氨氣

氨氣,Ammonia, NH3,無色氣體。有強烈的刺激氣味。密度 0.7710。相對密度0.5971(空氣=1.00)。易被液化成無色的液體。在常溫下加壓即可使其液化(臨界溫度132.4℃,臨界壓力11.2兆帕,即112.2大氣壓)。沸點-33.5℃。也易被固化成雪狀固體。熔點-77.75℃。溶於水、乙醇乙醚。在高溫時會分解成氣和氣,有還原作用。有催化劑存在時可被氧化成一氧化氮。用於制液氮氨水硝酸、銨鹽和類等。可由氮和氫直接合成而製得,能灼傷皮膚、眼睛、呼吸器官的黏膜,人吸入過多,能引起肺腫脹,以至死亡。

基本介绍

  • 中文名:氨氣
  • 英文名:Ammonia
  • 化學式:NH3
  • 分子量:17.031
  • 熔點:-77.7℃
  • 沸點:-33.5℃
  • 水溶性:極易溶於水
  • 密度:0.771g/L
  • 外觀:無色有刺激性惡臭的氣味
分子結構,物理性質,化學性質,氨氣製法,工業製法,工業製備流程,實驗製備,銨鹽,噴泉實驗,氨氣檢驗,氨氣的危害,臨床表現,急救措施,泄漏應急處置措施,火災應急處置措施,職業危害預防措施,主要用途,

分子結構

氮原子有5個價電子,其中有3個未成對,當它與氫原子化合時,每個氮原子可以和3個氫原子通過極性共價鍵結合成分子,氨分子裡的氮原子還有一個孤對電子。氨分子的空間結構是三角錐型,極性分子

物理性質

相對分子質量 17.031
氨氣在標準狀況下的密度為0.771g/L
臨界點132.4℃
蒸汽壓 506.62kPa(4.7℃)
熔點-77.7℃;沸點-33.5℃
溶解性:極易溶於水(1:700)
相對密度(水)0.82(-79℃)
相對密度(空氣)0.5971
自燃點651.1℃
臨界體積72.47cm3/mol
臨界密度0.235g/cm3
臨界壓縮係數0.242
液體熱膨脹係數,25℃時 0.0025 1/℃
表面張力,25℃時 19.75×10-3 N/m,19.75dyn/cm
汽化熱,沸點下 1336.97kj/kg,574.9BTU/1b
熔化熱,熔點下 332.16kj/kg,142.83BTU/1b
氣體定壓比熱容cp,25℃時 2.112kj/(kg* k),0.505BTU/(1b·R)
氣體定容比熱容cp,25℃時 1.624kj/(kg* k),0.388BTU/(1b·R)
氣體比熱容比,cp/cv 1.301
氣體摩爾熵,25℃時 192.67j/(mol*k )
氣體摩爾生成焓,25℃時 -45.9kj/mol
氣體黏度,25℃時 101.15×10-7Pa *s,101.15μP
液體黏度 ,25℃時 0.135mPa *s,0.082cp
燃燒熱,25℃(77oF)氣態時 18603.1kj/kg,7999.3BTU/1b
空氣中爆炸低限含量16.1%( φ )
空氣中爆炸高限含量25%( φ )

