Формула карбоната аммония

Определение и формула карбоната аммония

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Карбонат аммония — это аммониевая соль угольной кислоты.

Формула – $\left(NH_4\right)_2CO_3$

Молярная масса равна $96,09$ г/моль.

Физические свойства – белые кристаллы, хорошо растворимые в воде.

Карбонат аммония – соль, гидролизующаяся и по катиону и по аниону. Реакция раствора слабо щелочная так как гидроксид аммония более сильный электролит чем угольная кислота. Суммарное уравнение гидролиза выглядит как:

$\left(NH_4\right)_2CO_3+H_2O\leftrightarrows NH_4HCO_3+NH_4OH$

При хранении спонтанно разлагается уже при комнатной температуре, в растворе более устойчив к нагреванию. Разложение протекает по уравнению:

$\left(NH_4\right)_2CO_3\rightarrow NH_4HCO_3+NH_3\uparrow$

Химические свойства карбоната аммония

Карбонат аммония при нагревании разлагается на углекислый газ, воду и аммиак:
$\left(NH_4\right)_2CO_3\rightarrow CO_2+H_2O+2NH_3$
Данное соединение вступает в реакции обмена с кислотами, щелочами, а также солями:
$\left(NH_4\right)_2CO_3 +2HCl\rightarrow 2NH_4Cl+CO_2+H_2O$

$\left(NH_4\right)_2CO_3 +2NaOH\rightarrow 2Na_2CO_3+2NH_4OH$

$\left(NH_4\right)_2CO_3 +CaCl_2\rightarrow CaCO_3\downarrow+2NH_4Cl$

Получение карбоната аммония основывается на реакции концентрированного водного раствора аммиака с углекислым газом:

$2NH_4OH+CO_2=\left(NH_4\right)_2CO_3+H_2O$

Применение

Карбонат аммония находит свое применение в качестве заменителя дрожжей в хлебопечении и кондитерской промышленности (пищевая добавка Е503. Также он применяется для получения сульфата аммония из гипса; в лекарственных средствах; в косметической промышленности в качестве красителя и др.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Сколько литров аммиака можно получить из $0,96$ г карбоната аммония при температуре разложения и атмосферном давлении?

Решение

Запишем химическую реакцию разложения карбоната аммония при нагревании:

$\left(NH_4\right)_2CO_3\rightarrow CO_2+H_2O+2NH_3$

Определим количество моль $\left(NH_4\right)_2CO_3$ :

$n=m/M=0,96/96=0,01$ моль

где $m$ — масса вещества; $M$ — молярная масса вещества.

Из стехиометрии реакции следует, что

$n\left(NH_3\right)=2\cdot n\left(\left(NH_4\right)_2CO_3\right)=2\cdot0,01=0,02$ моль

Вычислим объем аммиака по уравнению состояния идеального газа:

$P\cdot V=n\cdot R \cdot T$

$R$ — универсальная газовая постоянная, $R=8,314$ Дж/моль $\cdot$ К

$P = 1$ атм = $101325$ Па

$T = 60^{\circ} \text{C} = (60 + 273) K = 333 K$

Выразим из уравнения объем и подставим числовые значения:

$V=\frac{n \cdot R\cdot T}{P}=\frac{0,02\cdot 8,314 \cdot 333}{101325}=5,465\cdot10^{-4}$ м $^3=5,465\cdot10^{-4} = 0,5465$ л

Ответ

Объем аммиака равен $0,5465$ л

ПРИМЕР 2

Задание

Определить направление химической реакции при $298 K$ и $P = 1$ атм.

Решение

Запишем исследуемую химическую реакцию:

$\left(NH_4\right)_2CO_3\rightarrow CO_2+H_2O+2NH_3$

При постоянной температуре и давлении направление химической реакции показывает изменение энергии Гиббса реакции $\Delta G$ , которое рассчитывается как:

$\Delta G=\Delta H-T\cdot \Delta S$

где $\Delta H$ — изменение энтальпии реакции; $\Delta S$ — изменение энтропии реакции.

$\Delta H$ и $\Delta S$ рассчитываются на основании стандартных энтальпий и энтропий образования по закону Гесса, которые приведены в справочниках:

$\Delta H=\left(\sum\nu\cdot\Delta H_{f} \right )_{prod}-\left(\sum\nu\cdot\Delta H_{f} \right )_{reag}$

$\Delta S=\left(\sum\nu\cdot\Delta S_{f} \right )_{prod}-\left(\sum\nu\cdot\Delta S_{f} \right )_{reag}$

где $\nu$ — стехиометрические коэффициенты.

Из справочных данных:

$\Delta H_{f}\left(NH_3\right)=-46,19$ кДж/моль

$\Delta H_{f}\left(CO_2\right)=-393,51$ кДж/моль

$\Delta H_{f}\left(H_2O\right)=-241,84$ кДж/моль

$\Delta H_{f}\left(\left(NH_4\right)_2CO_3\right)=-942,8$ кДж/моль

$\Delta S_{f}\left(NH_3\right)=192,59$ Дж/моль $\cdot K$

$\Delta S_{f}\left(CO_2\right)=213,6$ Дж/моль $\cdot K$

$\Delta S_{f}\left(H_2O\right)=188,74$ Дж/моль $\cdot K$

$\Delta S_{f}\left(\left(NH_4\right)_2CO_3\right)=170$ Дж/моль $\cdot K$

Подставим численные данные в выражение для нахождения изменения энтальпии:

$\Delta H=2\cdot \Delta H_{f}\left(NH_3\right)+\Delta H_{f}\left(H_2O\right)+\Delta H_{f}\left(CO_2\right)-\Delta H_{f}\left(\left(NH_4\right)_2CO_3\right)$

$\Delta H=-2\cdot 46,19-241,84-393,51+942,8=215,07$ кДж/моль = $21507$ Дж/моль

Подставим численные данные в выражение для нахождения изменения энтропии:

$\Delta S=2\cdot \Delta S_{f}\left(NH_3\right)+\Delta S_{f}\left(H_2O\right)+\Delta S_{f}\left(CO_2\right)-\Delta S_{f}\left(\left(NH_4\right)_2CO_3\right)$