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第2课时 氨和铵盐
课程标准
核心素养
1.结合真实情境并通过实验探究,了解氨气的主要性质及制备,认识氨气在工业和农业生产中的重要意义
2.通过实验探究,了解铵盐的主要性质,认识铵盐在农业生产中的应用和对生态环境的影响
①宏观辨识与
微观探析
能从物质类别和元素化合价的角度,预测氨气及铵盐的性质及转化
②科学探究与
创新意识
能根据教材中给出的氨气性质的探究问题,设计简单的实验方案,完成操作。观察现象,对实验现象作出解释
③科学态度与
社会责任
能主动关心与环境保护有关的氮肥的合理施用等社会热点问题,形成与环境和谐共处、合理利用自然资源的观念
一、氨
1.物理性质
颜色
状态
气味
密度
溶解性
特性
无色
气体
刺激性
气味
小于
空气
极易 溶于水,1体积水能溶解 700 体积的氨气
易液化
2.化学性质
(1)氨气的性质
氨的催化氧化是工业 制硝酸 的基础。
(2)氨水的性质
二、铵盐
1.用途与物理性质
(1)用途:农业上常用作化肥,如硫酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵等。
(2)物理性质:
颜色
溶解性
状态
白色
易溶于 水
晶体
2.化学性质
三、氨气的实验室制法
氨、氨水及喷泉实验
1.NH3是中学化学中唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,常用此性质检验NH3的存在。
2.氨水中存在着NH3、H2O、NH3·H2O三种分子和NHeq \o\al(+,4)、OH-、H+三种离子,氨水中的阴离子全是OH-,可看作碱溶液,是混合物,但在求氨水的质量分数、物质的量浓度时溶质为NH3。
3.氨水溶液浓度越大,密度越小。
4.NH3·H2O很不稳定,受热就会分解生成氨和水;NH3·H2Oeq \o(=====,\s\up17(△))NH3↑+H2O。氨水应密封保存,放在阴暗处,由于氨水对许多金属有腐蚀作用,所以不能用金属容器盛装,一般盛装在玻璃容器或橡胶袋或陶瓷坛或内涂沥青的铁桶里。
5.NHeq \o\al(+,4)和OH-在溶液中不能大量共存,两者反应生成NH3·H2O。
6.喷泉实验
(1)实验探究
实验装置
操作及现象
结 论
操作:打开止水夹,并挤压胶头滴管的胶头
现象:烧杯中的溶液由玻璃管进入烧瓶,形成喷泉,瓶内液体呈红色
氨气极易溶于水,水溶液呈碱性
(2)喷泉形成原理(减小内部压强)
当气体接触外部的水或溶液时,由于气体大量溶解或与溶液中的溶质发生化学反应,从而使容器内气压迅速降低,在外界大气压作用下,外部液体迅速进入容器,通过尖嘴导管喷出,形成喷泉。
(3)引发喷泉的实验操作
打开止水夹,挤压胶头滴管的胶头。
(4)实验成功的关键
①装置的气密性良好;②烧瓶要干燥;③烧瓶充满气体。
(5)常见能形成喷泉的物质组合
气体
NH3
HCl
SO2、CO2
NO2与O2
吸收剂
水或
盐酸
水或氢氧
化钠溶液
浓氢氧化
钠溶液
水
[典例示范]
[典例1] 制取氨气并完成喷泉实验(图中夹持装置均已略去)。
(1)写出实验室制取氨气的化学方程式:_________________
_______________________________________________。
(2)收集氨气应使用 ________ 法,要得到干燥的氨气可选用 ________ 作干燥剂。
(3)用图中A所示装置进行喷泉实验,上部烧瓶已装满干燥的氨气,引发喷泉的操作是 __________ ,该实验的原理是_______
________________________________________________。
(4)如果只提供如图中B所示装置,引发喷泉的方法是_____________________________________________________
___________________________________________________。
[思路点拨] 关键点:①NH3的性质;②产生喷泉原理。
[解析] (1)实验室制氨气的化学方程式为:
2NH4Cl+Ca(OH)2eq \o(=====,\s\up17(△))CaCl2+2NH3↑+2H2O。
(2)NH3的密度比空气的小,故可用向下排空气法收集,干燥NH3可用碱性干燥剂,如碱石灰。
