内容正文:
第二节 氮及其化合物
5.2.3 氨和铵盐
第五章 化工生产中的重要非金属元素
学习目标
1、通过对氮元素“位—构—性”的分析,认识氮元素在自然界中的存在形式,掌握氮气的结构、氮气的性质及氮的固定
1、合成氨(氨气)是人类科学技术发展史上的一项重大成就,在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题,是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献,请同学们思考氨气有什么性质?它是怎样转化为氮肥的呢?
思考
弗里茨·哈伯
第一个从空气中制造出氨的科学家,加速了世界农业的发展,因此获得1918年诺贝尔化学奖。
卡尔·博施
改进了高压合成氨的催化方法,实现了合成氨的工业化生产,并在发展高压化学方面取得成就。因此获得1931年诺贝尔化学奖。
格哈德·埃特尔
发现了哈伯-博施合成氨的作用机理,并以此为开端推动了表面化学动力学的发展。因此获得2007年诺贝尔化学奖。
一硫
一、氨
1、氨分子的结构
电子式
结构式
107◦
三角锥形
2、物理性质
氨是无色、有刺激性气味的气体,密度比空气小,很容易液化;氨极易溶于水,在常温常压下,1体积水大约可溶解700体积氨。氨气溶于水时,需防止倒吸现象的发生
【注意】氨易液化,液氨汽化时要吸收大量的热,使周围温度急剧降低。因此液氨常作制冷剂。
思考
2、氨极易溶解于水,用什么实验可以证明这一性质呢?
喷泉实验
【实验5-6】如图5-11所示,在干燥的圆底烧瓶里充满NH3,用带有玻璃管和胶头滴管(预先吸入水)的橡胶塞塞紧瓶口,倒置烧瓶,使玻璃管插入盛有水的烧杯中(预先在水里滴入少量酚酞溶液),打开弹簧夹,挤压胶头滴管,使水进入烧瓶,观察并描述现象,分析出现这些现象的可能原因。
3、喷泉实验
操
作 打开止水夹,并挤压胶头滴管的胶头,让水进入烧瓶(注意操作顺序)
现
象 烧杯中的溶液由玻璃管进入烧瓶,_____________________________
结
论 ___________________________
方程式
形成红色喷泉,瓶内液体呈红色
氨极易溶于水,水溶液呈碱性
NH3+H2O ⇋NH3.H2O ⇋NH4++OH-
思考
3、根据以上实验,探究形成喷泉的原理是什么?
因氨气迅速溶解在从胶头滴管挤压出的少量水中,使烧瓶内的压强迅速减小,与外界大气形成较大的压强差,在压强差作用下,液体迅速流动,通过带尖嘴的导管喷出来,形成喷泉。
容器内外存在较大的压强差,在压强差的作用下,液体迅速流动,通过带有尖嘴的导管喷出来,即形成喷泉。
气体与水或其他液体接触
气体溶解或发生化学反应
容器内压强减小
外部液体进入形成喷泉
4、能形成喷泉的条件有哪些?
思考
从原理上讲,①气体要易溶于水或易与水反应,以形成足够大的压强差;从实验条件上讲,②烧瓶内气体要充满,③气体和仪器均要干燥,④装置的气密性要好
5、使得容器内外产生较大压强差有哪些?
思考
方法有两种,分别是减小内压法和增大外压法
(1)减小内压法
使烧瓶外气压不变,烧瓶内气压减小
实验装置
原理 烧瓶内气体与液体接触→气体溶解或发生化学反应→烧瓶内压强减小→外部液体迅速进入形成喷泉
引发喷泉 打开橡皮管上的弹簧夹,挤压滴管的胶头,则烧杯中的水由玻璃管进入烧瓶,形成喷泉
①常见能形成喷泉的物质组合
气体 吸收剂 原理
NH3 水或酸 NH3、HCl均属于极易溶于水的气体,常温下,NH3的溶解度为1:700,HCl的溶解度为1∶500
HCl 水或碱
CO2 NaOH
溶液 均能与强碱溶液反应
2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O
2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O
2NaOH+Cl2=NaClO+NaCl+H2O
2NaOH+2NO2=NaNO3+NaNO2+H2O
2NaOH+H2S=Na2S+2H2O
SO2
Cl2
NO2
H2S
NO2+O2 水 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
(2)增大外压法
使烧瓶外气压增大,烧瓶内气压不变
实验装置
原理 锥形瓶内液体挥发或发生化学反应产生气体→容器内压强增大→锥形瓶内液体迅速流入烧瓶形成喷泉
实例 喷雾器、人造喷泉、火山喷发等
7、某同学做该实验时,打开止水夹后将胶头滴管内的水挤入烧瓶内,可并未产生喷泉,试分析实验失败可能的原因是什么?
