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氨水

氨水为气体氨的水溶液。氨易挥发逸出,有强烈刺激臭味。其中仅有一小部分氨分子与水反应而成铵离子(NH4+)和氢氧根离子(OH-),因此氨水是弱碱,其离解常数 K=1.65×10-5(25℃)一般常混称为氢氧化铵(NH4OH)溶液。比重小于1。含氨越多,比重越小,最浓的氨水含氨35.28%,比重为0.88。氨水是一种重要的化学试剂。农业上用作肥料,使用时宜先掺水稀释至千分之一以下,并须深施,立即盖土。切忌同茎叶接触,以免灼伤。低浓度的氨水可作药用,对呼吸和循环起反射性刺激,用于治疗昏厥。外用为皮肤刺激药及消毒药。
反应式
图1为
氨分子与水反应生成铵离子(NH4+)和氢氧根离子(OH-)

理化性质 提纯方法 应用与主要用途 肥料 施用技术 贮存和运输

理化性质
氨水含氨(NH3)15%~25%以上,含氮(N)14%~17%。纯氨水为无色透 明液体,农用氨水常因含有少量硫(S)、铁(Fe)、铜(Cu)等杂质,而分别略带淡黄、黄褐、绿等颜色。氨水中的氮呈三种不稳定的结合态:一水合氨 (NH3·H2O)、分子态氨和氢氧化铵(NH4OH)。氨水易挥发,其挥发速度与其浓度(蒸汽压)、放置时间、与空气的接触面积和温度等因素有关。在一 定的温度下,氨水的比重与浓度成正比,一立方米的氨水重量为0.91吨。
氨水呈碱性反应,pH值通常为10左右,且随着氨的浓度增加而上升,如浓度为18%者,pH值可达11。对铜、铝(Al)、铁等金属容器具有腐蚀性;对水 泥、石头、陶器、松木和塑料的腐蚀性较小;对人畜眼、鼻腔粘膜有刺激性,对皮肤伤口亦有腐蚀作用。中国化工部1964年颁布的氨水质量标准“HG- 88-64”规定,氨水中氨含量应符合以下标准:
农用氨水(NH3)的质量指标(%)
图2为农用氨水(NH3)的质量指标(%)
氨水施入土壤后,仅一部分氨气直接被土壤吸持,大部分在土壤溶液中形成NH4OH,其中NH4+也能被土壤胶体所吸持。氨水刚施入土壤时,施肥带的土壤呈 碱性。但随着NH+4被作物吸收,并经过土壤吸附和硝化等作用后,最终对土壤pH值和作物生长均无大影响。在石灰性和碱性土壤上,氨水氨更易直接挥发,尤应采用基肥深施等安全施肥措施。


提纯方法
加热氨水时,氨气逸出,加热至沸腾时将放出全部的氨。将逸出的氨净化后溶解在高纯水中,则得到高纯氨水。将瓶装气态氨,经过净化后溶解在高纯水中也可制得高纯氨水。用等温扩散法也可以制得高纯氨水。分述如下:
(1) 蒸馏法
在蒸馏瓶中加入3000ml分析纯氨水和20~30ml高锰酸钾溶液 (0.02mol/l),在图3-20所示的装置中进行蒸馏。接通电源缓缓加热,将活塞K1、K2、K3、K4打开,接通冷却水。当蒸馏瓶中的温度达40℃左右时,氨便大量逸出,经过洗气之后溶解于水中。在蒸馏过程中注意用调压变压器控制气泡速度为60个气泡/min。随着吸收瓶中氨量的增加,体积不断增大,当吸收瓶中体积为3000ml左右并有大量气泡逸出液面时,吸收氨水浓度即达到25%以上,这种氨水能满足于高纯分析中的要求。
如果蒸馏瓶中温度已达到90℃,但还没有吸收饱和时,吸出蒸馏瓶中的残液,应重新按上法加料继续蒸馏。图3-20中所示装置中管道联接使用无硫橡胶管或聚乙烯塑料管。在停止蒸馏时,先切断电源,待气泡几乎不再发生时,关闭活塞K1、K2、K3、 K4,防止溶液倒吸。

