資源簡介

3.3 第2課時　氨的轉化與生成
【學習目標】
1.通過對氨氣的轉化與生成的實驗探究的學習,認識氨氣、銨鹽的物理性質、化學性質以及典型實驗現象,能書寫主要反應的化學方程式,知道它們的主要應用;建立從物質類別、元素價態角度研究物質性質的思路和方法。
2.能夠應用氮及其化合物的轉化關系,分析解釋生產生活、實驗現象、物質保存、檢驗、分離等問題。
【自主預習】
一、氨氣的性質與應用
1.物理性質
顏色、狀態 氣味 密度 溶解性 特性
　　氣體 　　氣味 　　空氣 　　溶于水,常溫、常壓下,1體積水能溶解約　　　　體積的氨氣 易液化
2.化學性質
(1)實驗探究:
實驗裝置
操作 打開止水夾,并擠壓膠頭滴管的膠頭 將分別蘸有濃鹽酸和濃氨水的玻璃棒靠近
現象 燒杯中的溶液由玻璃管進入燒瓶,　　　　　　　　　　　　 　　　　　　
結論 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　
　(2)氨水的性質
(3)氨氣的性質
氨的催化氧化是工業　　　　的基礎。
3.氨的用途
(1)液氨汽化時吸收大量的熱,故可用作　　　。
(2)制　　　、　　　、銨鹽、純堿等。
二、銨鹽的性質與檢驗
1.銨鹽的物理性質
絕大多數銨鹽都是　　　　于水的白色或無色晶體。
2.銨鹽的化學性質
3.N的檢驗
未知液呈堿性濕潤的　　　石蕊試紙變藍色,則證明含N。
三、氨氣的實驗室制備方法
1.原理:實驗室里常用　　　　與　　　　混合加熱來制取氨氣。
化學方程式: 　 。
2.裝置:固體與固體反應,加熱。裝置如圖:
3.收集方法:　　　　　　　　　　　　　　　　。
4.驗滿:將濕潤的　　　　試紙放在收集氣體的試管口,若試紙變　　　　,則說明氨氣已經充滿試管。
5.NH3的干燥:使用堿石灰。
6.尾氣處理:多余的氨要吸收掉以避免污染空氣。但在尾氣處理時要防止倒吸。常采用的裝置有:
【參考答案】一、1.無色　有刺激性　小于　極易　700
2.(1)形成紅色噴泉,瓶內液體呈紅色
產生大量白煙　氨極易溶于水,水溶液呈堿性　氨氣與氯化氫氣體反應生成白色固體
(2)NH3·H2ON+OH-　藍
NH3·H2ONH3↑+H2O
(3)NH3+H2ONH3·H2O
NH3+HClNH4Cl　有白煙產生
4NH3+5O24NO+6H2O　還原性　制硝酸
3.(1)制冷劑　 (2)氮肥　硝酸
二、1.易溶
2.NH4ClNH3↑+HCl↑　NH4HCO3NH3↑+H2O+CO2↑　N+OH-NH3↑+H2O
3.紅色
三、1.氯化銨　氫氧化鈣　2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑
3.向下排空氣法
4.紅色石蕊　藍
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)液氨汽化時會吸收大量的熱,所以NH3可用作制冷劑。 (　　)
(2)所有的銨鹽受熱均可以分解,產物均有NH3。 (　　)
(3)所有的銨鹽都易溶于水,所有銨鹽中的N均呈-3價。 (　　)
(4)氨氣是非電解質,氨水是電解質,N具有金屬陽離子的一些性質。 (　　)
(5)氨氣溶于水后,氨大部分是以NH3分子形式存在,所以氨水顯弱堿性。 (　　)
(6)NH4Cl溶液中加入NaOH濃溶液共熱時反應的離子方程式為N+OH-NH3↑+H2O。 (　　)
(7)用堿石灰代替消石灰與氯化銨固體加熱制取氨氣,可使反應速率加快。 (　　)