①装置气密性不好
②收集的NH3纯度较低
③烧瓶不干燥等
6、喷泉停止后,为什么烧瓶不能被水完全充满?
氨气是用向下排空气法收集的,含有少量空气,不够纯净(理论上水要充满烧瓶)
思考
9、上述实验假设烧瓶内充满NH3,实验后水充满整个烧瓶。在标准状况下进行实验,所得溶液的物质的量浓度为多少?
1/22.4 mol/L
能,但不能充满烧瓶,理论上液体只能充满烧瓶容积的2/3。
8、若将NH3换为NO2,能否形成喷泉?若能形成,则实验后液体能否充满烧瓶?
3NO2+H2O=2HNO3+NO
思考
【几点强调】
①引发喷泉实验的方法有:a.打开止水夹,用热毛巾捂住圆底烧瓶至有气泡从水中冒出,移去热毛巾;b.用冰袋包住烧瓶底部;c.在烧瓶底部淋少量酒精等
②常见喷泉实验装置
③氨的水溶液(俗称氨水)呈碱性,是因为氨气和水发生了化学反应,生成了弱碱一水合氨
1、 如图所示:烧瓶中充满干燥气体a,将胶头滴管中的液体b挤入烧瓶内,轻轻震荡烧瓶,然后打开弹簧夹,烧杯中的液体呈喷泉状喷出,则a、b不可能是( )
A.a为HCl气体,b为H2O
B. a为CO2气体,b为浓NaOH溶液
C. a为Cl2气体,b为饱和NaCl溶液
D. a为Cl2气体,b为浓NaOH溶液
C
【练一练】
4、氨气的化学性质
(1)与水的反应
NH3 是中学阶段唯一一种碱性气体,也是中学阶段唯一能和酸反应生成盐的气体
氨溶于水的水溶液称为氨水,其中大部分NH3与水结合成一水合氨(NH3·H2O),NH3·H2O为弱电解质,只能部分电离成NH4+和OH-:NH3+H2O⇋NH3·H2O⇋NH4++OH―
①NH3是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
思维启迪
②液氨、氨水、一水合氨的区别
名称 液氨 氨水 一水合氨
物质
类别 纯净物
氢化物
非电解质 混合物
氨的水溶液
溶质为氨气 纯净物
一元弱碱
电解质
粒子
种类 NH3 NH3·H2O、
NH3、H2O、 NH4+
OH-、H+ NH3·H2O
主要
性质 不导电
不具有碱性 能导电
具有碱的通性 极易分解
具有碱的通性
存在
条件 常温常压
下不存在 常温常压
下可存在 常温常压
下不存在
③氨水的性质
氨水具有弱碱性,能使无色酚酞试液变为浅红色,使红色石蕊试液变为蓝色。氨水的浓度越大,密度反而越小(是一种特殊情况)。NH3·H2O不稳定,故加热氨水时有氨气逸出:
△
NH3·H2O=NH3↑+H2O
【注意】氨水要保存在棕色试剂瓶中,避光密封
④氨水的保存方法
氨水对许多金属有腐蚀作用,所以不能用金属容器盛装氨水。通常把氨水盛装在玻璃容器、橡皮袋、陶瓷坛或内涂沥青的铁桶里
⑤有关氨水浓度的计算
氨水虽然大部分以NH3·H2O形式存在,但计算时仍以NH3作溶质
(2)氨气与酸(盐酸、硝酸、硫酸等)反应,生成铵盐
实验步骤 现象
用两根玻璃棒分别在浓氨水和浓盐酸里蘸一下,然后使这两根玻璃棒接近。观察发生的现象。
两根玻璃棒接近时_______________
产生大量白烟
①蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近,其现象是有大量白烟产生,其原因是:浓氨水和浓盐酸均有挥发性,挥发出来的NH3和HCl在空气中相遇,化合生成NH4Cl固体小颗粒,即为白烟
反应的化学方程式:
HCl+NH3=NH4Cl (产生白烟,可用于NH3与挥发性酸的互相检验)
②将浓盐酸改为浓硝酸,也会出现相同的现象
反应的化学方程式
NH3+HNO3=NH4NO3 (产生白烟,可用于NH3与挥发性酸的互相检验)
【注意】产生的白烟实际是氨气与挥发性酸的蒸气反应生成的盐,不挥发性酸,如H2SO4、H3PO4不能形成蒸气,故与氨气不会产生白烟。
③与硫酸反应:2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4 (浓硫酸没有挥发性,不能形成白烟,不能用浓硫酸干燥氨气)
④与CO2、SO2等酸性氧化物反应:
NH3+CO2+H2O=NH4HCO3或2NH3+CO2+H2O=(NH4)2CO3
4NH3+5O2 = 4NO+6H2O
催化剂
(工业制硝酸的基础,也是工业上制NO的方法)
