ГДЗ по химии 9 класс, базовый уровень учебник Габриелян, Остроумов — страница 93

   Аммиак представляет собой бесцветный газ с резким характерным запахом, легче воздуха. Аммиак очень хорошо растворяется в воде. Такой раствор используют в медицине и в быту под названием аммиачная вода, а 10%-ный раствор аммиака в воде более известен под названием нашатырный спирт.
   При растворении в воде каждая молекула аммиака соединяется с одной молекулой воды, образуя гидрат аммиака — вещество, состав которого отражают формулой NH₃ · H₂O.
   Водный раствор аммиака имеет щелочную среду. Это объясняется тем, что гидрат аммиака — слабый электролит, он незначительно диссоциирует на катион аммония NH₄⁺ и гидрокисд-анион OH⁻:

      NH₃ · H₂O = NH₄⁺ + OH⁻

   Наличие в водном растворе аммиака гидрокисд-анионов обуславливает изменение окраски фенолфталеина на малиновую.
   Поскольку в аммиаке атом азота обладает минимальной степенью окисления (−3), аммиак проявляет восстановительные свойства.
   Аммиак горит в чистом кислороде, при этом образуется азот и водяные пары:

      4N⁻³H₃ + 3O₂⁰ = 2N₂⁰ + 6H₂O⁻²

   Если проводить данную реакцию в присутствии катализатора (платина, оксид хрома (III)), то протекает более глубокое окисление аммиака — с образованием оксида азота (II):

      4N⁻³H₃ + 5O₂⁰ = 2N⁺²O⁻² + 6H₂O⁻²

   В данном случае катализатор не ускоряет химическую реакцию, а направляет ее по другому пути.
   Восстановительные свойства аммиака проявляются и в реакции с некоторыми оксидами металлов:

      2N⁻³H₃ + 3Cu⁺²O = N₂⁰ + 3Cu⁰ + 3H₂O⁻²

   Как газообразный аммиак, так и водный раствор этого вещества реагируют с кислотами, образуя соли аммония:

      NH₃ + HCl = NH₄Cl
      2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄

   В аммиаке атом азота обладает минимальной степенью окисления (−3), поэтому аммиак проявляет восстановительные свойства.

   Образование катиона аммония происходит в результате возникновения ковалентной связи между атомом азота, имеющим свободную электронную пару (ее называют неподелённой электронной парой), и катионом водорода, который переходит к аммиаку от молекулы кислоты. Атом азота называют донором электронов, а атом водорода — акцептором.
   Такой механизм образования ковалентной связи называют донорно-акцепторным.

   NH₄⁺ + OH⁻ = NH₃↑ + H₂O

   6Na + 3N₂ = 2Na₃N — окислительно-восстановительная реакция
   Na₃N + 3H₂O = 3NaOH + NH₃↑

   NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃
   4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O
   4NH₃ + 5O₂ = 2NO + 6H₂O
   NH₃ + H₂O ⇄ NH₄OH
   2NH₃ + 3CuO = N₂ + 3Cu + 3H₂O

   NH₄Cl + NaOH = NaCl + NH₃↑ + H₂O — выделяется газ с запахом аммиака
   NaCl + AgNO₃ = AgCl↓ + NaNO₃ — выпадает осадок белого цвета

Дано:
   н. у.
   V(H₂O) = 150 мл
   V(NH₃) = 67,2 л
   ω(NH₃) — ?

Решение:
Найдем массу воды:
   m(H₂O) = V · ρ = 150 мл · 1 г/мл = 150 г

Рассчитаем количество вещества аммиака:
   n(NH₃) = V(NH₃)/Vₘ = 67,2 л/22,4 л∕моль = 3 моль

Рассчитаем массу аммиака:
   m(NH₃) = M · n = (14 + 3 · 1) г/моль · 3 моль = 51 г

Рассчитаем общую массу раствора:
   m_р-ра = m(NH₃) + m(H₂O) = 150 г + 51 г = 201 г

Рассчитаем массовую долю аммиака в растворе:
   ω(NH₃) = m(NH₃)/mₚ₋ₚₐ · 100% = 51 г/201 г · 100% = 25,37%

   Ответ: ω(NH₃) = 25,37%.

   Нитрат калия — KNO₃
   M_r(KNO₃) = 39 + 14 + 16 · 3 = 101
   ω(K) = Mᵣ(K)/Mᵣ(KNO₃) · 100% = 39/101 · 100% = 39%
   ω(N) = Mᵣ(N)/Mᵣ(KNO₃) · 100% = 14/101 · 100% = 14%
   ω(O) = 100% − ω(K) − ω(N) = 100% − 39% − 14% = 47%

   Нитрат аммония — NH₄NO₃
   M_r(NH₄NO₃) = 14 · 2 + 4 · 1 + 16 · 3 = 80
   ω(H) = Mᵣ(H)/Mᵣ(NH₄NO₃) · 100% = 4/80 · 100% = 5%
   ω(N) = Mᵣ(N)/Mᵣ(NH₄NO₃) · 100% = 28/80 · 100% = 35%
   ω(O) = 100% − ω(H) − ω(N) = 100% − 5% − 35% = 60%

