + CO₂ t, p→ CO(NH₂)₂ + H₂O.

История

Вопрос про дедушкин мешок. M(CO(NH₂)₂) = 60, n = 30 : 60 = 0,5 кмоль. По уравнению на каждый моль мочевины нужно 2 моль аммиака: n(NH₃) = 1 кмоль, m(NH₃) = 17 кг. Проверка по азоту: в 17 кг NH₃ 14 кг азота, и в 30 кг мочевины 30 · 28/60 = 14 кг — отсюда «46 %» на мешке (28/60 ≈ 46,7 %). Эти 14 кг азота когда-то были молекулами N₂ в воздухе.

Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 13.07.2025

Вычислите x, если одно из исходных веществ полностью вступило в реакцию. Mᵣ((NH₂)₂CO)=60

Рисунок меняется вместе с шагами.A) 28B) 33,6C) 11,2D) 24E) 44,8

1. 2NH₃ + CO₂ → CO(NH₂)₂ + H₂O; n(мочевины) = 15 : 60 = 0,25 моль.
2. На эту мочевину нужно 0,25 моль CO₂ = 5,6 л, дано 22,4 л — CO₂ в избытке.Почему так?

   По условию одно из исходных веществ прореагировало полностью; CO₂ в избытке, значит, полностью израсходован NH₃.

3. n(NH₃) = 2 · 0,25 = 0,5 моль, x = 0,5 · 22,4 = 11,2 л.
4. Ответ: 11,2 л (вариант C).

Официальное пояснение ГЭЦ (13.07.2025)

44,8 литра 22,4 литра 60 2 NH₃ + CO₂ → CO(NH₂)₂ +H₂O x литров 22,4 литра 15 данный газ CO₂ взят в избытке. Как видно, из 22,4 литра CO₂ в реакцию вступает в 4 раза меньше, т. е. 5,6 литра газа. 44,8 литра ------ 60 г CO(NH₂)₂ x литров -------- 15 г CO(NH₂)₂ ∕ x=11,2 литра (н. у.) NH₃ полностью вступает в реакциюИсточник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 13.07.2025, I группа специальностей (PDF)

Так спрашивают на экзаменеГЭЦ · 01.06.2025

В реакциях аммиака с какими веществами валентность азота не меняется?1. H₂SO₄2. O₂ (горение)3. CuO4. H₃PO₄5. CO₂6. HCl

Рисунок меняется вместе с шагами.A) 2, 3, 5B) 1, 5, 6C) 1, 4, 6D) 3, 4, 6E) 1, 2, 4

1. В NH₃ азот образует три связи — его валентность III. Валентность становится IV только при образовании иона NH₄⁺ (донорно-акцепторная связь).
2. 1, 4, 6 — с кислотами соли аммония: (NH₄)₂SO₄, (NH₄)₃PO₄, NH₄Cl — валентность азота меняется III → IV.Почему так?

   Степень окисления здесь не меняется (−3), но меняется число связей — валентность есть число связей.

3. 2, 3 — азот окисляется до N₂: 4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O, 2NH₃ + 3CuO → N₂ + 3Cu + 3H₂O; в N≡N валентность III. 5 — мочевина CO(NH₂)₂: каждый азот образует три связи (III).Почему так?

   В 2 и 3 степень окисления меняется (−3 → 0), а валентность остаётся III: валентность и степень окисления — не одно и то же.

4. Валентность не меняется в реакциях 2, 3, 5. Внимание: в PDF-файле ГЭЦ для этого задания нет строки «Правильный ответ»; ответ следует из пояснения ГЭЦ.
5. Ответ: 2, 3, 5 (вариант A).

Официальное пояснение ГЭЦ (01.06.2025)

2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄ (валентность азота III → IV) 4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O (валентность азота III → III) 2NH₃ + 3CuO → N₂ + 3H₂O + 3Cu (валентность азота III→ III) 3NH₃ + H₃PO₄ → (NH₄)₃PO₄ (валентность азота III → IV) 2NH₃ + CO₂ → CO(NH₂)₂ + H₂O (валентность азота III → III) NH₃ + HCl → NH₄Cl (валентность азота III → IV)Источник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 01.06.2025, IV группа специальностей (PDF)

Пример 4

17 г NH₃ пропустили через раствор, содержащий 49 г H₂SO₄. Какая соль и сколько граммов её получится? Mr((NH₄)₂SO₄) = 132.

