窒素の単体と化合物の性質・製法

アンモニアNH₃

• 窒素の水素化物であるアンモニアNH₃は次のような特徴をもつ。

❶ 無色無臭で刺激臭をもつ塩基性気体

• アンモニアは、色がついておらず刺激臭をもつ塩基性気体である。

参考：気体の性質（色・臭い・毒性・水溶液の液性など）

❷ 工業的製法：ハーバー・ボッシュ法

• アンモニアを工業的につくる際はハーバー法（ハーバーボッシュ法）を用いる。

参考：ハーバー法（ハーバー・ボッシュ法）の原理・反応式・高温高圧下の理由など

❸ 実験室的製法：塩化アンモニウムに水酸化カルシウムを加えて加熱する

• アンモニアを実験室内でつくる際には、塩化アンモニウムNH₄Clに水酸化カルシウムCa(OH)₂を加えて加熱する。

\[ \mathrm{2NH_{4}Cl + Ca(OH)_{2} → CaCl_{2} + 2NH_{3} + 2H_{2}O} \]

• NH₄Clは弱塩基を含む塩、Ca(OH)₂は強塩基なので、この反応は弱塩基遊離反応の一種である。

参考：【弱酸・弱塩基遊離反応】原理や公式、反応式の作り方など

「固体同士の反応」の注意点

• 固体は、液体や気体と比較して接触面積が小さい。したがって、分子同士の衝突回数を増やすため、固体同士の反応では多くの場合、加熱が必要となる。
• また、加熱をする際は試験管の口をやや下げておく必要がある。

• これは、反応により生成した水が試験管の口の方で冷却されることでできた水滴が、加熱部に流れ、試験管が割れるのを防ぐためである。

❹ 水に非常によく溶け、1価の弱塩基としてはたらく

• アンモニアは、水に非常に良く溶けて弱塩基性を示す。

\[ \mathrm{NH_{3}+H_{2}O⇄NH_{4}^{+}+\underbrace{ OH^{-} }_{ OH^{-}が発生→塩基！ } }\]

アンモニアNH₃は高校化学で登場する唯一の塩基性気体です。

参考：気体の性質（色・臭い・毒性・水溶液の液性など）

❺ HClと接触すると白煙を生じる

• アンモニアは、塩化水素HClと接触すると白煙（NH₄Clの微粒子）を発生する。

\[ \mathrm{NH_{3} + HCl → NH_{4}Cl} \]

• この反応は、NH₃やHClの検出反応として用いられる。

参考：気体の検出反応まとめ

❻ Ag^＋・Cu^2＋・Zn^2＋と錯イオンを形成する

• アンモニアは、金属元素の陽イオン（Ag^＋・Cu^2＋・Zn^2＋など）と反応し、錯イオンを形成する。

\[ \mathrm{NH_{3} + HCl → NH_{4}Cl} \]

参考：【錯イオン】色・配位数・形・価数・命名法を総まとめ

硝酸HNO₃

• 窒素を含むオキソ酸である硝酸HNO₃は次のような特徴をもつ。

❶ 濃硝酸と希硝酸

• 硝酸水溶液のうち、濃度が高い（約60％以上）のものを濃硝酸、濃度が低いものを希硝酸という。

❷ 工業的製法：オストワルト法

• 硝酸を工業的につくるときは、オストワルト法という方法を用いる。
• オストワルト法について詳しくは次のページを参照のこと。

参考：硝酸の工業的製法「オストワルト法」（触媒・覚え方・仕組み・反応式など）

❸ 実験室的製法：硝酸ナトリウムに濃硫酸を加えて加熱する

• HNO₃を実験室内でつくるときは、硝酸ナトリウムNaNO₃に濃硫酸H₂SO₄を加えて加熱する。

\[ \mathrm{2NaNO_{3}+H_{2}SO_{4}→2HNO_{3}+Na_{2}SO_{4} }\]

• この反応は揮発性酸遊離反応の一種である。

参考：揮発性酸遊離反応（原理・例・濃硫酸を使う理由など）

❹ 1価の強酸として働く

• 硝酸は電離度が高い1価の強酸である。

\[ \mathrm{HNO_{3}→H^{+}+NO_{3}^{-}} \]

❺ 強い酸化力をもつ

• 硝酸は酸化力が非常に高く、Cu・Hg・Agなどのイオン化傾向の小さい金属も溶かす酸化剤としてはたらく。
• 例として硝酸による銅の酸化反応を確認する。

\[ \mathrm{Cu + 4HNO_{3} → Cu(NO_{3})_{2} + 2NO_{2} + 2H_{2}O} \]

• 濃硝酸による酸化では二酸化窒素NO₂、希硝酸による酸化では一酸化窒素NOが生じる。
• ちなみに硝酸は、炭素C、硫黄S、リンPなどの非金属の単体も酸化して溶かす。

\[ \begin{align}&\mathrm{C+4HNO_{3}→CO_{2}+4NO_{2}+2H_{2}O}\\
&\mathrm{S+6HNO_{3}→H_{2}SO_{4}+6NO_{2}+2H_{2}O}\\
&\mathrm{P+5HNO_{3}→H_{3}PO_{4}+5NO_{2}+2H_{2}O }\end{align}\]

参考：酸化剤・還元剤（違い・見分け方・例・一覧など）

❻ 不動態形成に関わる

• 硝酸は強い酸化力をもつため、不動態形成に関わる。

参考：不動態（覚え方・ゴロ・原理など）

❼ 褐色ビンで保存する

• 硝酸は光や熱を受けると簡単に分解するため、褐色ビンに入れて保存する。
• 硝酸以外にも、化合物の中には保存法に気をつける必要のあるものが存在する。化合物の保存法について詳しくは次のページを参照のこと。

参考：化合物の保存・取り扱い方法