Получение аммиака

В технологии связанного азота рассматриваются вопросы производства аммиака.

Моделирование этого процесса в учебной лаборатории сопряжено с определенными трудностями, т.к. получение аммиака требует высоких давлений. В лаборатории аммиак собирают при атмосферном давлении и высоких температурах, что приводит к десятым долям выхода целевого продукта.

Цель работы: получить азотоводородную смесь и аммиак.

Реактивы: цинк; соляная кислота, разбавленная дистиллированной водой в объемном соотношении 1:1; хлорид аммония; нитрит натрия (калия); катализатор – восстановленное железо (никель); асбест; фенолфталеин.

Оборудование: установка для получения аммиака, прибор Кирюшкина, пробирка с газоотводной трубкой, катализаторная трубка, колба-приемник на 100 мл, спиртовки (2 шт.).

Порядок выполнения работы: для синтеза аммиака собирается установка, представленная на рисунке 6.

Рис. 6. Установка для получения аммиака.

Приборы 1 и 2 собирают заранее. В прибор 1 наливают 5-7 мл соляной кислоты, а на резиновую прокладку помещают 10-12 гранул цинка. В прибор 5 помещают тщательно перемешанную смесь солей нитрита натрия (калия) и хлорида аммония (по 2 г каждой соли). При нагревании смеси солей наряду с азотом образуются пары воды, которые конденсируются в верхней части пробирки. Поэтому прибор 2 располагается горизонтально, чтобы стекло не треснуло в результате стекания воды с верхней части пробирки на разогретую спиртовкой нижнюю часть. Безотказность работы контактного прибора 3 зависит от тщательного приготовления катализатора. Для этого необходимо восстановленное железо (никель) хорошо перемешать с асбестом в объемном отношении 1:1, что увеличивает поверхность контакта катализатора с азотводородной смесью. Катализаторная смесь укладывается в стеклянную трубку (лучше кварцевую) сплошным кольцом, ограниченным с двух сторон кусочками стекловаты. Трубку следует закрыть с обоих концов резиновыми трубками. В колбу-приемник 4 наливается дистиллированная вода с несколькими каплями фенолфталеина для обнаружения аммиака. После того, как установка собрана и готова к работе, необходимо начать прогрев катализатора пламенем спиртовки в течение 5-7 минут. Затем опустить гранулы цинка в соляную кислоту в приборе 1, выделяющийся водород постепенно начнет вытеснять воздух из установки. После проверки газа на чистоту можно приступить к нагреву солей в приборе 2, в результате которого выделяется азот. Смесь азота с водородом в присутствии катализатора реагируют с образованием аммиака, о чем свидетельствует малиновая окраска воды в колбе-приемнике 4.

Для завершения работы вначале вынимают газоотводную трубку из колбы-приемника и отставляют его в сторону, затем гасят спиртовки и установка остывает до комнатной температуре, после чего ее разбирают и моют. Если не убрать колбу-приемник, а вначале погасить спиртовку, то образовавшийся вакуум при остывании установки мгновенно затянет холодную воду из колбы-приемника в разогретую катализаторную трубку, что приведет к ее растрескиванию.