Задание №21 — Важнейшие представители неорганических веществ. Неметаллы и их соединения. Металлы и их соединения

Решение.

Для решения данной цепочки превращений необходимо последовательно составить три уравнения химических реакций, определив промежуточное вещество $X$.

Шаг 1. Превращение $N_{2} \rightarrow X$.
Азот $N_{2}$ — это инертный газ. Чтобы из него в дальнейшем получить сульфат аммония, нам нужно сначала получить аммиак. Следовательно, вещество $X$ — это аммиак $NH_{3}$. Азот реагирует с водородом при высокой температуре, давлении и в присутствии катализатора:
$N_{2} + 3H_{2} \rightleftharpoons 2NH_{3}$

Шаг 2. Превращение $X \rightarrow (NH_{4})_{2}SO_{4}$.
Теперь из аммиака $NH_{3}$ нужно получить соль — сульфат аммония. Аммиак проявляет основные свойства и легко взаимодействует с кислотами. Для получения сульфата нам понадобится серная кислота:
$2NH_{3} + H_{2}SO_{4} \rightarrow (NH_{4})_{2}SO_{4}$

Шаг 3. Превращение $(NH_{4})_{2}SO_{4} \rightarrow NH_{3}$.
Чтобы выделить аммиак из его соли, необходимо провести реакцию обмена с сильным основанием (щелочью) при нагревании. Ионы аммония $NH_{4}^{+}$ взаимодействуют с гидроксид-ионами $OH^{-}$, образуя гидрат аммиака, который тут же разлагается на газ и воду:
$(NH_{4})_{2}SO_{4} + 2NaOH \rightarrow Na_{2}SO_{4} + 2NH_{3} \uparrow + 2H_{2}O$
(Вместо гидроксида натрия можно использовать любую другую растворимую щелочь, например, гидроксид калия $KOH$ или гидроксид кальция $Ca(OH)_{2}$).

Ответ:
1) $N_{2} + 3H_{2} \rightarrow 2NH_{3}$
2) $2NH_{3} + H_{2}SO_{4} \rightarrow (NH_{4})_{2}SO_{4}$
3) $(NH_{4})_{2}SO_{4} + 2NaOH \rightarrow Na_{2}SO_{4} + 2NH_{3} + 2H_{2}O$

Источник: ФИПИ