(3)打开弹簧夹,从胶头滴管中挤入少量水后,因NH3极易溶于水,致使烧瓶中气压降低,形成喷泉。
(4)B装置与A装置相比,B装置没有胶头滴管,引发该喷泉可用热毛巾捂热圆底烧瓶,赶出导管内的氨气,使NH3与水接触,从而形成喷泉。
[答案] (1)2NH4Cl+Ca(OH)2eq \o(=====,\s\up17(△))2NH3↑+CaCl2+2H2O
(2)向下排空气 碱石灰(合理即可)
(3)打开弹簧夹,挤出胶头滴管中的水 氨气极易溶于水,致使烧瓶内气体压强迅速减小,水迅速进入烧瓶,形成喷泉
(4)打开弹簧夹,用手(或热毛巾等)将烧瓶捂热,氨气受热膨胀,赶出玻璃导管内的氨气,氨气与水接触,即产生喷泉
[知识总结] (1)喷泉实验成功的关键
①气体在吸收液中被吸收得既快又多,如NH3、HCl用水吸收,CO2、SO2用浓NaOH溶液吸收等;
②装置应具有良好的气密性;
③装置内气体纯度要大。
(2)形成喷泉的条件
使容器内外产生较大压强差的两类情况
①容器内气体极易溶于水或容器内气体易与溶液中的溶质发生化学反应。
eq \x(\a\al(气体与水或其,他液体接触))―→eq \x(\a\al(气体溶解或发,生化学反应))―→
eq \x(\a\al(容器内压,强减小))―→eq \x(\a\al(外部液体进,入形成喷泉))
例如:
气体
HCl
NH3
CO2、Cl2
H2S、SO2
NO2与
O2
吸收剂
水或NaOH
溶液
水或
盐酸
NaOH溶液
水
②容器内的液体由于受热挥发(如浓盐酸、浓氨水、酒精等)或由于发生化学反应,产生气体。
容器内产生大量气体,容器内压强迅速增大,促使容器内液体迅速向外流动,也能形成喷泉。如喷雾器、人造喷泉、火山喷发等均是此原理。
[学以致用]
1.利用如图所示的装置,可以验证NH3和HCl的有关性质。实验前a、b、c活塞均关闭。
(1)若要在烧瓶Ⅱ中产生“喷泉”现象,烧瓶Ⅰ中不产生“喷泉”现象,其操作方法是____________________________。
(2)若先打开a、c活塞,再挤压胶头滴管,在烧瓶中可观察到的现象是_______________________________________。
(3)通过挤压胶头滴管和控制活塞的开关,在烧瓶Ⅰ中产生“喷泉”现象,烧瓶Ⅱ中不产生“喷泉”现象,其操作方法是_____________________________________________________
____________________________________________________。
答案:(1)先打开a、b活塞,再挤压胶头滴管
(2)烧瓶Ⅱ导管口处产生白烟
(3)先打开a、c活塞,再挤压胶头滴管(或先打开a活塞,挤压胶头滴管,再打开c活塞),片刻后,关闭a,然后打开b活塞
氨气的实验室制法
1.药品的选择
(1)铵盐:制取NH3时,一般用NH4Cl而不用NH4NO3,(NH4)2SO4或(NH4)2CO3,原因如下:
铵盐
不选用的理由
NH4NO3
受热分解,会发生爆炸,不安全
(NH4)2SO4
与Ca(OH)2反应时生成CaSO4,反应物呈块状,不利于NH3逸出,且反应后试管难清洗
(NH4)2CO3
受热分解会产生CO2,使收集到的NH3不纯
(2)碱:一般用熟石灰,不用NaOH或KOH,因为NaOH或KOH易吸水结块,而且对玻璃腐蚀性较强。
2.实验装置类型
与实验室用KClO3和MnO2制取O2的装置相同。
3.NH3的干燥
通常使用碱石灰,不能使用P2O5或浓H2SO4,也不能用无水CaCl2。
4.验满
(1)用湿润的红色石蕊试纸放置在试管口附近,若试纸变蓝,说明已经收集满。
(2)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。
5.尾气处理
多余的氨要吸收掉(可在导管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球)以避免污染空气。但多余气体在尾气吸收时要防止倒吸。常采用的装置有:
6.实验室制取氨气的其他方法
方法
化学方程式(或原理)
气体发
生装置
加热浓
氨水
NH3·H2Oeq \o(=====,\s\up17(△))
NH3↑+H2O
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的生成
浓氨水+
固体CaO
