Хімічні властивості солей амонію.
Усі солі амонію виявляють загальні властивості солей, тобто взаємодіють з розчинами кислот, лугів та інших солей.
1. Солі амонію реагують з іншими солями:
NH4Cl + AgNO3 = AgCl↓ + NH4NO3
(NH4)2CO3 + BaCl2 = BaCO3↓ + 2NH4Cl
2. Реагують з кислотами:
(NH4)2CO3 + 2HCl → 2NH4Cl + CO2↑ + H2O
2NH4Cl + H2SO4 = (NH4)2SO4 + 2 HCl↑
3. Реагують з лугами:
NН4Сl + NаОN = NaСl + Н2О + NН3↑;
(NH4)2CO3 + 2NaOH → 2NH3↑ + Na2CO3 + 2H2O
(NH4)2SO4 + Ca(OH)2 → 2NH3↑ + CaSO4 + 2H2O
4. Піддаються гідролізу. Амонійні солі добре розчиняються у воді. У водних розчинах вони гідролізують. Тому розчини солей амонію сильних кислот мають кислу реакцію:
(NH4)2CO3 + H2O → NH4HCO3 + NH3·H2O
Якісна реакція на іон амонію. Дуже важливою властивістю солей амонію є їх взаємодія з розчинами лугів. Цією реакцією виявляють солі амонію (іони амонію) за запахом аміаку, що виділяється, або за зміною забарвлення вологого лакмусового папірця з червоного на синє:
NH4 + OH– ↔ NH3↑ + H2O
Сировина для синтезу аміаку. Синтез аміаку з азотоводневої суміші. Екологічна чистота виробництва.
Сировиною для синтезу аміаку у промисловості є водень і азот. Азот одержують із рідкого повітря, а водень – із природного газу за реакцією:
4CH4 + O2 + 2H2O = 2CO2 + 6H2O
Теорія синтезу аміаку з простих речовин досить складна. У промисловості аміак добувають з простих речовин у присутності каталізатора губчастого заліза або оксиду вольфраму з добавкою деяких сполук, таких як оксиди Калію, Феруму (ІІІ), Кальцію та Силіцію. Для цього каталізаторами отрутами є сполуки Сульфуру та Оксиди Карбону, тому сировина заздалегідь очищається від таких домішок. Реакція синтезу є екзотермічна, тобто в ході реакції вивільняється теплота:
3H2 + N2 ↔ 2NH3, ∆H=-92кДж/моль
Однак при цьому значно зменшується швидкість реакції. Тому синтез аміаку доводиться вести при 500-550°С і за наявності каталізатора. А оскільки каталізатор прискорює пряму і зворотну реакції однаково, а підвищення температури зміщує рівновагу в бік вихідних речовин, то ці умови невигідні для промислового виробництва. Отже, відповідно до принципу зміщення рівноваги для протидії впливу підвищеної температури необхідно використовувати високий тиск.
Для синтезу аміаку застосовують тиск від 15 до 100 МПа. Залежно від тиску, який застосовують, розрізняють три способи виробництва синтетичного аміаку:
1) низького (10-15 МПа);
2) середнього (25-30 МПа);
3) високого (50-100 МПа) тиску.
Найпоширенішим є середній. Однак і за таких умов тільки частина азотоводневої суміші перетворюється на аміак. Для повнішого використання вихідних речовин аміак, що утворився, зріджують під дією низьких температур, а азотоводневу суміш, яка не прореагувала, знову направляють до реактора.
Технологічний процес, при якому речовини, що не прореагували, відокремлюються від продуктів реакції і знову повертаються у реакційний апарат для подальшого використання, називається циркуляційним.
За допомогою такої циркуляції використання азотоводневої суміші досягає 95 %.
Синтез аміаку є найважливішим способом зв'язування атмосферного азоту.
Виробництво синтетичного аміаку.
Суміш 3 об'ємів водню і 1 об'єму азоту всмоктується компресором і стискається до необхідного тиску. Потім азотоводнева суміш подається до масловіддільника (для видалення частинок масла) і фільтра, заповненого прожареним вугіллям. Очищена суміш направляється до контакт ного апарата з каталізатором (губчасте залізо з домішками оксидів алюмінію, калію, кальцію, силіцію), де і відбувається утворення аміаку.
Перед пуском усієї системи контактний апарат нагрівають до 400-500°С, а потім температура в системі підтримується тією теплотою, яка виділяється під час реакцій. Оскільки процес утворення аміаку оборотний, то газова суміш, що виходить з контактного апарата, містить лише 20-30 % аміаку. Цю суміш подають до трубчастого холодильника, де під тиском аміак зріджується. Азот і водень, що не вступили в реакцію, циркуляційним насосом знову нагнітаються в контактний апарат, а рідкий аміак збирається у збирачі.
Таким чином, використання у виробництві циклічних процесів, зменшення викидів а атмосферу реагентів, продуктів реакції, тепла, веде до зменшення забруднення навколишнього середовища і наближає підприємство до екологічно чистого виробництва.