化學性質

1)跟水反應
氨在水中的反應可表示為:NH3+H2O=NH3·H2O
一水合氨不穩定受熱分解生成氨和水
氨水在中學化學實驗中三套用
①用蘸有濃氨水的玻璃棒檢驗HCl等氣體的存在
②實驗室用它與鋁鹽溶液反應制氫氧化鋁
③配製銀氨溶液檢驗有機物分子中醛基的存在。
2)跟酸反應
NH3+HNO3===NH4NO3
2NH3+H2SO4===(NH4)2SO4
NH3+HCl===NH4Cl
3NH3+H3PO4===(NH4)3PO4
NH3+CH3COOH===CH3COONH4
NH3+CO2+H2O===NH4HCO3
3)在純氧中燃燒
4NH3+3O2==點燃==2N2+6H2O
4NH3+5O2=催化劑加熱=4NO+6H2O
該反應是放熱反應,是工業制硝酸的第一步。
5)與碳的反應
NH3+C=加熱=HCN+H2(劇毒氰化氫)
6)液氨的自偶電離
液氨的自偶電離為:
2NH3==(可逆)NH2+ NH4K=1.9×10^-30(223K)
7)取代反應
取代反應的一種形式是氨分子中的氫被其他原子或基團所取代,生成一系列氨的衍生物。另一種形式是氨以它的氨基亞氨基取代其他化合物中的原子或基團,例如:
COCl2+4NH3==CO(NH2)2+2NH4Cl
HgCl2+2NH3==Hg(NH2)Cl+NH4Cl
這種反應與水解反應相類似,實際上是氨參與的複分解反應,故稱為氨解反應
8)與水、二氧化碳
NH3+H2O+CO2==NH4HCO3
此反應可逆,碳酸氫銨受熱會分解
NH4HCO3=(加熱)=NH3+CO2+H2O
9)與氧化物反應
3CuO+2NH3==加熱==3Cu+3H2O+N2
這是一個氧化還原反應,採用氨氣與氧化銅共熱,體現了氨氣的還原性
10氨水(NH3·H2O)對大部分物質沒有腐蝕性,但可腐蝕許多金屬,在有水汽存在的條件下對等金屬有腐蝕性,一般若用鐵桶裝氨水,鐵桶應內塗瀝青
11NH3能使濕潤的紫色石蕊試紙變藍。 電離方程式在水中產生少量氫氧根離子,呈弱鹼性。

氨氣製法

工業製法

工業上氨是以哈伯法通過N2和H2在高溫高壓和催化劑存在下直接化合而製成:
工業上制氨氣
N2+3H2==高溫高壓催化劑===2NH3可逆反應
△rHθ =-92.4kJ/mol

工業製備流程

工業制氨絕大部分是在高壓、高溫和催化劑存在下由氮氣和氫氣合成製得。氮氣主要來源於空氣;氫氣主要來源於含氫和一氧化碳的合成氣(純氫也來源於水的電解)。由氮氣氫氣組成的混合氣即為合成氨原料氣。從燃料化工來的原料氣含有硫化合物和碳的氧化物,它們對於合成氨的催化劑是有毒物質,在氨合成前要經過淨化處理。
1、哈伯法制氨:
高溫高壓
N2(g)+3H2(g)========2NH3(g)(可逆反應) △rHθ=-92.4kJ/mol
催化劑
2、天然氣制氨:天然氣先經脫硫,然後通過二次轉化,再分別經過一氧化碳變換、二氧化碳脫除等工序,得到的氮氫混合氣,其中尚含有一氧化碳和二氧化碳約0.1%~0.3%(體積),經甲烷化作用除去後,製得氫氮摩爾比為3的純淨氣,經壓縮機壓縮而進入氨合成迴路,製得產品氨。以石腦油為原料的合成氨生產流程與此流程相似。
3、重質油制氨:重質油包括各種深度加工所得的渣油,可用部分氧化法製得合成氨原料氣,生產過程比天然氣蒸汽轉化法簡單,但需要有空氣分離裝置。空氣分離裝置製得的氧用於重質油氣化,氮用於氨合成原料。
4、煤(焦炭)制氨:煤直接氣化(見煤氣化)有常壓固定床間歇氣化、加壓氧-蒸汽連續氣化等多種方法。例如早期的哈伯-博施法合成氨流程,以空氣和蒸汽為氣化劑,在常壓、高溫下與焦炭作用,製得含(CO+H2)/N2摩爾比為3.1~3.2的煤氣,稱為半水煤氣。半水煤氣經洗滌除塵後,去氣櫃,經過一氧化碳變換,並壓縮到一定壓力後,用加壓水洗滌除去二氧化碳,再進一步用壓縮機壓縮後用銅氨液進行洗滌,以除去少量一氧化碳二氧化碳,然後送去合成氨。

實驗製備

實驗室,氨常用銨鹽作用或利用氮化物易水解的特性製備:2NH4Cl(固態) + Ca(OH)2(固態)===2NH3↑+ CaCl2 + 2H2O
Li3N + 3H2O === 3LiOH + NH3
實驗室快速製得氨氣的方法
用濃氨水加固體NaOH製備氨氣

