5.2.3 氨气及常见气体的制备方法 讲义 -2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

Chemistry 不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海 NH3及常见气体的制备方法 ( 钠及其化合物 ) 一、氨的实验室制法 1．实验过程及实验装置 原理 2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O 实验装置 发生装置 “”型，与实验室利用氯酸钾和二氧化锰加热制取氧气的装置相同 净化装置 通常用碱石灰干燥氨气，不能用五氧化二磷、浓硫酸和无水氯化钙干燥 收集装置 NH3极易溶于水 密度比空气小，只能用向下排空气法收集，试管口塞一团疏松的棉花团，目的是防止氨气与空气形成对流，以收集到较纯净的氨气 尾气处理 多余的氨气要吸收掉(可在导管口放一团用水或稀硫酸浸润的棉花球)以避免污染空气。在吸收时要防止倒吸，常采用的装置如图所示： 验满方法 ①方法一：用镊子夹住一片湿润的红色石蕊试纸放在试管口，若试纸变蓝，说明已经收集满 ②方法二：用蘸取浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟生成，说明已经收集满 【特别提醒】 ①NH4Cl可用(NH4)2SO4等代替，但不能用NH4HCO3或NH4NO3代替。因为加热过程中NH4NO3可能发生爆炸性的分解反应，发生危险；而NH4HCO3极易分解产生CO2，使生成的中混有较多CO2杂质 ②消石灰不能用KOH或NaOH代替，原因是：NaOH、KOH易吸水、易结块，不利于生成的NH3逸出，而且高温下NaOH、KOH会腐蚀试管 ③氨气干燥时：不能用CaCl2、P2O5、浓硫酸作干燥剂，因为NH3能与CaCl2反应生成CaCl2·8NH3。P2O5与浓硫酸均能与NH3反应，生成相应的盐。所以NH3通常用碱石灰干燥 ④收集NH3时所用的仪器必须干燥，导气管要插入管底；试管口要塞一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球，可减小NH3与空气的对流速度，使收集的气体纯净，同时也可避免污染空气 2．快速制备氨的方法 方法 化学方程式(或原理) 气体发生装置 加热浓氨水 NH3·H2OH2O＋NH3↑ 浓氨水＋固体NaOH NaOH溶于水放热，促使氨水分解，且OH－浓度的增大有利于NH3的放出 浓氨水＋固体CaO NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2 CaO的作用：①吸水后放热促进NH3的放出； ②增加溶液中的OH－浓度，减小NH3的溶解度 3．氨的工业制法：N2＋3H22NH3 【课堂小练1】 1、下列方法适合实验室制取氨气的是(　　) A．N2和H2催化加热制取氨气 B．加热NH4Cl制取氨气 C．向碱石灰固体上滴加浓氨水 D．将NH4Cl溶液和NaOH溶液混合 2.下列装置用于实验室中制取干燥氨气的实验，其中能达到实验目的的是(　　) A.用装置甲制备氨气 B.用装置乙除去氨气中的少量水 C.用装置丙收集氨气 D.用装置丁吸收多余的氨气 3.下列装置不能达到实验目的的是(　　) 二、常见气体的制备方法比较 1．常见气体的制备装置 装置 应用 固体(或液体)+液体气体 固体(+固体)气体 固体(或液体)+液体―→气体 2．常见气体的制备原理 气体 反应试剂 反应装置 反应原理 O2 KMnO4或KClO3分解 B Na2O2与H2O；H2O2与MnO2 C SO2 Na2SO3与浓H2SO4 C Cu与浓H2SO4，加热 A Cl2 浓盐酸与MnO2，加热 A 浓盐酸与KMnO4 C H2 稀盐酸与Zn C CO2 CaCO3与稀盐酸 C NH3 NH4Cl与Ca(OH)2，加热 B 浓氨水，加热 A 浓氨水与CaO C 3．气体的收集方法 (1)一般方法 收集方法 收集气体的类型　 收集装置 可收集的气体(举例) 排水法 难溶于水或微溶于水且不与水反应 O2、H2、NO、CO等 排空气法 向上排空气法 密度大于空气且不与空气中的成分反应 Cl2、SO2、NO2、CO2等 向下排空气法 密度小于空气且不与空气中的成分反应 H2、NH3等 (2)创新方法 ①从a管进气b管出水可收集难溶于水的气体，如H2、O2等。 ②若将广口瓶中的液体更换，还可以收集以下气体： 换成饱和食盐水收集氯气，换成饱和碳酸氢钠溶液收集二氧化碳，换成四氯化碳(密度比水大，且与水不互溶)收集HCl或NH3。 【课堂小练2】 4.判断下列装置是否正确。 5.如图为常用玻璃仪器组成的六种实验装置，均可根据不同的实验需要在其中加入不同的液体或固体试剂，请用适宜装置的字母完成下列填空： (1)既能用于收集Cl2，又能用于收集NO的装置是　　　　　　　　。  (2)能用于干燥CO2气体的装置是　　　　。  (3)在实验室制取Cl2并检验Cl2部分性质的实验中，用于除去Cl2中HCl杂质的最佳装置是　　　　。  (4)用于尾气吸收并能防止液体倒吸入反应装置中的是　　　　　　　　。  (5)接在气体制备的连续实验装置中间，用于控制气流平稳的装置是　　　　　　　　。  【课时对点练习】 1.实验室制取少量干燥的氨涉及下列装置，其中正确的是(　　) A．①是NH3发生装置 B．②是NH3吸收装置 C．③是NH3发生装置 D．④是NH3收集、检验装置 2.以下关于氨气的实验装置正确的是(　　) A.图甲用于实验室制取氨气 B.图乙用于制备NaHCO3 C.图丙用于干燥氨气 D.图丁用于氨气的尾气处理 3.在标准状况下，将多余的氨用水吸收，下图中哪个装置最好(　　) 4.NaClO2具有强氧化性，是较好的消毒剂，实验室可以用NaClO2与浓盐酸反应制取Cl2，制取装置如图所示，下列叙述一定正确的是(　　) A.长颈漏斗可以替换仪器a B.可用排饱和食盐水法收集Cl2 C.可通过装置乙除去HCl和H2O D.反应中NaClO2被氧化 5.下列能实现对应气体的制备、干燥、收集的是(　　) 选项 目标气体 试剂A 固体B 固体C A Cl2 浓盐酸 MnO2 无水CaCl2 B NH3 浓氨水 生石灰 碱石灰 C SO2 浓H2SO4 Na2SO3 P2O5 D NO2 浓HNO3 Fe 硅胶 6.下列装置进行的实验，能达到目的的是(　　) A.用图1装置制取并收集干燥纯净的NH3 B.用图2装置可演示NO的喷泉实验 C.用图3装置除去CO2气体中混有的少量SO2 D.用图4装置检验铁粉与水蒸气反应产生的H2 7.某学习兴趣小组探究氨气的制取实验： (1)甲同学拟用下列方法制备氨气，其中合理的是________ A．将氯化铵固体加热分解 B．将浓氨水滴入氢氧化钠固体中 C．将氢氧化钠固体加入浓氨水中 D．将氯化铵稀溶液滴入氢氧化钠固体中 (2)根据上述正确的原理，该同学欲用下列常见的实验室制气装置制取氨气，适宜的装置是________ (3)气体的性质是气体收集方法选择的主要依据，下列性质与收集方法无关的是________ ①密度　 ②颜色　 ③溶解性　 ④热稳定性　 ⑤与氧气反应 (4)下图是甲同学设计收集氨气的几种装置，其中可行的是________，集气的原理是____________________ 8.某课外活动小组用如图所示的实验装置探究氯气与氨气之间的反应。其中A、F分别为氨气和氯气的发生装置，C为纯净、干燥的氯气与氨气反应的装置。请回答下列问题： 备选装置 Ⅰ Ⅱ Ⅲ (1)装置F中发生反应的离子方程式是_______________________________ (2)装置A中的烧瓶内固体可选用________ A．碱石灰　B．浓硫酸　C．生石灰　D．五氧化二磷 E．烧碱 (3)虚线框内应添加必要的除杂装置，请从如图的备选装置中选择，并将编号填入下列空格： B：________、D：________、E：________ (4)氯气和氨气在常温下混合就能发生反应生成氯化铵和氮气，该反应的化学方程式为：___________________ 装置C内出现浓厚的白烟并在容器内壁凝结，请设计一个实验方案鉴定该固体就是氯化铵：__________________ (5)若从装置C的G处逸出的尾气中含有N2和少量Cl2，应如何处理？______________________________ 9.Ⅰ.氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中制备NH3，回答下列问题： (1)氨气的发生装置可以选择上图中的　　　　(填字母)，反应的化学方程式为　　　　。  (2)欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为发生装置→　　　　→　　　　→　　　　→　　　　→　　　　(按气流方向，用小写字母表示)。  Ⅱ.亚硝酰氯(NOCl)是一种黄色气体，沸点为-5.5 ℃，其液体呈红褐色，遇水发生反应：2NOCl+H2O===2HCl+NO+NO2。某化学兴趣小组设计如图装置用Cl2和NO制备NOCl。 (3)甲装置发生反应的离子方程式为　　　 　　　　， 装置丙中的液体为　　　　。  (4)实验时，先通入Cl2，待丁中烧瓶内充满黄绿色气体时，再通入NO，这样做的目的是　　　　。  (5)装置丁中冰盐水的作用是　　　　。  (6)经分析该套装置设计上有一处明显缺陷，改进方法是　　　　(用文字描述)。  10.某化学小组经查阅资料得知常温下过量的氨气和氯气反应能生成氯化铵，该实验小组对该反应进行探究，部分实验装置如图(夹持装置略去)。 (1)装置A是一种NH3的制备装置，其中盛放浓氨水的仪器名称为　　　　。  (2)装置F中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　。  (3)装置E中盛装的试剂M为饱和食盐水，该装置的作用为　　　　　　　　。  (4)装置C的设计有明显的不足之处，应该将左右的短长导管互换理由是　　　 　　　　。  (5)利用改进后的实验装置完成实验，某同学设计如下实验证明装置C中所得固体为氯化铵： ①取少量装置C中固体产物溶于水配成溶液，取少量溶液置于两支小试管中； ②　　　 　　　　；   ③向另一支试管中加入过量稀硝酸，再加入AgNO3溶液，有白色沉淀生成。 结论：常温下过量的氨气和氯气反应可生成氯化铵。 【参考答案】 【课堂小练1】 1、下列方法适合实验室制取氨气的是(　　) A．N2和H2催化加热制取氨气 B．加热NH4Cl制取氨气 C．向碱石灰固体上滴加浓氨水 D．将NH4Cl溶液和NaOH溶液混合 答案C。解析：A项适合用于工业生产；B项因为NH4Cl分解生成的NH3、HCl遇冷又化合为NH4Cl，不能制取氨气；D项由于NH3极易溶于水，不适合制取NH3。 2.下列装置用于实验室中制取干燥氨气的实验，其中能达到实验目的的是(　　) A.用装置甲制备氨气 B.用装置乙除去氨气中的少量水 C.用装置丙收集氨气 D.用装置丁吸收多余的氨气 答案　A 解析　浓氨水遇碱石灰放出氨气，实验室可以用装置甲制备氨气，故选A；浓硫酸和氨气反应生成硫酸铵，不能用浓硫酸干燥氨气，故不选B；体系密闭，若用装置丙收集氨气，空气无法排出，故不选C；氨气极易溶于水，漏斗口浸没在水中，若用装置丁吸收多余的氨气，会引起倒吸，故不选D。 3.下列装置不能达到实验目的的是(　　) 答案A。解析：A项收集NH3集气瓶口无棉花；B项NH3通入CCl4中，NH3不溶于CCl4，不会产生倒吸，逸出的NH3又可被稀硫酸吸收；C项向长颈漏斗中加一定量水，没过长颈漏斗的下端，关闭止水夹，再加一定量的水，液面不下降，可说明气密性良好，反之，气密性不好；D项，收集比空气密度小的气体NH3，应该短管进气长管出气。 【课堂小练2】 4.判断下列装置是否正确。 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√ 5.如图为常用玻璃仪器组成的六种实验装置，均可根据不同的实验需要在其中加入不同的液体或固体试剂，请用适宜装置的字母完成下列填空： (1)既能用于收集Cl2，又能用于收集NO的装置是　　　　　　　　。  (2)能用于干燥CO2气体的装置是　　　　。  (3)在实验室制取Cl2并检验Cl2部分性质的实验中，用于除去Cl2中HCl杂质的最佳装置是　　　　。  (4)用于尾气吸收并能防止液体倒吸入反应装置中的是　　　　　　　　。  (5)接在气体制备的连续实验装置中间，用于控制气流平稳的装置是　　　　　　　　。  答案　(1)AB　(2)AEF　(3)A　(4)ACE　(5)D 【课时对点练习】 1.实验室制取少量干燥的氨涉及下列装置，其中正确的是(　　) A．①是NH3发生装置 B．②是NH3吸收装置 C．③是NH3发生装置 D．④是NH3收集、检验装置 答案 C。