(3)NH3的还原性
NH3分子中氮元素的化合价为-3价,在化学反应中氮元素化合价可能的变化是只能升高,不能降低,因此氨具有还原性。NH3能与O2、CuO、Cl2等的反应
①氨的催化氧化:氨气在催化剂(如铂等)、加热条件下,被氧气氧化生成NO和H2O。此反应是放热反应,叫做氨的催化氧化(或叫接触氧化),是工业制硝酸的反应原理之一
③氨气可被氧化铜(金属氧化物)氧化为氮气
2NH3+3CuO = N2+3Cu+3H2O (氨气还原CuO是实验室制氮气的方法之一)
点燃
4NH3+3O2 = 2N2+6H2O
②氨气在纯氧中燃烧:
(黄绿色火焰)
④与Cl2反应:(浓氨水与氯气反应)
2NH3(少量) + 3Cl2 = N2 + 6HCl
8NH3(足量) + 3Cl2 = N2 + 6NH4Cl
检验氯气管道泄漏
⑤还原NO、NO2:
4NH3 + 6NO = 5 N2 + 6H2O;
8NH3 + 6NO2 = 7 N2 + 12H2O
治理氮氧化物污染
(4)与盐溶液反应
被滴试剂 现象 离子方程式
FeCl3溶液 生成红褐色沉淀 Fe3++3NH3·H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+
AlCl3溶液 生成白色沉淀 Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+
NH3
硝酸
铵盐
纯碱
有机合成工业原料
用稀氨水治疗
蚊虫叮咬
消除
二氧化氮
的污染
吸收硫酸
生产中的
二氧化硫
致冷剂
2NH3+H2O+SO2=(NH4)2SO3
NH3+H2O+SO2=NH4HSO3
5、氨气的用途
①氨是氮肥工业及制造硝酸、碳铵、纯碱等的重要原料
②氨也是有机合成工业中的常用原料 (如:尿素、合成纤维、染料等)
③氨还以用作制冷剂。液氨作制冷剂的原因是氨易液化,液氨汽化时要吸收大量的热,
(1)液氨可用作制冷剂,是因为其汽化时吸收大量的热( )
(2)氨水能导电,所以氨水是电解质( )
(3)新制饱和氨水中含氮粒子物质的量浓度最大的是NH4+ ( )
(4)将蘸有浓氨水的玻璃棒靠近浓硫酸有白烟产生( )
(5)氨中氮元素的化合价为-3价,在反应中只能升高而具有还原性( )
2、判断正误
√
×
×
×
√
【练一练】
3、 下列反应中说明氨气具有还原性和碱性的是( )
D. NH3+HCl = NH4Cl
B
B. 8NH3+3Cl2 =6NH4Cl+N2
C.4NH3+5O2 = 4NO+6H2O
催化剂
A. 2NH3+3CuO = 3Cu+N2+3H2O
【练一练】
6、氨气的制法
(1)氨气的实验室制法
①实验过程及实验装置
原理
反应原料 实验室一般用氯化铵或硫酸铵与Ca(OH)2固体
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(固固加热制气体)
2NH4Cl+Ca(OH)2 =CaCl2+2NH3↑+2H2O
△
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(均要反应)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
浸有硫酸
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
②实验室制取氨气时注意事项
a.NH4Cl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。
b.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
c.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(CaO 与NaOH混合物)干燥
d.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
【注意】①发生倒吸的原因
倒吸一般发生在气体压强骤然降低的连通液体的密闭装置中。其原因一般有以下两种情况:
a.需要加热来制备气体且通过排水法或排某种溶液法收集气体时,由于加热不均匀(如骤冷)导致装置内气体压强降低,发生倒吸。
