Соединения азот с водородом: аммиак, гидразин, гидроксиламин, азотоводородная кислота. Их кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства

Аммиак

Промышленный синтез:

N2 + 3H2 2NH3; (p = 300 - 1000 атм, t ~500°С, катализатор - 98 % Fе3O4 + 2% KАlО2).

Лабораторный синтез:

NН4Cl + KOH = NH3↑ + KCl + H2O.

Строение:

Тригональная пирамида (искаженный тетраэдр) с валентным углом 107,3°, что соответствует sр3-гибридизации атома азота. Молекула полярна.

Свойства:

бесцветный газ с резким запахом. Т. пл. –78 °С, Т. кип. –33,4 °С.

Растворимость:

в одном литре воды растворяется до 700 л газообразного NH3 при 20 °С (w = 25 %).

Химические свойства:

в водном растворе аммиака устанавливается равновесие NH3 + H2O NH3·H2O NH4 + + OH–.

Основные свойства:

NН3 + НСl = NH4Cl;

СuSO4 + 4NH3 = [Cu(NН3)4]SО4.

Кислотные свойства:

2Na + 2NH3 = H2 + 2NaNH2,

2Na + 2NaNH2 = H2 + 2Na2NH – имид натрия,

2Na + 2Na2NH = H2 + 2Na3N – нитрид натрия.

Гидролиз амидов, имидов, нитридов:

NaNH2 + Н2O = NaOН + NH3

Аммиак – восстановитель: 2NH3 + 2KМnО4 = N2 + 2МnО2 + 2KОН + 2Н2O.

Гидразин, N2H4

Получение (Рашиг): 2NH3·H2O + NaClO = N2H4·H2O + NaCl + H2O (реакцию ведут в присутствии желатина).

Строение: sp3 -гибридизация атомов азота.

Физические свойства:

В обычных условиях — бесцветная, дымящая на воздухе жидкость, температура плавления 2°С, температура кипения 114°С, E(N-N) = 200 кДж/моль, H°(298) = 50 кДж/моль, степень окисления атома азота –II.

Химические свойства.

Основность — cлабое двухкислотное основание Kb1 = 1·10-6 N2H4 + H2O = N2H4·H2O — гидразин-гидрат.

N2H4·H2O H2NNH3 + + OHN2H4 + HCl = (H2NNH3)Cl — хлорид гидразиния.

H2NNH3Cl + HCl = (H3NNH3)Cl2 — хлорид гидразиндиия.

N2H4 + H2SO4 = N2H4·H2SO4 — сульфат гидразиндиия, гидразин-сульфат, сегидрин.

Окислительно-восстановительные свойства — сильный восстановитель:

N2H4 + O2 = N2↑ + 2H2O,

N2H4 + Cl2 = N2↑ + 4HCl,

N2H4·H2SO4 + 2CuSO4 = N2↑ + 2Cu + 3H2SO4,

5N2H4·H2SO4 + 4KMnO4 + H2SO4 = 5N2↑ + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 16H2O,

3N2H4·H2SO4 + 2K2Cr2O7 + 5H2SO4 = 3N2↑ + 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 14H2O.

Окислительно-восстановительные свойства — окислитель (с сильными восстановителями).

N2H4 + H2 = 2NH3.

Гидроксиламин, NH2OH

Получение:

Электролиз азотной кислоты на свинцовом катоде HNO3 + 6H+ = NH2OH + 2H2O

Строение:

sp3-гибридизация атома азота.

Физические свойства:

В обычных условиях — бесцветное кристаллическое вещество, температура плавления 33°С, степень окисления атома азота –I

Химические свойства:

Основность — слабое основание Kb = 2·10-8.

NH2OH + H2O = NH2OH·H2O — гидрат гидроксиламина.

NH2OH·H2O HONH3 + + OH-.

Окислительно-восстановительные свойства – сильный восстановитель в щелочной среде:

2NH2OH + I2 + 2KOH = N2↑ + 2KI + 4H2O.

Окислитель в кислой среде:

2NH2OH + 4FeSO4 + 3H2SO4 = = (NH4)2SO4 + 2Fe2(SO4)3 + 2H2O.

Азид водорода, HN3

Другие названия: азотистоводородная кислота.

Получение:

N2H4 + HNO2 = HN3 + 2H2O,

NaNH2 + NaNO3 = NaN3 + NH3 + 3NaOH (при 175°С),

NaNH2 + N2O =NaN3 + NH3 + 3NaOH (при 190°С).

Физические свойства: В обычных условиях — бесцветная жидкость с резким запахом, токсична, взрывоопасна, температура кипения 37°С, степени окисления атомов азота –I и +I.

Строение: sp- и sp2 -гибридизация атомов азота.