N2 --- NH3 --- (NH4)2SO4 --- NH3 --- NO Расписать получение каждого вещ-ва по очереди

Для получения указанных веществ в цепочке N2 → NH3 → (NH4)2SO4 → NH3 → NO можно рассмотреть следующие реакции и этапы синтеза:

1. Получение аммиака (NH3) из азота (N2)

Реакция Габера: Азот (N2) может быть превращен в аммиак (NH3) с помощью реакции с водородом (H2) в процессе, известном как процесс Габера. Эта реакция осуществляется при высоких температурах (400-500 °C) и под высоким давлением (150-300 атм) с использованием катализатора (обычно железа).

[ N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g) ]

2. Получение аммонийного сульфата ((NH4)2SO4)

Реакция между аммиаком и серной кислотой: Аммиак (NH3) реагирует с серной кислотой (H2SO4) для получения аммонийного сульфата ((NH4)2SO4). Эта реакция экзотермическая и происходит при комнатной температуре.

[ 2NH_3(g) + H_2SO_4(aq) \rightarrow (NH_4)_2SO_4(s) ]

3. Получение аммиака (NH3) из аммонийного сульфата ((NH4)2SO4)

Разложение аммонийного сульфата: Аммонийный сульфат может быть разложен при нагревании. При разложении он выделяет аммиак и серную кислоту. Условием разложения является высокая температура.

[ (NH_4)_2SO_4(s) \rightarrow 2NH_3(g) + H_2SO_4(g) ]

4. Получение оксида азота (NO) из аммиака (NH3)

Сгорание аммиака: Аммиак может быть окислен до оксида азота (NO) в присутствии кислорода (O2) в процессе, известном как окисление аммиака. Эта реакция происходит при температуре около 800-1000 °C с использованием катализаторов, таких как платина или никель.

[ 4NH_3(g) + 5O_2(g) \rightarrow 4NO(g) + 6H_2O(g) ]

Итоговая схема

Таким образом, мы можем суммировать все реакции в последовательной цепочке:

1. N2 + 3H2 → 2NH3 (Реакция Габера)
2. 2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 (Получение аммонийного сульфата)
3. (NH4)2SO4 → 2NH3 + H2SO4 (Разложение аммонийного сульфата)
4. 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (Окисление аммиака)

Эта последовательность реакций иллюстрирует, как можно перейти от элементарного азота до оксида азота через промежуточные соединения.

Давайте подробно разберем, как из одного вещества можно получить следующее, соблюдая последовательность: ( N_2 \rightarrow NH_3 \rightarrow (NH_4)_2SO_4 \rightarrow NH_3 \rightarrow NO ).

1. ( N_2 \rightarrow NH_3 ) (Получение аммиака из азота)

Для получения аммиака (( NH_3 )) из молекулярного азота (( N_2 )) используется процесс Габера-Боша. Это промышленный метод, основанный на прямом взаимодействии азота и водорода:

[ N_2 + 3H_2 \xrightarrow{t, p, \text{кат. Fe}} 2NH_3 ]

Условия реакции:

• Высокая температура (( 400-500^\circ C )),
• Высокое давление (( 200-300 \, \text{атм} )),
• Катализатор: железо (( Fe )) с добавками (оксиды алюминия или калия).

Аммиак образуется в газообразной форме и затем охлаждается для выделения в жидкое состояние.

2. ( NH_3 \rightarrow (NH_4)_2SO_4 ) (Получение сульфата аммония)

Сульфат аммония (( (NH_4)_2SO_4 )) производят, нейтрализуя аммиак (( NH_3 )) серной кислотой (( H_2SO_4 )):

[ 2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4 ]

Это экзотермическая реакция, протекающая в водной среде. Сульфат аммония кристаллизуется из раствора, и его выделяют фильтрованием или выпариванием.

3. ( (NH_4)_2SO_4 \rightarrow NH_3 ) (Разложение сульфата аммония)

Для выделения аммиака из сульфата аммония используют его нагревание с сильным основанием, например, гидроксидом кальция (( Ca(OH)_2 )):

[ (NH_4)_2SO_4 + Ca(OH)_2 \xrightarrow{t} 2NH_3 \uparrow + CaSO_4 + 2H_2O ]

Реакция протекает при нагревании. Аммиак выделяется в газообразной форме, а сульфат кальция (( CaSO_4 )) остается в твердом остатке.

4. ( NH_3 \rightarrow NO ) (Окисление аммиака до оксида азота)

Для получения оксида азота (( NO )) из аммиака применяется реакция каталитического окисления аммиака. Этот процесс известен как метод Оствальда, который используется в производстве азотной кислоты. Реакция:

[ 4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{t, \text{кат. Pt}} 4NO + 6H_2O ]

Условия:

• Температура около ( 800-900^\circ C ),
• Катализатор: платина (( Pt )) или платина с родием (( Pt-Rh )).

Оксид азота (( NO )) образуется в газообразной форме и может быть использован в дальнейших процессах, например, для получения ( NO_2 ) и далее азотной кислоты.

Итоговая цепочка реакций:

1. ( N_2 + 3H_2 \xrightarrow{t, p, \text{кат. Fe}} 2NH_3 ),
2. ( 2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4 ),
3. ( (NH_4)_2SO_4 + Ca(OH)_2 \xrightarrow{t} 2NH_3 \uparrow + CaSO_4 + 2H_2O ),
4. ( 4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{t, \text{кат. Pt}} 4NO + 6H_2O ).

Каждая стадия имеет важное промышленное или лабораторное значение.