b.极易溶于水的气体进行尾气处理(包括气体与吸收剂反应过快的情况)时,由于装置内气体迅速减少,压强降低,发生倒吸。
【注意】②常见的防倒吸装置
方法一:
NH3·H2O = NH3↑+H2O
△
方法二:
加热浓氨水制氨气
浓氨水中滴入生石灰(或NaOH固体)中制氨气
③实验室快速制氨气
方法一
方法二
NaOH的作用: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
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
④工业制法
N2+ 3H2
2NH3
高温、高压
催化剂
1、下面是实验室制取氨的装置和选用的试剂,其中错误的是( )
C
【练一练】
2、在实验室里,某学习小组设计了下列制取纯净干燥氨气的方案,简易、可行的方案是( )
A.加热氯化铵固体,再通过碱石灰
B.在氮气和氢气的混合气体中加入铁触媒,并加热至500 ℃,再通过碱石灰
C.加热浓氨水,再通过浓硫酸
D.在生石灰中加入浓氨水,再通过碱石灰
1
2
D
【练一练】
3.某学校兴趣小组探究制取氨的实验如下:
(1)甲同学拟用下列实验方法制备氨,其中合理的是 (填字母,下同)。
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(1)中所选药品,该同学欲用下列常见的实验室制气装置制取氨,适宜的装置是 。
B
C
【练一练】
(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 (填序号)。
①密度 ②颜色 ③溶解性 ④热稳定性 ③与氧气反应
(4)下图是甲同学设计收集氨的几种装置,其中可行的是 (填字母),集气的原理是 。
②④
d
氨的密度比空气小,采用短管进氨气,长管出空气,即可收集氨
【练一练】
铵盐
思考
10、同学们知道种地用到的氮肥的主要成分是什么吗?
二.铵盐
1.概念
由铵根离子(NH4+)和酸根离子组成的化合物。
常见铵盐:
硫酸铵【(NH4)2SO4 ,俗称硫铵,又称肥粉】;
氯化铵【NH4Cl,俗称氯铵】;
硝酸铵【NH4NO3,俗称硝铵、炸药】;
碳酸氢铵【NH4HCO3,俗称碳铵】
铵盐属于铵态氮肥。
常用氮肥有铵态氮肥和尿素【 CO(NH2)2 】 。
绝大多数铵盐是白色或无色固体,均易溶于水,溶解常伴有吸热现象。
2.结构
铵盐是离子晶体,具有离子键、共价键,是由非金属元素组成的离子化合物
3.物理性质
(1)不稳定性
铵盐受热易分解,但不一定都有NH3生成
加热氯化铵固体
【注意】该过程不是升华,利用NH4Cl的这种性质常用来分离提纯NH4Cl固体
4.化学性质
①在试管中加热氯化铵固体,观察到的现象是氯化铵白色固体消失,在试管上方重新凝成白色固体
NH4Cl= NH3 ↑ +HCl ↑
NH3 +HCl =NH4Cl
③(NH4)2CO3 = 2NH3 ↑ + H2O + CO2 ↑
△
△
②NH4HCO3 = NH3 ↑ +H2O +CO2↑
加热碳酸氢铵固体
现象:
①试管中固体逐渐消失;
②试管口有水珠生成;
③石灰水变浑浊
△
④NH4NO3=N2O↑+2H2O
2NH4NO3 = 4H2O + 2N2 ↑ +O2 ↑
△
①如果组成铵盐的酸是易挥发或易分解的酸,则固体铵盐受热分解时,氨气与酸一起挥发,冷却时又重新结合成铵盐。如NH4Cl、NH4HCO3等。
②如果组成铵盐的酸是难挥发性酸,则固体铵盐受热分解时,只有氨呈气态逸出,而难挥发性酸残留在容器中,如(NH4)2SO4分解的化学方程式为(NH4)2SO4=NH3↑+NH4HSO4或(NH4)2SO4=2NH3↑+H2SO4。
③如果组成铵盐的酸是具有强氧化性的酸,则在较低的温度下慢慢分解可得到NH3和相应的酸,如NH4NO3。由于生成的氨气具有还原性,硝酸具有氧化性,生成的NH3易被HNO3氧化,则反应时的温度不同,形成氮的化合物也不同,如将NH4NO3在不同的温度下加热分解分别可得到N2O、NO2、N2O3、N2等(分解温度不同,产物不同)。
△
△
【几点强调】
11、NH4Cl中有少量的NaCl,如何提纯?
