Синтез аммиака это взаимодействие азота с водородом в жестких условиях, поскольку реакция обратима весь процесс производят при нагревании до 500°.
Выше дает отрицательный вариант с меньшим выхода аммиака, также одним из условий синтеза повышенное давление, что хорошо сказывается на выходе NH3.
Для опыта монтируют прибор, показанный на рисунке.
Проверяют прибор на герметичность. Пускают ток азота и водорода, следя за тем, чтобы число пузырьков этих газов, проходящих через промывные склянки 1 и 2 с концентрированной серной кислотой, относилось как 1 : 3.
Скорость поступления азота и водорода регулируют с помощью кранов или зажимов от газометра и аппарата Киппа.
Проверяют полноту вытеснения воздуха из установки (поджиганием в пробирке газа, собранного у газоотводной трубки 7) и отсутствие аммиака в исходной азотоводородной смеси (лакмусом или фенолфталеином).
Рис. Установка для синтеза аммиака:
1, 2 —промывные склянки, 3 — трубка-реактор, 4 электроспираль, 5, 7 — газоотводные трубки, 6 — дугообразная трубка.
Включают электрический ток и следят, чтобы в трубке-реакторе 3 спираль 4 с катализатором раскалилась докрасна.
Азотоводородная смесь, проходя над спиралью с катализатором без нагревания, не образует даже следов аммиака. Аммиак появляется, когда катализатор нагревается.
После появления окраски в дугообразной трубке 6 с фенолфталеином ее отключают и к отверстию газоотводной трубки 5 подносят стеклянную палочку, смоченную концентрированной соляной кислотой (или влажную лакмусовую бумагу красного цвета).
Для окончания опыта выключают электрический ток, закрывают кран аппарата Киппа, продолжая некоторое время пропускать азот до полного удаления из аппарата водорода и охлаждения катализатора.
Синтез аммиака — обратимая экзотермическая реакция:
N2 + 3H2 ⇄ 2NH3 + Q
Для начала реакции необходимо нагревание, осуществляемое накаливанием электроспирали до красного цвета (около 400°С). (При очень сильном нагревании аммиак не образуется.)
Обнаружение аммиака подтверждается следующими реакциями:
а) в растворе с помощью фенолфталеина:
NH3 + H2О ⇄ NH4++OH—;
б) в воздухе (по образованию белого дыма в присутствии концентрированной соляной или азотной кислот):
NH3 + HCl = NH4Cl;
NH3 + HNО3 = NH4NО3.
Меры предосторожности. Водород необходимо проверить на чистоту.
В такой же реакционной трубке можно осуществить опыт разложения аммиака и обнаружить образовавшийся водород.
С этой целью пропускают аммиак над нагретой спиралью с катализатором, собирают продукты разложения и испытывают их на горючесть.
Горючий бесцветный газ. Мол. масса 17,03; температура кипения — 33,4 °С; плотность по воздуху 0,597; коэф. диф. газа в воздухе 0,198 см2/с; тепл. cгop. —316,5 кДж/моль; растворимость в воде 34,2% (масс).
Температура самовоспл. 650 °С; конц. пределы распр. пл. в воздухе 15—28% (об.), в кислороде 13,5—79% (об.); миним. энергия зажигания 680 мДж; макс. давл. взрыва 588 кПа; МВСК 16,2% (об,); ад. т. гор. 1777 К; норм, скорость распр. пл. 0,23 м/с при 150 °С.
Водный раствор аммиака, не способна к горению; над ее поверхностью возможно образование взрывоопасной смеси аммиака с воздухом.
Показатели пожарной опасности приведены в таблице.
| Концентрации раствора, % (масс.) | Температура самовоспламенения, °С | Температурные пределы распр. пл., °С | |
| нижний | верхний | ||
| 15 27 | >750 >750 | 23 -2 | 33 10 |
В открытых сосудах и при разливе в помещении вероятность создания взрывоопасной концентрации практически отсутствуют.
Горючи. В табл. 2. приведены значения конц. пределов распр, пл. по газовоздушным смесям различного состава при нормальных условиях.
Значения верхних пределов распр. шл. аммиачно водородных смесей в воздухе, обогащенном кислородом, приведены в табл. 3.
Таблица 2 . Показатели, пожаровзрывоопасности аммиачно водородных смесей
| Состав горючей | смеси. % (об.) | Конц. пределы распр. пл., % (об.) | |
| аммиак | водород | нижний | верхний |
| 100 | 0 | 15 | 28 |
| 90 | 10 | 11,5 | 31,3 |
| 80 | 20 | 9,2 | 34,9 |
| 70 | 30 | 7,3 | 38,5 |
| 60 | 40 | 6,3 | 43,7 |
| 50 | 50 | 5,7 | 47 |
| 40 | 60 | 5,2 | 51,2 |
| 30 | 70 | 4,6 | 56,2 |
| 20 | 80 | 4,3 | 61,6 |
| 10 | 90 | 4,02 | 67,1 |
| 5 | 95 | — | 71,5 |
Таблица 3. Верхние пределы распространения пламени аммиачно-водородных смесей
| Состав горючей смеси, % (об.) | Верхние пределы распр. пл., % (об.), при содержании кислорода в воздухе, % (об.) | ||||
| аммиак | водород | 28 | 36 | 43,7 | 52 |
| 100 | 0 | 39,5 | 49 | 57 | 62 |
| 80 | 20 | — | 57 | 62,5 | — |
| 60 | 40 | — | 64 | 70 | — |
| 40 | 60 | — | 70,4 | 74,5 | — |
| 20 | 80 | — | 78 | 80 | — |
Также в лабораторных условиях можно получить аммиак нагревание нашатыря с гашеной известью Са(ОН)2.
Реакция выражается уравнением:
2NH4Cl + Са(ОН)2 = CaCl2 + 2H2O + 2NH3
Выделяющийся аммиак содержит пары воды. Для осушения его пропускают через склянку с натронной известью (смесь извести с едким натром).
Многие нитриды полностью гидролизуются водой с образованием аммиака и гидроокиси металла.
Например:
Mg3N2 + 6Н2О = 3Mg(OH)2+ 2NH3
В данной статье мы узнали методы и способы образования NH3 , в лабораторных условиях, рассмотрели синтез аммиака с помощью аппарата Киппа, узнали пожароопасность аммиачно водородных смесей.
