Формула гидроксида аммония

Определение и формула гидроксида аммония

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Гидроксид аммония (аммиачная вода, гидрат аммиака) — это химическое соединение, относящееся к классу оснований и образующееся при взаимодействии аммиака с водой.

Формула – $NH_4OH$ или $NH_3 \cdot H_2O$

Молярная масса равна $35,046$ г/моль.

Физические свойства – бесцветная жидкость, обладающая резким запахом.

Гидроксид аммония – слабое основание, константа диссоциации $K_{b} = 1,8 \cdot 10^{-5}$ .

Диссоциация протекает согласно уравнению:

$NH_3+H_2O\leftrightarrows NH_4^++OH^-$

Химические свойства гидроксида аммония

Гидроксид аммония термически неустойчивый и при кипячении раствора происходит выделение аммиака:
$NH_4OH=NH_3\uparrow +H_2O$
Достаточно реакционноспособный, обладает восстановительными свойствами. Вступает в реакции обмена:
$NH_4OH+HNO_3\rightarrow NH_4NO_3+H_2O$
Качественной реакцией на гидрат аммиака является образование бурого осадка с $K_2HgI_4$ :
$4NH_4OH+2K_2HgI_4\rightarrow \left(Hg_2N\right)I\cdot H_2O\downarrow+4KI+3NH_4I+3H_2O$

В основе способа получения гидроксида аммония лежит реакция газообразного аммиака и воды:

$NH_{3}+H_2O\rightleftharpoons NH_3\cdot H_2O\rightleftharpoons NH_4OH$

Применение

Разбавленные растворы аммиака ( $3$ — $10\% NH_3$ ) называют нашатырным спиртом и используют в медицине, концентрированные растворы ( $18,5$ — $25\% NH_3$ ) — аммиачной водой. В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E527. В сельском хозяйстве находит применение в качестве удобрения. Аммиачная вода используется для получения солей аммония (азотные удобрения), в производстве соды, красителей.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Рассчитайте $pH$ раствора аммиака с массовой долей 30% и плотностью $0,892$ г/мл.

Решение

Запишем выражение для расчета молярной концентрации раствора:

$C_M = \frac{n}{V}=\frac{m}{M\cdot V} = \frac{\omega\cdot m}{M\cdot V} = \frac{\omega\cdot \rho\cdot V}{M\cdot V} = \frac{\omega\cdot \rho}{M}$

где $C_M$ — молярная концентрация раствора; $n$ — количество моль растворенного вещества; $V$ — объем раствора; $m$ — масса вещества; $M$ — молярная масса вещества; $\omega$ — массовая доля вещества; $\rho$ — плотность раствора.

В формулу необходимо подставить плотность раствора в г/л, но поскольку в справочниках приводятся данные в г/мл, то умножим выражение на 1000:

$C_M=\frac{\omega\cdot \rho \cdot 1000}{M}$

Подставим численные значения в полученную формулу:

$C_M=\frac{0,3\cdot 0,892 \cdot 1000}{35}=7,65$ моль/л

Теперь запишем уравнение диссоциации $NH_4OH$

$NH_4OH\leftrightarrows NH_4^++OH^-$

Пусть $x$ — та концентрация гидроксида аммония, которая продиссоциировала, тогда равновесные концентрации иона аммония и гидроксид иона будут равны $x$ , т.е.

$\left[NH_4^+\right]=\left[OH^-\right]=x$

Запишем выражение для константы диссоциации:

$K_d=\frac{\left[NH_4^+\right]\cdot\left[OH^-\right] }{\left[NH_4OH\right]}=\frac{x\cdot x}{C_M-x}=\frac{x^2}{C_M-x}$

Численное значение $K_d=1,77\cdot 10^{-5}$ (из справочника)

Поскольку $K_d \ll 1 \Rightarrow C_M-x \approx C_M \Rightarrow K_d=\frac{x^2}{C_M}$

Найдем концентрацию гидроксид-ионов:

$\left[OH^-\right]=x=\sqrt{7,65\cdot 1,77\cdot 10^{-5}}=0,01164$ моль/л

Вычислим $pOH$ раствора:

$pOH=-lg\left[OH^-\right]=-\log0,01164=1,934$

Рассчитаем $pH$ раствора:

$pH=14-pOH=14-1,934=12,07$

Ответ

$pH$ раствора аммиака равен $12,07$

ПРИМЕР 2

Задание

Какова массовая доля гидроксида аммония в растворе, который образуется при растворении $1$ кубического метра $NH_3$ в $2$ л воды при стандартных условиях.

Решение

Стандартные условия — это $T = 298 K$ и $P = 1$ атм = $101325$ Па.

Рассчитаем количество $NH_3$ в 1 кубе при данных условиях по уравнению состояния идеального газа (при заданных $T$ и $P$ газ можно считать идеальным):