Книга по химии для домашнего чтения

На экзамене студенту задали вопрос: «Какое вещество образуется при взаимодействии аммиака NH₃ с диоксидом углерода СO₂?» Студент ответил, что продуктом реакции будет карбонат аммония (NH₄)₂CO₃, однако экзаменатор признал ответ неудовлетворительным. Почему?

Карбонат аммония образуется только при взаимодействии аммиака и диоксида углерода в присутствии воды:

2NH₃ + CO₂ + H₂O = (NH₄)₂CO₃.

Сухие же газы реагируют между собой с образованием в обычных условиях карбамината аммония — соли карбаминовой кислоты NH₂COOH:

2NH₃ + CO₂ = (NH₂COO)NH₄.

Если эту реакцию проводить при высокой температуре и большом давлении, то продуктом реакции будет уже карбамид (мочевина):

2NH₃ + CO₂ = (NH₂)₂CO + H₂O.

Карбаминат аммония при растворении в воде превращается в карбонат аммония:

(NH₂COO)NH₄ + H₂O = (NH₄)₂CO₃.

Порошок карбоната аммония при стоянии на воздухе в открытых сосудах постепенно выделяет аммиак NH₃ и переходит в гидрокарбонат аммония (см. 6.4):

(NH₄)₂CO₃ = NH₄HCO₃ + NH₃↑.

6.6. БИТВА ЗА АЗОТ

Странное сражение: большинство уступает меньшинству в битве за овладение азотом!

Если действовать хлором Cl₂ на концентрированный водный раствор хлорида аммония NH₄Cl, то в кислой среде при pH < 4 образуется нитрид трихлора Cl₃N, выделяющийся в виде желтых маслянистых, капель, взрывающихся при нагревании или ударе (см. 5.58). В среде, близкой к нейтральной, при pH 5–8, продуктом реакции является хлоримин NHCl₂ — вещество, не выделенное в индивидуальном состоянии и существующее только в растворе в указанном интервале значений водородного показателя. В щелочной среде при pH > 8,5 получается хлорамин NH₂Cl — бесцветная маслянистая жидкость с резким запахом.

6.7. НЕВЕРОЯТНО, НО ФАКТ

Может ли при добавлении кислоты к раствору соли выделиться гидроксид металла?

На первый взгляд подобное событие кажется совершенно невероятным. Однако вспомним, что гидроксиды некоторых металлов амфотерны и растворимы в избытке щелочи — скажем, гидроксида калия КОН. При этом образуются комплексные соли (гидроксокомплексы) — например, гидроксобериллаты:

Be(OH)₂ + 2KOH = К₂[Ве(ОН)₄].

Это соединение устойчиво только в избытке КОН, а при осторожном подкислении раствора разрушается, образуя осадок гидроксида бериллия Be(OH)₂:

К₂[Ве(ОН)₄] + 2HCl = 2КСl + Be(OH)₂↓ + 2Н₂O.

Правда, дальнейшее действие кислоты будет уже лишено «фантастических» особенностей и укладывается в обычную схему:

гидроксид металла + кислота = соль + вода или

Be(OH)₂ + 2HCl = BeCl₂ + 2Н₂O.

6.8. ПАТРОНЫ СВЕЖЕГО ВОЗДУХА

Герои романа Жюля Верна «С Земли на Луну» Барбикен и его два спутника во время полета использовали для регенерации кислорода нагревание бертолетовой соли KClO₃, а для поглощения углекислого газа (диоксида углерода CO₂) — гидроксид натрия NaOH. Каким способом сейчас удаляют из воздуха замкнутых помещений (подводные лодки, космические корабли) образующийся при дыхании людей углекислый газ?

Разложение при нагревании триоксохлората калия KClO₃ (бертолетовой соли) протекает с выделением кислорода O₂:

2КСlO₃ = 2КСl + 3O₂↑,

а поглощение диоксида углерода CO₂ (углекислого газа) гидроксидом натрия приводит к образованию карбоната натрия Na₂CO₃:

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O.

В современных системах регенерации дыхательного воздуха и удаление CO₂, и возмещение убыли O₂ совмещены в одном процессе, протекающем без энергетических затрат:

2Na₂O₂ + 2СO₂ = 2Na₂CO₃ + O₂↑,

4NaO₂ + 2СO₂ = 2Na₂CO₃ + 3O₂↑.

В первом случае используют пероксид натрия Na₂O₂, а во втором — надпероксид натрия NaO₂.

6.9. МЕТАЛЛ МЕНЯЕТ АКТИВНОСТЬ

При взаимодействии активных металлов с разбавленными кислотами выделяется водород:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑.

Могут ли менее активные металлы, такие как ртуть или медь, вытеснять из кислот водород?

Общеизвестно, что и ртуть Hg, и медь Cu взаимодействуют с кислотами-окислителями, например с концентрированной серной H₂SO₄ и азотной HNO₃. При этом выделяется не водород, а оксиды серы (SO₂) или азота (NO₂):