NH4Cl加热分解,收集分解生成的气体然后又生成NH4Cl 。
12、是不是所有的铵盐受热分解都生成氨气?
不是,NH4NO3在400 ℃以上分解生成N2、NO2和H2O
思考
【实验5-7】向盛有向盛有少量氯NH4Cl2溶液、(NH4)2SO4溶液、NH4NO3溶液的三支试管中,分别加入氢氧化钠溶液并加热(注意通风),用镊子夹住一片湿润的红色石蕊试纸放在试管口,观察现象,分析现象产生的原因,写出反应的离子方程式。
(2)与碱反应
现象
结论 _____________________________,
离子方程式为_____________________________
三支试管中均有无色气体放出,湿润的红色石蕊试纸变蓝
铵盐与强碱反应生成氨气
铵盐溶液 NH4Cl溶液 NH4NO3溶液 (NH4)2SO4溶液
OH - +NH4+= H2O+NH3↑
NH4Cl+NaOH = NaCl+NH3↑+H2O
△
①固体反应(NH4Cl固体与NaOH固体共热):
②溶液中的反应
a.若是铵盐溶液与碱溶液共热,写成NH3↑+H2O
(NH4)2SO4与NaOH两溶液混合加热:
NH4 ++ OH-= NH3↑ + H2O(溶液中)
△
b.若是铵盐溶液与浓碱溶液,写成NH3↑+H2O
浓NaOH溶液中加入硫酸铵固体
NH4 ++ OH-= NH3↑ + H2O(溶液中)
【注意】在实验室中,常利用铵盐与强碱反应产生氨气这一性质来检验铵根离子(铵盐)的存在和制取氨气。
c.若是反应物为稀溶液且不加热时或无特殊说明写NH3·H2O
NH4 ++ OH-= NH4OH/NH3·H2O (溶液中)
5.NH4 +的检验和铵盐的检验方法
(1)NH4+的检验
取少量待测溶液于试管中,再加入浓的NaOH溶液,加热产生能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体(或将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口,有白烟产生),则该溶液中存在NH4+
(2)铵盐的检验方法
①取少许样品与碱混合于试管中共热,将湿润的红色石蕊试纸靠近管口,若试纸变蓝,则证明样品中含有NH4+
②取少许样品于试管中,放入碱后加热,用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口,若有白烟产生,则证明样品中含有NH4+
铵盐的检验方法
①NaOH溶液法
取少量固体样品或溶液于试管中,再加入浓的NaOH溶液,加热产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体(或将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近管口,有白烟产生),证明固体样品或溶液中含有NH4+。
②碱石灰法
把碱石灰与某物质的固体混合物在研钵里研磨,产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝(或将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近研钵口,有白烟产生),则可以判断该物质是铵盐。
加热
取样于试管中
____________________变蓝
加入浓的
NaOH溶液
蘸有________的玻璃棒靠近,产生白烟
湿润的红色石蕊试纸
浓盐酸
6.用途
可用作氮肥,炸药,焊药等
【注意】检验溶液中是否含有NH4+的要点:
①加入较浓的强碱溶液;②必须加热。
13、向某溶液中加入稀NaOH溶液,用来检验生成物的湿润的红色石蕊试纸不变蓝,则原溶液中是否一定无NH4+?
不一定。因溶液中加入稀NaOH溶液,即使生成NH3·H2O,没有加热,也不会放出氨气。
思考
4.下列关于铵盐的说法中正确的是( )
A.所有铵盐受热均可以分解,其产物中都有氨
B.所有铵盐都易溶于水,所有铵盐中的N均呈-3价
C.氯化铵溶液中加入烧碱浓溶液共热时反应的离子方程式为
NH4+ +OH- NH3↑+H2O
D.氯化铵和氯化钠的固体混合物可用升华法分离
C
【练一练】
4.检验铵盐的一般方法是将待测物取少许置于试管中,然后( )
A.加水溶解后,再滴入酚酞溶液
B.加强碱溶液加热后,用湿润的红色石蕊试纸在试管口检验
C.加入强酸溶液加热后,再滴入酚酞溶液
D.加入强碱溶液加热后,再滴入酚酞溶液
B
【练一练】
59
Lavf57.71.100
Packed by Bilibili XCoder v2.0.2
Lavf57.71.100
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Lavf57.71.100
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