1. n(NH₃) = 17 : 17 = 1 моль, n(H₂SO₄) = 49 : 98 = 0,5 моль; отношение 2 : 1.
2. При отношении 2 : 1 получается средняя соль: 2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄, n = 0,5 моль.Почему так?

   Если бы NH₃ было меньше (1 : 1), получилась бы кислая соль NH₄HSO₄.

3. m = 0,5 · 132 = 66 г.
4. Ответ: 66 г (NH₄)₂SO₄.

Проверь себя

Сколько литров (н. у.) NH₃ нужно, чтобы превратить 9,8 г H₃PO₄ в (NH₄)₃PO₄?

n(H₃PO₄) = 0,1 моль; 3NH₃ + H₃PO₄ → (NH₄)₃PO₄.

Глава 5

Соли аммония. Обнаружение иона NH₄⁺

История

Вечером дедушка готовит в сарае ведро известкового молока — Ca(OH)₂ — чтобы побелить стволы деревьев. Из соседнего мешка в ведро просыпается удобрение — сульфат аммония. Вскоре сарай наполняется резким, вызывающим слёзы запахом — точно как у нашатырного спирта.

Ученик берёт из школьного набора влажную красную лакмусовую бумажку и держит над ведром — бумажка синеет. «Дедушка, азот удобрения улетает в воздух!» Допустим, в ведро просыпалось около 1,32 кг сульфата аммония. Что происходит в этой реакции и сколько аммиака (литров, н. у.) может выделиться?

Из извести поднимается аммиак, влажная лакмусовая бумажка синеет; в круге ион NH₄⁺ отдаёт протон иону OH⁻.

Соли аммония — соли, содержащие катион NH₄⁺: NH₄Cl («нашатырь»), NH₄NO₃ (аммиачная селитра), (NH₄)₂SO₄, (NH₄)₂HPO₄, NH₄HCO₃. Это ионные кристаллы, белые, хорошо растворимые в воде, сильные электролиты. Ион NH₄⁺ по размеру близок к K⁺, поэтому соли аммония похожи на соли калия. Но у них есть два особых свойства: со щелочами они выделяют аммиак, а при нагревании разлагаются.

Качественная реакция на ион NH₄⁺

При нагревании соли аммония со щёлочью выделяется аммиак: NH₄⁺ + OH⁻ t→ NH₃↑ + H₂O, например NH₄Cl + NaOH t→ NaCl + NH₃↑ + H₂O. Аммиак узнают по запаху, по посинению влажного красного лакмуса или по белому «дыму» у стеклянной палочки, смоченной концентрированной HCl.

Анимация · обнаружение иона аммонияИон OH⁻ отнимает протон у NH₄⁺, образуется молекула аммиака, которая при нагревании покидает раствор. На влажной лакмусовой бумажке аммиак снова даёт ионы OH⁻ — бумажка синеет.История

Вопрос сарая. (NH₄)₂SO₄ + Ca(OH)₂ → CaSO₄ + 2NH₃↑ + 2H₂O. M((NH₄)₂SO₄) = 132, n = 1320 : 132 = 10 моль, n(NH₃) = 20 моль, V = 20 · 22,4 = 448 л (340 г). Это весь азот удобрения — 280 г! Поэтому аммонийные удобрения нельзя смешивать с известью, золой и другими щелочными веществами, их хранят в сухом месте. Дедушка выносит ведро во двор и оставляет дверь сарая открытой.

Термическое разложение. Все соли аммония при нагревании разлагаются; продукты зависят от природы аниона:

Соль	При нагревании
NH₄Cl	NH₄Cl ⇄ NH₃↑ + HCl↑ (на холодной стенке снова NH₄Cl — похоже на «возгонку»)
NH₄HCO₃	NH₄HCO₃ → NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O (остатка нет — разрыхлитель теста в кондитерских)
NH₄NO₂	NH₄NO₂ → N₂↑ + 2H₂O (ОВР: N⁻³ и N⁺³ → N⁰)
NH₄NO₃	NH₄NO₃ → N₂O↑ + 2H₂O (ОВР: N⁻³ и N⁺⁵ → N⁺¹)

Пример 5

20 г смеси NH₄Cl и NaCl длительно прокаливали. Остаток составил 9,3 г. Найдите массовую долю NH₄Cl в смеси.