解析：①中氯化铵固体受热分解生成氨和氯化氢，而在试管口部温度降低，氨和氯化氢又重新化合成固体氯化铵，无法得到氨；②中漏斗没入水下起不到防倒吸的作用，应使倒置漏斗的上边缘刚好没入水中；③氧化钙能与浓氨水中的水反应生成氢氧化钙，同时放出大量热，使浓氨水分解放出氨；④中的收集装置应在试管口塞一团棉花，防止因空气对流，而使氨逸出。 2.(2023·深圳高一检测)以下关于氨气的实验装置正确的是(　　) A.图甲用于实验室制取氨气 B.图乙用于制备NaHCO3 C.图丙用于干燥氨气 D.图丁用于氨气的尾气处理 答案　D 解析　加热氯化铵，生成的氨气与氯化氢在试管口又化合生成氯化铵，得不到氨气，故A错误；制备NaHCO3需要将CO2通入溶有NH3的饱和食盐水中，故B错误；氨气会和浓硫酸反应，不能用浓硫酸干燥氨气，故C错误；氨气极易溶于水而不溶于四氯化碳，图丁可用于氨气的尾气处理，故D正确。 3.在标准状况下，将多余的氨用水吸收，下图中哪个装置最好(　　) 答案 C。解析：氨极易溶于水，若用装置A、B、D吸收尾气氨时，容易发生倒吸。 4.NaClO2具有强氧化性，是较好的消毒剂，实验室可以用NaClO2与浓盐酸反应制取Cl2，制取装置如图所示，下列叙述一定正确的是(　　) A.长颈漏斗可以替换仪器a B.可用排饱和食盐水法收集Cl2 C.可通过装置乙除去HCl和H2O D.反应中NaClO2被氧化 答案 　B 解析 　浓盐酸会挥发且生成的氯气会从长颈漏斗中逸出，滴加浓盐酸不能用长颈漏斗，A错误；氯气难溶于饱和食盐水，可用排饱和食盐水法收集Cl2，B正确；装置乙净化气体时应长管进气短管出气，C错误；NaClO2与浓盐酸反应制取Cl2，NaClO2中氯元素化合价从+3价降低到0价，被还原，D错误。 5.下列能实现对应气体的制备、干燥、收集的是(　　) 选项 目标气体 试剂A 固体B 固体C A Cl2 浓盐酸 MnO2 无水CaCl2 B NH3 浓氨水 生石灰 碱石灰 C SO2 浓H2SO4 Na2SO3 P2O5 D NO2 浓HNO3 Fe 硅胶 答案　C 解析　MnO2和浓盐酸反应需要加热，A错误；氨气密度小于空气，不能用向上排空气法收集，B错误；铁遇浓硝酸发生钝化，不能制备NO2气体，D错误。 6.下列装置进行的实验，能达到目的的是(　　) A.用图1装置制取并收集干燥纯净的NH3 B.用图2装置可演示NO的喷泉实验 C.用图3装置除去CO2气体中混有的少量SO2 D.用图4装置检验铁粉与水蒸气反应产生的H2 答案　D 解析　图1装置中为向上排空气法收集NH3，氨气的密度比空气小，应采取向下排空气法，故A错误；NO不溶于水，图2装置不能演示NO的喷泉实验，故B错误；CO2气体能与碳酸钠溶液反应生成碳酸氢钠，图3装置无法达到实验目的，故C错误；氢气是可燃性气体，氢气在空气中燃烧会发出淡蓝色火焰，所以图4装置可以检验铁粉与水蒸气反应产生的H2，故D正确。 7.某学习兴趣小组探究氨气的制取实验： (1)甲同学拟用下列方法制备氨气，其中合理的是________ A．将氯化铵固体加热分解 B．将浓氨水滴入氢氧化钠固体中 C．将氢氧化钠固体加入浓氨水中 D．将氯化铵稀溶液滴入氢氧化钠固体中 (2)根据上述正确的原理，该同学欲用下列常见的实验室制气装置制取氨气，适宜的装置是________ (3)气体的性质是气体收集方法选择的主要依据，下列性质与收集方法无关的是________ ①密度　 ②颜色　 ③溶解性　 ④热稳定性　 ⑤与氧气反应 (4)下图是甲同学设计收集氨气的几种装置，其中可行的是________，集气的原理是____________________ 答案 (1)B　(2)C　(3)②④(4)d　利用氨气密度小于空气，采用短管进氨气，长管出空气，即可收集氨气 解析：(1)加热氯化铵产生氯化氢和氨气，遇冷又转化为氯化铵固体，不能制取氨气；用浓氨水与氢氧化钠固体混合制氨气时，将氨水滴入氢氧化钠固体中更方便操作，而且节约氨水的用量；氨气极易溶于水，若用稀溶液制取，产量较少。(2)根据所给试剂判断，不需要加热条件。(3)收集气体可采用排空气法(密度、气体不能被氧气氧化等)，也可采用排水法(不易溶于水)，与其他性质无关。(4)氨气极易溶于水，采用向下排空气法收集。 8.某课外活动小组用如图所示的实验装置探究氯气与氨气之间的反应。其中A、F分别为氨气和氯气的发生装置，C为纯净、干燥的氯气与氨气反应的装置。请回答下列问题： 备选装置 Ⅰ Ⅱ Ⅲ (1)装置F中发生反应的离子方程式是_______________________________ (2)装置A中的烧瓶内固体可选用________ A．