Условие задачи
Что происходит, когда NH3 вступает в реакцию с H2SO4?
Решение
Дисциплина: химия (анализ кислотно-основных реакций).
Рассмотрим реакцию между аммиаком (NH₃) и серной кислотой (H₂SO₄). Аммиак – слабое основание, а серная кислота – сильная двуосновная кислота. При их взаимодействии происходит нейтрализация, то есть перенос протонов от кислоты к основанию.
В зависимости от стехиометрии реакции возможны два варианта:
1. Если имеется один моль NH₃ на один моль H₂SO₄, то из-за того, что H₂SO₄ содержит две протонные группы, в первую очередь один NH₃ нейтрализует одну из протонных групп H₂SO₄, образуя ион аммония (NH₄⁺) и гидросульфатный ион (HSO₄⁻). Таким образом, образуется аммоний гидросульфат:
H₂SO₄ + NH₃ → NH₄HSO₄
2. Если же для полной нейтрализации кислотных групп используется два эквивалента NH₃, происходит передача обоих протонов от H₂SO₄ основаниям:
H₂SO₄ + 2NH₃ → (NH₄)₂SO₄
При этом (NH₄)₂SO₄ – сульфат аммония, который является солью и часто встречается в химических процессах, а также в удобрениях.
Механизм реакции в общих чертах:
• Шаг 1. Атом азота в молекуле NH₃ имеет неспаренную электронную пару, поэтому действует как донор электронов и легко принимает протон (H⁺) от сильной кислоты.
NH₃ + H⁺ → NH₄⁺
• Шаг 2. Оставшаяся частица кислоты, HSO₄⁻, может также взаимодействовать с дополнительным молекулой NH₃, если она присутствует в избытке, преобразуясь в SO₄²⁻ и второй ион аммония:
HSO₄⁻ + NH₃ → NH₄⁺ + SO₄²⁻
• Итоговый процесс, если пропорция 1:2, приводит к формированию (NH₄)₂SO₄.
Таким образом, что происходит при реакции NH₃ с H₂SO₄, зависит от соотношения реагентов. В первом случае образуется аммоний гидросульфат (NH₄HSO₄), а при избытке аммиака – сульфат аммония ((NH₄)₂SO₄). Реакция сопровождается выделением теплоты, что характерно для экзотермических кислотно-основных процессов.