1. При нагревании NH₄Cl полностью разлагается на газы (NH₃ и HCl), NaCl не меняется — остаток — только NaCl.Почему так?

   Газы уходят из открытого сосуда; NaCl же плавится выше 800 °C и не разлагается.

2. m(NH₄Cl) = 20 − 9,3 = 10,7 г, ω = 10,7 : 20 = 0,535.
3. Ответ: 53,5 %.

Проверь себя

Какова массовая доля азота в нитрате аммония (NH₄NO₃), %?

M(NH₄NO₃) = 80; азота 2 · 14 = 28.

Глава 6

Оксиды азота

Азот образует с кислородом пять оксидов — во всех степенях окисления от +1 до +5. N₂O и NO — несолеобразующие оксиды, остальные — кислотные.

Оксид	С. о. N	Свойства
N₂O	+1	бесцветный газ со сладковатым запахом («веселящий газ»); несолеобразующий
NO	+2	бесцветный газ; несолеобразующий; на воздухе сразу окисляется до NO₂
N₂O₃	+3	синяя жидкость (на холоде); кислотный оксид → HNO₂
NO₂	+4	бурый ядовитый газ с резким запахом; 2NO₂ ⇄ N₂O₄ (бесцветный)
N₂O₅	+5	бесцветные кристаллы; кислотный оксид → HNO₃

В природе оксиды азота образуются при грозе: в канале разряда при ~2000 °C азот соединяется с кислородом (эндотермическая реакция). NO на воздухе превращается в бурый NO₂, а NO₂ с водой и кислородом даёт азотную кислоту: 4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃. При недостатке кислорода получаются две кислоты: 2NO₂ + H₂O → HNO₃ + HNO₂. В двигателях автомобилей NO образуется так же — это одна из причин бурого смога и кислотных дождей в городах.

Анимация · от молнии к азотной кислотеМолния разрывает молекулы N₂ и O₂, атомы соединяются в NO; NO с кислородом воздуха даёт бурый NO₂; в каплях дождя NO₂ превращается в азотную кислоту, и в почву попадают нитраты — «удобрение от молнии».Пример 6

8,96 л (н. у.) NO₂ полностью поглощается водой в присутствии кислорода. Сколько граммов HNO₃ получится?

1. n(NO₂) = 8,96 : 22,4 = 0,4 моль.
2. 4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃: n(HNO₃) = n(NO₂) = 0,4 моль.Почему так?

   Азот окисляется N⁺⁴ → N⁺⁵, кислород восстанавливается O⁰ → O⁻²: 4 · 1 e⁻ = 1 · 4 e⁻.

3. m = 0,4 · 63 = 25,2 г.
4. Ответ: 25,2 г HNO₃.

Проверь себя

Сколько литров O₂ нужно, чтобы окислить 11,2 л (н. у.) NO до NO₂?

2NO + O₂ → 2NO₂: объёмы 2 : 1.

Практикум

Тренировка на экзаменационных заданиях

Эти задания взяты из экзаменов ГЭЦ. Сначала реши сам, затем открой «Ответ и пояснение ГЭЦ».

ГЭЦ · 01.06.2025

Если после реакции газовой смеси азота и водорода количеством 360 моль в избытке осталось только 40 моль водорода, сколько моль водорода было в исходной газовой смеси?

Открытое задание: запиши ответ сам.

Ответ и пояснение ГЭЦ

Ответ: 280 моль.

Израсходованная в реакции газовая смесь: 360 – 40 = 320 моль N₂ + 3H₂ → 2NH₃1 моль3 моль на 4 моль смеси ---- 1 моль (N₂) на 320 моль смеси ---- x моль (N₂) x = 80 моль Число молей H₂ в исходной смеси = 360 – 80 = 280Источник: пояснение ГЭЦ (перевод с азербайджанского) — 01.06.2025, I группа специальностей (PDF)