銨鹽

銨鹽是氨與酸作用得到銨鹽,銨鹽是由銨根離子(NH4+)和酸根離子組成的化合物。一般為無色晶體,易溶於水,是強電解質。從結構來看,NH4+離子和Na+離子是等電子體。NH4+離子的半徑比Na+離子的大,而且接近於K+離子,一般銨鹽的性質也類似於鉀鹽,如溶解度,一般易溶,易成。銨鹽和鉀鹽是同晶型等,在化合物分類中常把銨鹽和鹼金屬鹽歸為一類。
1.水解
因為氨是弱鹼,銨鹽是弱鹼強酸鹽或弱鹼弱酸鹽,前者水解後溶液顯酸性:
NH4++H2O== NH3·H2O+H+
2.受熱分解
所有的銨鹽加熱後都能分解,其分解產物與對應的酸以及加熱的溫度有關。分解產物一般為氨和相應的酸。如果酸具有氧化性,則在加熱條件下,氧化性酸和產物氨將進一步反應,使NH3氧化為N2或其氧化物:
碳酸氫銨最易分解,分解溫度為30℃:
氯化銨受熱分解成氨氣和氯化氫。這兩種氣體在冷處相遇又可化合成氯化銨。
硝酸銨受熱分解的產物隨溫度的不同而不同。加熱溫度較低時,分解生成硝酸和氨氣:
溫度再高時,產物又有不同;在更高的溫度或撞擊時還會因分解產物都呈氣體而爆炸。
硫酸銨要在較高的溫度才分解成NH3和相應的硫酸。強熱時,還伴隨有氨被硫酸氧化的副反應,所以產物就比較複雜。
3.跟鹼反應放出氨氣
實驗室里就是利用此反應來製取氨,同時也利用這個性質來檢驗銨離子的存在。

噴泉實驗

在常溫,常壓下,一體積的水中能溶解700體積的氨。
在乾燥的圓底燒瓶里充滿氨氣,用帶有玻璃管和滴管(滴管里預先吸入水)的塞子塞緊瓶口。立即倒置燒瓶,使玻璃管插入盛水的燒杯里(水裡事先加入少量的酚酞試液),把實驗裝置裝好後。打開橡皮管的夾子,擠壓滴管的膠頭,使少量的水進入燒瓶。觀察現象。
實驗的基本原理是使燒瓶內外在短時間內產生較大的壓強差,利用大氣壓將燒瓶下面燒杯中的液體壓入燒瓶內,在尖嘴導管口形成噴泉。

氨氣檢驗

方法一:
用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗,試紙變藍證明有氨氣。
方法二:
用玻璃棒蘸濃鹽酸或者濃硝酸靠近,產生白煙,證明有氨氣。