(8)用玻璃棒蘸取濃氨水分別靠近濃鹽酸、濃硝酸和濃硫酸,都可看到有白煙生成。 (　　)
【答案】(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)√　(8)×
2.教材P112“銨鹽具有受熱易分解的性質”,銨鹽受熱分解都生成氨氣嗎
【答案】不是;有些銨鹽受熱分解生成氨氣,如氯化銨、碳酸氫銨,有些銨鹽受熱分解不生成氨氣,如硝酸銨受熱分解生成氮氣。
3.碳酸銨、碳酸氫銨可以作化肥,也可以用于食品工業。當存放不當,露置于日光下時,為什么會越來越少
【答案】銨鹽受熱容易分解。
4.檢驗氨氣時使用的紅色石蕊試紙為什么要先潤濕 檢驗溶液中的N時,加入氫氧化鈉溶液后為什么要加熱溶液
【答案】氨氣只有與水反應生成NH3·H2O才能電離出OH-;氨氣極易溶于水,如果不加熱,氨氣很難逸出。
【合作探究】
任務1：氨
情境導入　德國化學家哈伯潛心從事合成氨的工藝條件試驗和理論研究,成為合成氨工業的奠基人,被人們譽為“用空氣制造面包的天使”,從而榮獲1918年唯一的諾貝爾化學獎。空氣中含有大量的氮氣,哈伯發明了用氮氣和氫氣合成氨的技術,揭開了人工制造化肥的序幕,而且氨氣本身也可作化肥,滿足了農業生產對氮肥的需求,大幅度提高了糧食產量,從而使人們免受饑餓之苦。
問題生成
1.寫出工業合成氨的原理,總結該反應的特征,指出氧化劑和還原劑。
【答案】N2+3H22NH3,該反應屬于可逆反應,氧化劑是N2,還原劑是H2。
2.液氨和氨水是同種物質嗎 試分析液氨和氨水的微粒成分。
【答案】不是同種物質,液氨是氨氣經加壓或降溫得到的液態氨,是純凈物,即液氨是由氨分子構成的液體。氨水的主要成分是NH3·H2O,在氨水中以分子狀態存在的粒子有NH3、H2O、NH3·H2O,以離子狀態存在的粒子主要有N、H+(少量)、OH-,所以氨水是混合物。
3.氨的噴泉實驗的裝置如圖,噴泉實驗的基本原理是什么
【答案】圓底燒瓶內氣體在膠頭滴管和燒杯內液體中的溶解度足夠大,擠壓膠頭滴管時,氣體迅速溶解在滴管的液體中,使圓底燒瓶內的壓強迅速降低,在短時間內產生足夠的壓強差,則打開活塞后,大氣壓將燒杯內的液體壓入燒瓶中,在尖嘴導管口形成噴泉。
4.氨的噴泉實驗成功的關鍵是什么
【答案】(1)裝置的氣密性良好;(2)燒瓶和氣體必須是干燥的;(3)氨氣充滿整個燒瓶。
5.列舉幾例氣體與溶液形成噴泉的案例。
【答案】(1)極易溶于水的氣體(NH3)或易溶于水的氣體(HCl)與水可形成噴泉。(2)酸性氣體(HCl、SO2、NO2、CO2、H2S等)與NaOH溶液也能形成噴泉。
【核心歸納】
1.氨氣、液氨、氨水的區別
氨氣 液氨 氨水
狀態 氣態 液態 液態
物質類別 純凈物,非電解質 純凈物,非電解質 混合物,既不是電解質,也不是非電解質
物質組成 NH3 NH3 H2O、NH3、NH3·H2O、OH-、H+、N
干燥紅色 石蕊試紙 不變藍色 變藍色
2.噴泉實驗
(1)形成原因:p(外)>p(內)。減小氣壓的方法有三種:減小氣體的物質的量(將氣體物理溶解或通過化學反應溶解)、降低氣體的溫度(如冷水澆注、用濕毛巾捂住瓶底或轉移到較低溫的環境中)和增大氣體的體積(用熱水澆注或熱毛巾捂住瓶底)。如圖1的原理就是利用了氣體的物理溶解法,當滴管中的液體擠入燒瓶后,燒瓶中的氣體極易溶于該液體,使燒瓶內的壓強減小,外界大氣壓大于燒瓶內氣壓時,外界大氣壓就將燒杯中的液體壓入燒瓶內,形成噴泉。