(2) 钢瓶氨气吸收法
高纯氨水也可以用钢瓶装的氨经过净化后溶于高纯水的方法提纯。装有氨的钢瓶涂黄色并注明“氨”,装氨钢瓶经过1%的高锰酸钾、5%的氢氧化钙悬浮液和两个纯水洗瓶洗气之后,溶解于新鲜的高纯水中,吸收瓶用冰水冷却,气流速度控制在约60个气泡/min。仪器装置和图3-20相似。只是除去氨发生装置部分,将洗气瓶入口和钢瓶联接起来即可。这种方法提纯的氨水纯度不低于上述蒸馏方法所得氨水的纯度。
蒸馏提纯氨水装置图
图3为蒸馏提纯氨水装置图
1—5000ml硬质玻璃蒸馏瓶内盛3000ml分析纯氨水;
2—球形冷凝管,硬质玻璃,长约60cm;
3—1kW石墨电炉,外接调压变压器;
4—温度计(0~150℃);
5—EDTA洗气瓶,容积3000ml,内装1%EDTA氨溶液700ml;
6,7—纯水洗气瓶,体积3000ml,内装纯水700ml;
8—3000ml有机玻璃吸收瓶,内装新鲜高纯水1500ml;
9—聚乙烯捕气瓶,容积1000ml内装纯水500ml;
10—聚氯乙烯冷却槽,φ300×150mm,内装冰和水;
K1,K2,K3,K4—两通玻璃活塞钢瓶中氨的净化,也可使其通过EDTA氨性溶液,使其所含杂质被EDTA溶液捕集之后,再经纯水洗气,最后通入冷却的高纯水中,所得氨水杂质含量很低,如其中所含铜和镍分别可达到4和1ng/g。

(3) 等温扩散法
在大干燥器中加入分析纯浓氨水和几克氢氧化钠,在瓷板上放置一个塑料杯,杯中加入新鲜高纯水,盖好盖子。经过2~3 d 之后,可以得到浓度接近25%的高纯氨水。所提纯的高纯氨水浓度取决于原料氨水和高纯水的用量,原料氨水越多,吸收水越少,所获得纯氨水的浓度就越大。


(4) 亚沸蒸馏法
此法很简单,将两个聚四氟乙烯瓶口对口地联接成90°~100° 的角度。在其中一个瓶中放入浓氨水,用红外灯等加热到约60℃,生成的氨气被另一瓶中的高纯水吸收,即为高纯氨水。
另外,在氨水中加入适量氢氧化钡,将碳酸盐沉淀以后,再加热使氨挥发,经洗气之后用高纯水吸收提纯的氨水不含碳酸盐。


应用与主要用途
1.氨水吸收式制冷系统
氨吸收式制冷系统可以制取0℃以下低温冷量,同时它具有废热综合利用、系统运行平稳可靠、噪声小、维修简单、操作方便等优点,在工业制冷和空调系统领域具有较好的应用前景。

2.氨水吸收CO2
气候变化引起国际社会越来越多的关注,二氧化碳的减排已成为迫切需要解决的问题。世界上约40%的CO2 由化石燃料电厂产生,现有的燃煤电厂CO2 捕集主要有3 条技术路线:燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧。其中针对燃烧后排放的二氧化碳的分离技术主要有化学吸收法、吸附法、膜吸收法和生物固碳和水合物法,其中化学吸收法被认为是目前最有效的方法。吸收二氧化碳主要的化学试剂有醇胺溶液,NaOH 溶液和氨水等。CO2与氨可以在不同温度条件下进行化学反应 ,在常压、室温条件下, 主要生成NH 2 COONH 4 ,NH2COONH4很容易溶解于水生成( NH4)2CO3 。这是伴有可逆化学过程的反应。

3.新型燃气–氨水蒸汽功冷联供联合循环
氨水工质朗肯循环利用多组分工质变温蒸发的特性,有效改善了与变温热源的温度匹配,其热效率可达到蒸汽朗肯循环的 1.05~1.25 倍 。 可见,以氨水代替水作为底循环工质,可以有效减少余热锅炉中换热过程的不可逆损失,使得联合循环系统性能得以提高。氨水工质可用于提高动力循环性能。采用氨水工质的动力正循环和制冷逆循环在运行方式、工作温度区间和系统输出等方面存在广泛的互补性,近年来,国内外先后出现了一些由氨吸收式制冷循环与氨水工质动力循环耦合而成的氨水工质功冷联供复合循环。与氨水工质动力循环或功冷分供系统相比,具有有效输出增加、能量利用率提高等优点。在氨水工质动力循环的加热过程中,氨水变温蒸发的特性使得在保持适当换热温差等约束条件的情况下,氨水浓度的提高有利于改善其与热源间的热匹配。