CaO与水反应,使溶剂(水)减少;反应放热,促使氨水分解。化学方程式可表示为:
NH3·H2O+CaO===NH3↑+Ca(OH)2
[典例示范]
[典例2] 甲、乙、丙三位同学分别用如下实验装置及化学药品(碱石灰:氢氧化钠和生石灰的混合物)制取氨气。请你参与探究,并回答问题:
(1)三位同学制取氨气的化学方程式为:_______________
__________________________________________________。
(2)三位同学都用向下排空气法收集氨气,其原因是_________________________________________________________
___________________________________________________。
(3)三位同学用上述装置制取氨气时,其中有一位同学没有收集到氨(实验操作都正确),你认为没有收集到氨气的同学是 ________ (填“甲”“乙”或“丙”)。
(4)检验氨气是否收集满的方法是(简述操作方法、现象和结论)________________________________________________________ ________________________________________________________。
(5)三位同学都认为他们的实验装置还可用于加热碳酸氢铵固体来制取纯净的氨气,你判断能够达到实验目的的是 ________ (填“甲”、“乙”或“丙”),该装置中的NH4HCO3固体能否用NH4Cl固体代替? ________ (填“能”或“不能”)。
[思路点拨] 解答本题要注意以下两点:
(1)准确把握并迁移应用题给信息。
(2)根据NH3的性质准确判断装置图的正误。
[解析] (2)氨气的密度小于空气密度,因此采用向下排空气法。(3)由于乙同学将产生的气体通入浓H2SO4中,发生反应2NH3+H2SO4===(NH4)2SO4,因而收集不到NH3。(4)检验氨气是否收集满可以用湿润的红色石蕊试纸或用蘸有浓盐酸的玻璃棒两种方法。(5)利用加热NH4HCO3固体来制取纯净的氨气,必须分离除去H2O(g)和CO2,所以只有丙装置能达到实验目的。若用NH4Cl代替NH4HCO3,不能制取纯净的氨气,因为分解产生的NH3和HCl极易在试管口化合生成NH4Cl固体。
[答案] (1)2NH4Cl+Ca(OH)2eq \o(=====,\s\up17(△))CaCl2+2NH3↑+2H2O (2)NH3的密度小于空气
(3)乙 (4)将湿润的红色石蕊试纸置于管口,若试纸变蓝,则说明已收集满(或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口,若有白烟产生,则证明已收集满) (5)丙 不能
判断图示实验装置是否正确,一般的方法是:
(1)看主体(发生)装置是否有错:①实验是否需加热;②酒精灯部位是否有错(酒精量、外焰加热);③仪器放置是否有错;④夹持仪器的位置是否有错。(2)看试剂是否符合实验原理(包括反应物、干燥剂、尾气吸收剂等)。(3)看收集方法是否有错(排水法、向上排气法、向下排气法、导管伸入的位置等)。(4)看是否缺少尾气的吸收装置,对于有毒气体,一定要设计尾气的吸收装置,并选择适宜的吸收剂。
[学以致用]
2.某化学实验小组同学利用以下装置制备氨气,并探究氨气的性质(部分仪器已略去)。请回答:
(1)实验室制备氨气的化学方程式为____________________
(2)用装置B收集氨气时,应选择氨气的进气口是 ________ (选填“a”或“b”),并说明选择的理由是:
_______________________________________________________
_________________________________________________。
(3)打开装置B中的止水夹,若观察到烧瓶内产生了红色喷泉,则说明氨气具有的性质是____________________________,
______________________________________________________
_____________________________________________。
(4)为防止环境污染,以下装置(盛放的液体均为水)可用于吸收多余氨气的是 ________ (填序号)。