方法三:
氨氣檢測儀表可以定量測量空氣中氨氣的濃度。

氨氣的危害

臨床表現

吸入的危害表現 
氨的刺激性是可靠的有害濃度報警信號。但由於嗅覺疲勞,長期接觸後對低濃度的氨會難以察覺。吸入是接觸的主要途徑,吸入氨氣後的中毒表現主要有以下幾個方面。
輕度吸入氨中毒表現有鼻炎咽炎、喉痛、發音嘶啞。氨進入氣管支氣管會引起咳嗽、咯痰、痰內有血。嚴重時可咯血及肺水腫,呼吸困難、咯白色或血性泡沫痰,雙肺布滿大、中水泡音。患者有咽灼痛、咳嗽、咳痰或咯血、胸悶和胸骨後疼痛等。
急性吸入氨中毒的發生多由意外事故如管道破裂、閥門爆裂等造成。急性氨中毒主要表現為呼吸道黏膜刺激和灼傷。其症狀根據氨的濃度、吸入時間以及個人感受性等而輕重不同。
急性輕度中毒:咽乾、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽、咳痰,胸悶及輕度頭痛,頭暈、乏力,支氣管炎和支氣管周圍炎。
急性中度中毒:上述症狀加重,呼吸困難,有時痰中帶血絲,輕度發紺,眼結膜充血明顯,喉水腫,肺部有乾濕性噦音。
急性重度中毒:劇咳,咯大量粉紅色泡沫樣痰,氣急、心悸、呼吸困難,喉水腫進一步加重,明顯發紺,或出現急性呼吸窘迫綜合症、較重的氣胸和縱隔氣腫等。
嚴重吸入中毒:可出現喉頭水腫、聲門狹窄以及呼吸道黏膜脫落,可造成氣管阻塞,引起窒息。吸入高濃度的氨可直接影響肺毛細血管通透性而引起肺水腫,可誘發驚厥、抽搐、嗜睡、昏迷等意識障礙。個別病人吸入極濃的氨氣可發生呼吸心跳停止。
皮膚和眼睛接觸的危害表現 
低濃度的氨對眼和潮濕的皮膚能迅速產生刺激作用。潮濕的皮膚或眼睛接觸高濃度的氨氣能引起嚴重的化學燒傷。急性輕度中毒:流淚、畏光、視物模糊、眼結膜充血。
皮膚接觸可引起嚴重疼痛和燒傷,並能發生咖啡樣著色。被腐蝕部位呈膠狀並發軟,可發生深度組織破壞。
高濃度蒸氣對眼睛有強刺激性,可引起疼痛和燒傷,導致明顯的炎症並可能發生水腫、上皮組織破壞、角膜混濁和虹膜發炎。輕度病例一般會緩解,嚴重病例可能會長期持續,並發生持續性水腫、疤痕、永久性混濁、眼睛膨出、白內障、眼瞼和眼球粘連及失明等併發症。多次或持續接觸氨會導致結膜炎

急救措施

清除污染 
如果患者只是單純接觸氨氣,並且沒有皮膚和眼的刺激症狀,則不需要清除污染。假如接觸的是液氨,並且衣服已被污染,應將衣服脫下並放入雙層塑膠袋內。
如果眼睛接觸或眼睛有刺激感,套用大量清水或生理鹽水沖洗20min以上。如患者戴有隱形眼鏡,又容易取下並且不會損傷眼睛的話,應取下隱形眼鏡
對接觸的皮膚和頭髮用大量清水沖洗15min以上。沖洗皮膚和頭髮時要注意保護眼睛。
病人復甦 
應立即將患者轉移出污染區,至空氣新鮮處,對病人進行復甦三步法(氣道、呼吸、循環)。
氣道:保證氣道不被舌頭或異物阻塞。
呼吸:檢查病人是否呼吸,如無呼吸可用袖珍面罩等提供通氣。
循環:檢查脈搏,如沒有脈搏應施行心肺復甦。
初步治療 
氨中毒無特效解毒藥,應採用支持治療。
如果接觸濃度≥500ppm,並出現眼刺激、肺水腫的症狀,應立即就醫。
對氨吸入者,應給濕化空氣或氧氣。如有缺氧症狀,應給濕化氧氣。
如果呼吸窘迫,應考慮進行氣管插管。
如皮膚接觸氨,會引起化學燒傷,可按熱燒傷處理:適當補液,給止痛劑,維持體溫,用消毒墊或清潔床單覆蓋傷面。如果皮膚接觸高壓液氨,要注意凍傷。
誤服者給飲牛奶,有腐蝕症狀時忌洗胃。