肥料
氨水主要是做肥料,适用于各种土壤和作物。旱地施用需掺水稀释40~100倍,沟施或穴施,施后应立即盖土,水田可用“顺水流”施法。也有采用拌土、兑水泼施,都有较好效果。施用氨水要防止烧伤作物,经氨水烧伤的作物开始卷叶,叶色变浅绿,随后发黄,出现褐斑,下部枯死。其原因是氨气大量挥发,透入作物细胞内争夺水分,使作物失水而枯。因此,有效施用氨水要掌握三条原则: ①使氨水很快进入土壤,尽量减少与空气接触的时间,防止氨气挥发。② 使氨水不与种子、作物根、茎、叶直接接触,免受其害。③使氨水在地里分布均匀,防止局部土壤氨浓度过大。为了减少氨的挥发和降低碱性,农业上有时在氨水中通入二氧化碳,制成碳化氨水使用。碳化氨水主要成分为氨水、碳酸铵和碳酸氢铵,组成比例随通入二氧化碳的多少而异。碳化氨水也是一种速效性氮肥,含氨量一般大于15%,其作用和普通氨水相同,但便于使用。氨水除用做肥料外,还是制取其他铵盐的原料,纺织工业用于洗涤羊毛等物品,制药、制革、橡胶和油脂碱化,以及瓶胆镀银等都要用到氨水,医疗上用稀氨水作消毒剂。
氨水或碳化氨水属于强腐蚀性物质,都不能用钢、铁、铜等金属容器盛存,可用陶坛、瓦罐、木桶或橡皮袋装运。农村可在阴凉位置建造水泥地窖贮放氨水,在贮运中,要注意密封,避免日晒。不宜长久贮存。氨水对人眼、鼻及破损皮肤有敏感性刺激,使用时,要注意安全。


施用技术
氨水的施用工具除了特别的氨水施肥机外,尚有多种手工深施方法。氨水作基肥,可先泼施后立即翻耕,也可采用拌泥或与有机肥堆制后撒施翻耕或随灌溉水一起施等方法。氨水能被作物安全吸收的浓度为<0.05%,作追肥应先用水稀释,然后泼浇或穴施和沟施,或者拌泥后撒施等。

贮存和运输
氨水具有挥发、腐蚀、渗漏和刺激等特性。在中国,短途运输的贮运容器可用坚固的铁桶(厚1.2厘米)、氨水胶囊袋,甚至水泥船、木船或钢铁船等等。长途运输氨水,一般用铁路罐车或汽车罐车;贮存容器可因地制宜,分别采用中型的钢罐、钢筋混凝土贮池,农村小型贮池,地下式或半地下式的氨水窖、胶袋、塑料袋和废旧柏油桶等等。
为减缓氨的挥发和对作物的伤害,可在氨水中通入二氧化碳(CO2),制成碳化氨水。随着二氧化碳通入量的增加,氨水中的NH3和NH4OH逐步转变为(NH4)2CO3(碳酸铵)和比较稳定的NH4HCO3(碳酸氢铵)。碳化氨水的蒸汽压和挥发性比普通氨水小。中国制造的碳化氨水产品的成分以碳酸铵为主,一般为带氨味的无色透明液体,有时因混有硫、铁等杂质而略带黄、褐、红色。碳化氨水对碳钢、铸铁和铅等黑色金属容器的腐蚀性比普通氨水强,所以要求贮存容器的阀门、管道、泵等,均应由铝铸铁制成。此外,碳化氨水对水泥的腐蚀性比普通氨水大,对木材则较小。施用方法同普通氨水。

【参考资料】
http://www.chemicalbook.com/ProductChemicalPropertiesCB1853050.htm

http://baike.baidu.com/view/4718.htm

中国农业百科全书总编辑委员会农业化学卷编辑委员会,中国农业百科全书编辑部 编.中国农业百科全书·农业化学卷.北京:农业出版社.1996.第3-4页.

吴永仁 主编.中国中学教学百科全书·化学卷.沈阳:沈阳出版社.1990.第443页.

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