(2)形成條件:氣體極“易”“溶”于“溶劑”
易:溶解度大且溶解速率快。
溶:可以是物理過程,也可以是發生化學反應導致氣體的消耗。
溶劑:可以是水,也可以是某種溶液。
(3)常見實例:
水作溶劑:HCl、HBr、HI、SO2、NH3。
NaOH作溶劑:H2S、Cl2、CO2以及易溶于水的氣體。
特別提醒:在噴泉實驗中,存在壓強差不一定能形成噴泉,因為噴泉要能形成,則燒杯中的液體必須通過導管進入燒瓶,故只有壓強差大于燒杯中液面至燒瓶中尖嘴管這段水柱產生的壓強時,液體才能進入燒瓶,進而形成噴泉。
【典型例題】
【例1】利用培養皿探究氨氣的性質相關實驗如圖所示。實驗時向NaOH固體上滴加少量濃氨水,立即用一個表面皿扣在該培養皿上面。下表中對實驗現象所做的解釋正確的是(　　)。
選項 實驗現象 解釋
A 濃鹽酸附近產生白煙,濃硫酸附近無明顯現象 NH3與HCl反應生成了NH4Cl,與濃H2SO4不反應
B 氯化物溶液變渾濁 該溶液一定是AlCl3溶液
C FeCl2溶液中先出現灰綠色沉淀,一段時間后沉淀變成紅褐色 FeCl2與NH3反應生成的Fe(OH)2被NH3氧化為Fe(OH)3
D 濕潤的紅色石蕊試紙變藍 NH3與H2O反應生成的NH3·H2O能電離出OH-
　　【答案】D
【解析】向NaOH固體上滴加少量濃氨水,NaOH溶于水放熱,導致濃氨水分解放出NH3。只有揮發性酸接觸NH3才會產生白煙,NH3與濃H2SO4反應生成(NH4)2SO4,A項錯誤;氯化物溶液變渾濁說明生成了難溶性物質,且為堿,則氯化物中可能含有Mg2+、Al3+等金屬離子,B項錯誤;FeCl2與氨水反應生成的Fe(OH)2被空氣中的O2氧化為Fe(OH)3,NH3沒有氧化性,C項錯誤。
【例2】下圖是課外活動小組的同學設計的4個噴泉實驗方案。下列有關操作不可能引發噴泉現象的是(　　)。
A.擠壓裝置①的膠頭滴管使CCl4全部進入燒瓶,片刻后打開止水夾
B.擠壓裝置②的膠頭滴管使NaOH溶液全部進入燒瓶,片刻后打開止水夾
C.用鼓氣裝置從裝置③的a處不斷鼓入空氣并打開止水夾
D.向裝置④的水槽中慢慢加入足量濃硫酸并打開止水夾
【答案】B
【解析】 ①中Cl2易溶于CCl4,且可與NaOH溶液反應,故能產生噴泉;③中的NH3易溶于水,可以使燒瓶中壓強迅速下降,產生噴泉現象;向裝置④的水槽中慢慢加入足量濃硫酸,放出大量的熱,使濃氨水受熱放出氨氣,氨氣沿玻璃管進入燒瓶中與HCl反應,使燒瓶中壓強迅速減小,形成噴泉;②中H2不溶于NaOH溶液,也不與NaOH反應,不能產生噴泉。
任務2：銨鹽的性質和氨的實驗室制法
情境導入　除了碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨之外,常用的氮肥還有硝酸銨,它不但含氮量高,肥效強,“脾氣”也非常暴躁,當它在高溫或受到猛烈撞擊的情況下,會迅速分解,產生大量氣體而引起爆炸。
1921年,德國一家化工廠的倉庫里堆放著一大批待包裝的硝酸銨,由于當時的天氣多雨,空氣很潮濕,加之長期存放,顆粒狀的晶體受潮粘成了整塊的堅硬固體。為了粉碎它,有人建議用小型炸藥把它炸碎。廠長覺得這個建議很好,就按照這個辦法做。不料小型炸藥竟引起了空前的大爆炸,不但整個倉庫給炸沒了,在那里還留下了一個長165米,深80米,寬100米的深坑。
問題生成
1.氯化銨受熱分解成氣體,該氣體又能生成固體氯化銨,該過程屬于升華嗎
【答案】不屬于。升華是物理變化,氯化銨分解生成氨氣和氯化氫氣體,氯化氫和氨氣又生成氯化銨屬于化學反應。