解析:(1)实验室制取氨气的方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2eq \o(=====,\s\up17(△))CaCl2+2NH3↑+2H2O
(2)氨气比空气的密度小,可用向下排空气法收集,导气管要伸入烧瓶底部。(3)能形成喷泉,证明氨气极易溶于水,酚酞变红,说明水溶液显碱性。
(4)①不利于氨气的吸收,②、④能防止倒吸,③会发生倒吸。
答案:(1)2NH4Cl+Ca(OH)2eq \o(=====,\s\up17(△))CaCl2+2NH3↑+2H2O
(2)a 氨气密度比空气密度小
(3)极易溶于水 与水反应生成碱 (4)②、④
1.有关铵盐的性质正确的是( )
A.都是晶体,都能溶于水
B.受热时分解,都有NH3产生
C.与碱共热时不一定产生氨气
D.都能与酸反应
解析:A [铵盐都是易溶于水的晶体;铵盐受热时都易于分解但不一定产生氨气;铵盐与碱共热一定产生氨气;铵盐不一定都能与酸反应。]
2.如图是实验室进行氨溶于水的“喷泉实验”的装置,下列叙述不正确的是( )
A.该实验说明氨气极易溶于水
B.进入烧瓶中的液体颜色由无色变为红色,说明氨水呈碱性
C.氨水很稳定,将烧瓶内的红色溶液加热颜色不会发生变化
D.形成“喷泉”的主要原因是氨气溶于水后,烧瓶内的气压小于大气压
解析:C [由于氨气极易溶于水,当少量水进入盛有氨气的烧瓶会使烧瓶内压强迅速减小且小于大气压,使滴有酚酞的水喷入烧瓶形成喷泉,A项、D项正确;由于氨水有弱碱性,从而使酚酞由无色变为红色,B项正确;氨水不稳定,受热易分解放出氨气,从而使碱性减弱,故滴有酚酞呈红色的氨水受热后红色变浅或褪去,C项错误。]
3.能用如图装置进行喷泉实验的一组气体是( )
A.HCl和CO2
B.NH3和CO
C.O2和CO2
D.N2和NO
解析:A [要利用该装置进行喷泉实验,所选气体必须易溶于NaOH溶液或易与NaOH溶液反应,B项中的CO,C项中的O2,D项中的N2和NO都不溶于NaOH溶液,也不与NaOH溶液反应。]
4.某化学课外小组的学生提出实验室制氨气的以下几种方案,其中比较简便易行的是( )
A.硝酸铵固体与消石灰共热
B.浓氨水逐滴加入到新制的生石灰中
C.在一定条件下,氮气与氢气化合
D.加热分解氯化铵固体
解析:B [A项中硝酸铵受热易分解产生其他气体,甚至引起爆炸事故(如5NH4NO3△,4N2↑+2HNO3+9H2O;NH4NO3eq \o(=====,\s\up17(△))N2O↑+2H2O);C项中反应的条件为高温、高压、催化剂,一般实验室并不具备此条件;D项中分解产生的气体是NH3和HCl,二者在遇冷时又重新化合成NH4Cl固体。]
5.已知A、B、C、D、E、F是含有同一种元素的化合物,其中F是能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体,它们之间能发生如下反应:
①A+H2O―→B+C
②C+F―→D
③D+NaOHeq \o(――→,\s\up17(△),\s\do15( ))F+E+H2O
(1)写出下列物质的化学式:
C ________ ,D ________ ,E ________ 。
(2)写出下列反应的离子方程式:
①____________________________________________________,
③____________________________________________。
(3)工业生产C的过程中涉及一步反应,即F经催化氧化生成B和H2O。写出该步反应的化学方程式:___________________。
解析:由“F是能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体”可知F是NH3,再结合反应关系可知A为NO2,B为NO,C为HNO3,D为NH4NO3,E为NaNO3,据此可回答问题。
答案:(1)HNO3 NH4NO3 NaNO3 (2)3NO2+H2O===2H++2NOeq \o\al(-,3)+NO NHeq \o\al(+,4)+OH-eq \o(=====,\s\up17(△),\s\do15( ))NH3↑+H2O (3)4NH3+5O2eq \o(=====,\s\up17(催化剂),\s\do15(△))4NO+6H2O
$