Итоги

Запомни

• Азот: 1s² 2s² 2p³, группа V A; валентность III (в NH₄⁺ IV, V не бывает), степени окисления −3 … +5.
• N≡N (1 σ + 2 π, 946 кДж/моль) — азот при обычных условиях инертен: реагирует только с Li; при нагревании — с Mg, H₂, в молнии — с O₂.
• NH₃: пирамида, 107°, неподелённая пара; легче воздуха, очень растворим в воде — собирают в сосуд вверх дном: 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O.
• Синтез: N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ + Q — 450–500 °C, 200–300 атм, Fe, циркуляция; уменьшение газов Δν = ν(NH₃).
• NH₃ — слабое основание (NH₄⁺ + OH⁻), с кислотами — соли аммония (донорно-акцепторный механизм), восстановитель: с O₂ — N₂ или NO (Pt), с CuO — Cu; с CO₂ — мочевина.
• Качественная реакция на NH₄⁺: нагревание со щёлочью → NH₃ (запах, влажный лакмус синеет); соли аммония при нагревании разлагаются (NH₄NO₂ → N₂, NH₄NO₃ → N₂O).
• Оксиды: N₂O, NO — несолеобразующие; N₂O₃, NO₂, N₂O₅ — кислотные; 2NO + O₂ → 2NO₂ (бурый), 4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃.

Типичные ошибки

«Аммиак можно собирать вытеснением воды».

Аммиак очень растворим в воде (~700 объёмов в 1 объёме воды); он легче воздуха, поэтому его собирают в сосуд вверх дном.

«В NH₄⁺ степень окисления азота +4, раз валентность IV».

Валентность — число связей (IV), степень окисления — условный заряд: x + 4 = +1 → −3.

«В HNO₃ валентность азота V».

У азота на 2-м слое нет d-орбиталей, высшая валентность IV; +5 — это степень окисления.

«Уменьшение смеси N₂ + 3H₂ равно количеству вступивших газов (4k)».

Исчезает 4k моль газов, но появляется 2k моль NH₃: уменьшение равно 2k, т. е. количеству NH₃.

Итоги

Самостоятельная работа

Задания расположены от простых к сложным. Сначала реши сам, потом выбери вариант; пояснение откроется после ответа.

1 · Уровень 1

Какая связь между атомами в молекуле азота?

Три неспаренных p-электрона каждого атома образуют три общие пары: N≡N.

2 · Уровень 1

Как собирают аммиак в лаборатории?

NH₃ легче воздуха (17 < 29) и очень растворим в воде.

3 · Уровень 2

Валентность и степень окисления азота в ионе NH₄⁺:

4 связи (одна донорно-акцепторная) — IV; x + 4·(+1) = +1 → x = −3.

4 · Уровень 2

Какое наибольшее количество NH₃ (моль) получится из 6 моль N₂ и 12 моль H₂?

H₂ в недостатке: реагирует 12 : 3 = 4 моль N₂, NH₃ = 2 · 4 = 8 моль.

5 · Уровень ГЭЦ

После реакции смеси N₂ и H₂ (50 моль) общее количество газов стало 44 моль. Сколько моль H₂ вступило в реакцию?

Δν = 6 = 2k → k = 3; H₂: 3k = 9 моль.

6 · Уровень ГЭЦ

При нагревании какой соли выделяется простое вещество — азот?

NH₄NO₂ → N₂ + 2H₂O: N⁻³ и N⁺³ вместе переходят в N⁰; а NH₄NO₃ даёт N₂O.

Экзаменационные задания и официальные пояснения — ГЭЦ (PDF на азербайджанском языке, в уроке — в переводе):

1. 01.06.2025, I группа специальностей (PDF) — вариант A, 84; B-84, C-85, D-84
2. 01.06.2025, IV группа специальностей (PDF) — вариант A, 37; B-44, C-41, D-51
3. 13.07.2025, I группа специальностей (PDF) — вариант A, 78; B-61, C-81, D-73
4. 07.06.2026, I группа специальностей (PDF) — вариант A, 67; B-64, C-80, D-62; вариант A, 80; B-65, C-65, D-77
5. 07.06.2026, IV группа специальностей (PDF) — вариант A, 53; B-56, C-53, D-54

История, сцены, примеры, задания «Проверь себя» и «Самостоятельная работа» — наши, не из материалов ГЭЦ. Задания и пояснения ГЭЦ даны в переводе с азербайджанского; знак «…» обозначает пропущенную часть.