2.銨態氮肥為什么不能與草木灰混用
【答案】草木灰的主要成分為K2CO3,其水溶液呈堿性,銨鹽能與堿反應生成氨氣,從而降低肥效。
3.如何證明某溶液中含有N
【答案】取少量溶液放入試管中,加入少量NaOH溶液,加熱試管,將濕潤的紅色石蕊試紙靠近試管口,試紙變藍色,證明溶液中含有N。
【核心歸納】
1.銨鹽的“熱解”
(1)NH4HCO3受熱分解:NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O。
(2)NH4Cl受熱分解:NH4ClNH3↑+HCl↑。
2.銨鹽的“堿解”
(1)稀溶液中不加熱(離子方程式):
N+OH-NH3·H2O。
(2)濃溶液中加熱(離子方程式):
N+OH-NH3↑+H2O。
3.N的檢驗
(1)一般流程
(2)具體操作
4.氨氣的實驗室制法
(1)固—固加熱法
(2)兩種快速制取氨氣的方法
①加熱濃氨水法
在試管中加入2~4 mL的濃氨水,加熱即可產生氨氣。
②將濃氨水滴加到固體強堿或生石灰上制取氨氣
實驗裝置 反應原理
①減少溶劑:NaOH固體吸水(或CaO與水反應),減少溶劑,促使NH3放出 ②提供熱源:NaOH溶于水放熱(或CaO與水反應放熱),促使氨水分解出NH3
【典型例題】
【例3】某化學興趣小組為了制取并探究氨氣的性質,用下列裝置(部分夾持裝置已略去)進行實驗。
制取氨氣的反應原理:2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O
[實驗探究]
(1)利用上述原理,實驗室制取少量氨氣應選用下圖中的　　　　(填序號)發生裝置進行實驗。
(2)B裝置中的干燥劑可選用　　　　(填“堿石灰”或“濃硫酸”)。
(3)用5.35 g NH4Cl固體與足量Ca(OH)2反應,最多可制得標準狀況下氨氣的體積為　　　　L。(NH4Cl的摩爾質量為53.5 g·mol-1)
(4)氣體通過C、D裝置時,試紙顏色會發生變化的是　　　　(填“C”或“D”)。
(5)當實驗進行一段時間后,擠壓E裝置中的膠頭滴管,滴入1~2滴濃鹽酸,可觀察到的現象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(6)F裝置中倒置漏斗的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(7)某同學用氨氣和滴加酚酞的水做噴泉實驗,根據燒瓶內產生紅色噴泉的現象,說明氨氣具有　　　　性質(填字母)。
a.還原性　b.極易溶于水　c.與水反應生成堿性物質
(8)氨氣的用途很廣。如可用氨氣處理二氧化氮:8NH3+6NO27N2+12H2O。該反應中氨氣體現　　　　(填“氧化性”或“還原性”)。請你列舉出氨氣的另一種用途:　。
【答案】(1)a　(2)堿石灰　(3)2.24　(4)D
(5)產生白煙　(6)防止倒吸　(7)bc
(8)還原性　制冷劑、氮肥(或化肥)的原料、硝酸的原料、化工原料(其他合理答案也可)