泄漏應急處置措施

氨對人體生理的影響氨無色具有強烈的刺激臭味,對人體有較大的毒性。氨氣慢性中毒會引起慢性氣管炎、肺氣腫等呼吸系統病,急性氨中毒反映在咳嗽不止、憋氣等。
(1)少量泄漏。
撤退區域內所有人員。防止吸入蒸氣,防止接觸液體或氣體。處置人員應使用呼吸器。禁止進入氨氣可能匯集的局限空間,並加強通風。只能在保證安全的情況下堵漏。泄漏的容器應轉移到安全地帶,並且僅在確保全全的情況下才能打開閥門泄壓。可用砂土、蛭石等惰性吸收材料收集和吸附泄漏物。收集的泄漏物應放在貼有相應標籤的密閉容器中,以便廢棄處理。
(2)大量泄漏。
疏散場所內所有未防護人員,並向上風向轉移。泄漏處置人員應穿上全封閉重型防化服,佩戴好空氣呼吸器,在做好個人防護措施後,用噴霧水流對泄漏區域進行稀釋。通過水槍的稀釋,使現場的氨氣漸漸散去,利用無火花工具對泄漏點進行封堵。
向當地政府和“119”及當地環保部門、公安交警部門報警,報警內容應包括事故單位;事故發生的時間、地點、化學品名稱和泄漏量、危險程度;有無人員傷亡以及報警人姓名、電話。
禁止接觸或跨越泄漏的液氨,防止泄漏物進入陰溝和排水道,增強通風。場所內禁止吸菸和明火。在保證安全的情況下,要堵漏或翻轉泄漏的容器以避免液氨漏出。要噴霧狀水,以抑制蒸氣或改變蒸氣雲的流向,但禁止用水直接衝擊泄漏的液氨或泄漏源。防止泄漏物進入水體、下水道、地下室或密閉性空間。禁止進入氨氣可能匯集的受限空間。清洗以後,在儲存和再使用前要將所有的保護性服裝和設備清洗消毒。

火災應急處置措施

在貯存及運輸使用過程中,如發生火災應採取以下措施:
(1)報警:迅速向當地119消防、政府報警。報警內容應包括:事故單位;事故發生的時間、地點、化學品名稱、危險程度;有無人員傷亡以及報警人姓名、電話。
(2)隔離、疏散、轉移遇險人員到安全區域,建立500m左右警戒區,並在通往事故現場的主要幹道上實行交通管制,除消防及應急處理人員外,其他人員禁止進入警戒區,並迅速撤離無關人員。
(3)消防人員進入火場前,應穿著防化服,佩戴正壓式呼吸器。氨氣易穿透衣物,且易溶於水,消防人員要注意對人體排汗量大的部位,如生殖器官、腋下、肛門等部位的防護。
(4)小火災時用乾粉或CO2滅火器,大火災時用水幕、霧狀水或常規泡沫。
(5)儲罐水災時,儘可能遠距離滅火或使用遙控水槍或水炮撲救。
(6)切勿直接對泄漏口或安全閥門噴水,防止產生凍結。
(7)安全閥發出聲響或變色時應儘快撤離,切勿在儲罐兩端停留。

職業危害預防措施

(1)氨作業工人應進行作業前體檢,患有嚴重慢性支氣管炎、支氣管擴張哮喘以及冠心病者不宜從事氨作業。
(2)工作時應選用耐腐蝕的工作服、防鹼手套、眼鏡、膠鞋、防毒口罩,防毒口罩應定期檢查,以防失效。
(3)在使用氨水作業時,應隨身備有清水,以防萬一;在氨水運輸過程中,應隨身備有3%硼酸液,以備急救沖洗;配製一定濃度氨水時,應戴上風鏡;使用氨水時,作業者應在上風處,防止氨氣刺激面部;操作時要嚴禁用手揉擦眼睛,操作後洗淨雙手。
(4)預防皮膚被污染,可選用硼酸油膏。
(5)配備良好的通風排氣設施、合適的防爆、滅火裝置。
(6)工作場所禁止飲食、吸菸、禁止明火、火花。
(7)應急救援時,必須佩帶空氣呼吸器。
(8)發生泄漏時,將泄漏鋼瓶的滲口朝上,防止液態氨溢出。
(9)加強生產過程的密閉化和自動化,防止跑、冒、滴、漏。
(10)使用、運輸和貯存時應注意安全,防止容器破裂和冒氣。
(11)現場安裝氨氣監測儀及時報警發現。

主要用途

氨用於製造氨水、氮肥(尿素、碳銨等)、複合肥料、硝酸、銨鹽、純鹼等,廣泛套用於化工、輕工、化肥、製藥、合成纖維等領域。含氮無機鹽及有機物中間體、磺胺藥、聚氨酯聚醯胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料。此外,液氨常用作製冷劑,氨還可以作為生物燃料來提供能源。

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