   Нитрат кальция — Ca(NO₃)₂
   M_r(Ca(NO₃)₂) = 40 + 14 · 2 + 16 · 6 = 164
   ω(Ca) = Mᵣ(Ca)/Mᵣ(Ca(NO₃)₂) · 100% = 40/164 · 100% = 24%
   ω(N) = Mᵣ(N)/Mᵣ(Ca(NO₃)₂) · 100% = 28/164 · 100% = 17%
   ω(O) = 100% − ω(Ca) − ω(N) = 100% − 24% − 17% = 59%

   Сульфат аммония — (NH₄)₂SO₄
   M_r((NH₄)₂SO₄) = 14 · 2 + 1 · 8 + 32 + 16 · 4 = 132
   ω(H) = Mᵣ(Ca)/Mᵣ((NH₄)₂SO₄) · 100% = 8/132 · 100% = 6%
   ω(N) = Mᵣ(N)/Mᵣ((NH₄)₂SO₄) · 100% = 28/132 · 100% = 21%
   ω(S) = Mᵣ(S)/Mᵣ((NH₄)₂SO₄) · 100% = 32/132 · 100% = 24%
   ω(O) = 100% − ω(H) − ω(N) − ω(S) = 100% − 6% − 21% − 24% = 49%

   В качестве удобрений я бы рекомендовал применять нитрат аммония и сульфат аммония.

   До начала 20 века аммиак получали преимущественно из природных источников — чилийской селитры и продуктов жизнедеятельности птиц. Эти ресурсы были ограничены, что создавало дефицит азотных удобрений и угрожало продовольственной безопасности. В 19 веке ученые пытались «связать» атмосферный азот путем его окисления кислородом при высоких температурах в вольтовой дуге. В 1901 году Шателье запатентовал идею синтеза аммиака из азота и водорода, указав на необходимость добавления катализатора и высокого давления. В 1909 году немецкий химик Фриц Габер впервые получил аммиак в лабораторных условиях при температуре 600°C и давлении 17,5 МПа, используя в качестве катализатора порошкообразный осмий. Позже было доказано, что лучшим катализатором является плавленое железо с добавками оксидов алюминия, калия и кальция. Карл Бош, инженер компании BASF, разработал промышленную аппаратуру для синтеза аммиака, в 1913 году в Германии заработал первый завод по производству аммиака. В СССР первое производство аммиака было запущено в 1928 году на Чернореченском химическом заводе в Дзержинске. В 1990 году СССР был лидером по производству аммиака — 28 млн т/год. В современной России аммиак производят такие компании, как «Еврохим», «Уралхим», «ФосАгро», «Азот», «Акрон» и «ТОАЗ». В 2022 году производство сократилось на 14% из-за сокращения экспорта, но последние годы наблюдается рост благодаря переориентации рынков сбыта.
   Сейчас ученые ищут альтернативные способы получения аммиака, менее зависимые от ископаемых ресурсов и более экологичные.
   Например, исследуются катализаторы на основе рутения, нанесенные на углеродные наноструктуры или графитизированные носители. Они показывают активность в 5–10 раз выше железных катализаторов, что позволяет снизить рабочее давление, повысить конверсию за один проход и увеличить срок службы катализатора на 10–15 лет.
   Ученые из Университета Сиднея разработали метод получения аммиака с использованием плазменной технологии и мембранного электролиза. Электрический разряд активирует молекулы азота и кислорода в воздухе, после чего они преобразуются в аммиак. Принстонская лаборатория физики плазмы предоставила плазменно-каталитический метод с использованием катализатора на основе оксида и оксинитрида вольфрама. Этот подход ускоряет реакцию и повышает выход аммиака.
   Также на крупных заводах внедряются системы искусственного интеллекта для анализа параметров процесса в реальном времени. Это позволяет оптимизировать работу, предотвращать перегрев катализатора, минимизировать расход энергии и прогнозировать необходимость технического обслуживания.
   Вместо гигантских заводов появляются небольшие модульные единицы мощностью 50–200 т/сут. Их можно развертывать рядом с источником возобновляемой энергии или потребителем удобрений. Это снижает логистические расходы и риски, связанные с транспортировкой опасных грузов.
   Современная технология синтеза аммиака включает многоуровневые системы безопасности: герметичность контура, системы детекции утечек, скрубберы и системы нейтрализации.
   Таким образом, процесс Габера-Боша остается основой промышленного синтеза аммиака, но современные технологии стремятся сделать его более эффективным, экологичным и адаптированным к новым энергетическим реалиям.

   Аммиак имеет широкое применение в промышленных холодильных установках из-за своих физических и химических свойств. Он обладает высокой теплотой испарения, то есть он эффективно поглощает тепло при испарении, обеспечивая высокую холодопроизводительность системы. Также он обладает низким молекулярным весом и простой молекулярной структурой, которые обеспечивают высокую холодопроизводительность, его низкие давления конденсации и малый удельный объем пара позволяют использовать компрессоры меньшей мощности. Аммиак экологически безопасен, так как не разрушает озоновый слой, не является парниковым газом, полностью биоразлагаем и не накапливается в окружающей среде. Также он более дешевый, чем синтетические хладоагенты. Оборудование используется длительнее, так как аммиак хорошо совместим с металлами. А также его удобно использовать, так как утечку быстро можно обнаружить из-за его резкого запаха, что обеспечивает безопасность эксплуатации.