【解析】(1)固體混合加熱制取氣體,可選擇a發生裝置進行實驗。(2)干燥管內盛放的是固體干燥劑,干燥氨氣可選用堿石灰。(3)n(NH4Cl)==0.1 mol,根據反應方程式可知,n(NH3)=n(NH4Cl)=0.1 mol,所以V(NH3)=n·Vm=0.1 mol×22.4 L·mol-1=2.24 L。(4)氨氣能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍,所以D中試紙顏色發生變化。(5)氨氣與揮發的HCl反應會生成氯化銨固體,所以有白煙產生。(6)氨氣極易溶于水,利用F裝置中的倒置漏斗可防倒吸。(7)利用氨氣和滴加酚酞的水做噴泉實驗,燒瓶內產生紅色噴泉,說明氨氣極易溶于水且氨氣與水反應生成堿性物質。(8)在8NH3+6NO27N2+12H2O反應中,NH3中氮元素化合價升高,被氧化,體現還原性;氨氣常見用途有作制冷劑、制氮肥(或化肥)的原料、制硝酸的原料、化工原料等。
【隨堂檢測】
1.下列關于實驗室制取氨氣的說法不正確的是(　　)。
A.發生裝置與用KClO3制取O2的裝置相同
B.可用排飽和氯化銨溶液的方法收集氨氣
C.氨氣的驗滿可以用濕潤的紅色石蕊試紙或蘸有濃鹽酸的玻璃棒放于試管口附近
D.所用的銨鹽不是NH4NO3,是因為NH4NO3受熱易爆炸
【答案】B
【解析】實驗室制取氨氣的裝置屬于固體與固體混合加熱型,與KClO3分解制O2裝置一樣;氨氣極易溶于水,不可用排飽和氯化銨溶液的方法收集;氨氣遇濕潤的紅色石蕊試紙變藍,遇濃鹽酸產生白煙;NH4NO3受熱易爆炸,實驗室制氨氣一般選用NH4Cl或其他非氧化性酸的銨鹽。
2.下列關于銨鹽的敘述中正確的是(　　)。
①所有銨鹽中,氮元素化合價都是-3價　②所有銨鹽都能溶于水　③銨態氮肥不宜與堿性物質混合施用　④銨鹽都能與堿反應,不能與酸反應
A.①③④ B.②③
C.①②③④ D.①②③
【答案】B
【解析】①NH4NO3中氮元素的化合價為-3、+5;④弱酸的銨鹽如NH4HCO3等能與強酸反應。
3.實驗室進行氨溶于水的噴泉實驗裝置如圖所示,下列敘述不正確的是(　　)。
A.該實驗說明氨氣是一種極易溶于水的氣體
B.進入燒瓶中的液體由無色變為紅色,說明氨水呈堿性
C.形成噴泉的原因是氨氣溶于水后,燒瓶內的氣壓小于大氣壓
D.用氯氣代替氨氣,利用此裝置也可進行噴泉實驗
【答案】D
【解析】A項,NH3極易溶于水,可用來做噴泉實驗,正確;B項,氨水呈堿性,能使酚酞溶液變紅色,正確;C項,NH3極易溶于水,使燒瓶內的氣壓小于大氣壓,正確;D項,Cl2在水中的溶解度較小,不能用于做噴泉實驗,錯誤。
4.某化學實驗小組同學利用以下裝置制備氨氣,并探究氨氣的性質(部分儀器已略去)。請回答下列問題:
(1)實驗室制備氨氣的化學方程式為 　。
(2)用裝置B收集氨氣時,應選擇氨氣的進氣口是　　　　(填“a”或“b”),選擇的理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)打開裝置B中的止水夾c,若觀察到燒瓶內產生了紅色噴泉,則說明氨氣具有的性質是　　　　　　　,　　　　　　　　　　　　　。
(4)為防止污染環境,下列裝置(盛放的液體均為水)可用于吸收多余氨氣的是　　　　(填序號)。
【答案】(1)2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O
(2)a　氨氣的密度比空氣小
(3)極易溶于水　與水反應生成堿
(4)②④
【解析】(2)氨氣的密度比空氣小,可用向下排空氣法收集,導氣管要伸入燒瓶底部。
(3)能形成噴泉,證明氨氣極易溶于水,酚酞變紅,說明水溶液顯堿性。
(4)①不利于氨氣的吸收,②④能防止倒吸,③會發生倒吸。
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