碱石灰　B．浓硫酸　C．生石灰　D．五氧化二磷 E．烧碱 (3)虚线框内应添加必要的除杂装置，请从如图的备选装置中选择，并将编号填入下列空格： B：________、D：________、E：________ (4)氯气和氨气在常温下混合就能发生反应生成氯化铵和氮气，该反应的化学方程式为：___________________ 装置C内出现浓厚的白烟并在容器内壁凝结，请设计一个实验方案鉴定该固体就是氯化铵：__________________ (5)若从装置C的G处逸出的尾气中含有N2和少量Cl2，应如何处理？______________________________ 答案(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O (2)ACE　 (3)Ⅱ　Ⅲ　Ⅰ (4)8NH3＋3Cl2===6NH4Cl＋N2　将固体在烧杯中溶解，取少量溶液于试管①中，然后滴加少量硝酸酸化的AgNO3溶液，有白色沉淀产生，证明有Cl－；取少量溶液于试管②中，加入浓烧碱溶液，加热，再将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，红色石蕊试纸变蓝证明有NH (5)将导气管一端与G口连接，另一端插入盛有NaOH溶液的烧杯中 9.Ⅰ.氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中制备NH3，回答下列问题： (1)氨气的发生装置可以选择上图中的　　　　(填字母)，反应的化学方程式为　　　　。  (2)欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为发生装置→　　　　→　　　　→　　　　→　　　　→　　　　(按气流方向，用小写字母表示)。  Ⅱ.亚硝酰氯(NOCl)是一种黄色气体，沸点为-5.5 ℃，其液体呈红褐色，遇水发生反应：2NOCl+H2O===2HCl+NO+NO2。某化学兴趣小组设计如图装置用Cl2和NO制备NOCl。 (3)甲装置发生反应的离子方程式为　　　 　　　　， 装置丙中的液体为　　　　。  (4)实验时，先通入Cl2，待丁中烧瓶内充满黄绿色气体时，再通入NO，这样做的目的是　　　　。  (5)装置丁中冰盐水的作用是　　　　。  (6)经分析该套装置设计上有一处明显缺陷，改进方法是　　　　(用文字描述)。  答案 　(1)A　Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O(或B　NH3·H2ONH3↑+H2O)　(2)d c f e i　(3)MnO2+4H++2Cl-Cl2↑+Mn2++2H2O　浓硫酸　(4)排尽装置中的空气，避免NO被氧化　(5)液化亚硝酰氯，便于收集产品　(6)在装置丁和戊之间增加一个气体干燥装置 10.某化学小组经查阅资料得知常温下过量的氨气和氯气反应能生成氯化铵，该实验小组对该反应进行探究，部分实验装置如图(夹持装置略去)。 (1)装置A是一种NH3的制备装置，其中盛放浓氨水的仪器名称为　　　　。  (2)装置F中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　。  (3)装置E中盛装的试剂M为饱和食盐水，该装置的作用为　　　　　　　　。  (4)装置C的设计有明显的不足之处，应该将左右的短长导管互换理由是　　　 　　　　。  (5)利用改进后的实验装置完成实验，某同学设计如下实验证明装置C中所得固体为氯化铵： ①取少量装置C中固体产物溶于水配成溶液，取少量溶液置于两支小试管中； ②　　　 　　　　；   ③向另一支试管中加入过量稀硝酸，再加入AgNO3溶液，有白色沉淀生成。 结论：常温下过量的氨气和氯气反应可生成氯化铵。 答案　(1) 分液漏斗　(2)16H++10Cl-+2Mn===5Cl2↑+2Mn2++8H2O　(3)除氯气中的氯化氢　(4)氨气的密度比Cl2小，导管互换后利于两种气体的充分混合反应　(5)向一支试管中加入浓NaOH溶液，加热，产生使红色石蕊试纸变蓝的气体 ( 1 ) 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