内容正文:
第二单元 重要的含氮化工原料
学习目标
重点难点
1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,了解氨气、硝酸的主要性质。
2.认识氨气、硝酸在生产中的应用和对生态环境的影响。
3.了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化,认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。
重点
1.氨气的化学性质。
2.硝酸的化学性质。
难点
1.氨气的催化氧化。
2.喷泉实验原理。
3.硝酸与铜的反应原理。
第1课时 氨气
新知探究(一)——氨气的物理性质和喷泉实验
1.氨气的物理性质
颜色
气味
密度
水溶性
特性
无色
刺激性
气味
比空
气小
极易溶于水,1体积水大约可溶解700体积氨气
氨分子之间容易形成氢键,易被液化
[微点拨] 液态氨汽化时要吸收大量的热,使周围的温度急剧下降,所以液态氨在工业上常用来作制冷剂。
2.喷泉实验
(1)实验探究
实验装置
操作及现象
结论
①打开止水夹,并挤压滴管的胶头
②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
氨极易溶于水,水溶液呈碱性
(2)喷泉实验的原理
喷泉产生的本质原因是烧瓶内外形成气压差,由于烧瓶内气体的压强小于烧瓶外的压强,故液体被压入烧瓶内形成喷泉。产生气压差的方法:①减小烧瓶内气压,如液体将气体吸收或反应等;②增大烧瓶外压强。
(3)常见装置图
①图甲装置形成“喷泉”是因为烧瓶内气体极易溶于烧杯和滴管中的液体,使烧瓶内的压强突然减小而产生压强差,形成“喷泉”。
几种常见情况:
气体
HCl
NH3
CO2、Cl2、SO2
NO2+O2
吸收剂
水、NaOH溶液
水、盐酸
NaOH溶液
水
②图乙装置形成“喷泉”可采用使烧瓶受热的方法,瓶内气体膨胀,打开止水夹,气体与液体接触而溶于液体,使烧瓶内压强减小形成压强差而形成“喷泉”。
③图丙装置下部锥形瓶中的物质相互反应产生气体,使锥形瓶内气体压强增大而产生压强差,将液体从锥形瓶中压入烧瓶中形成“喷泉”。
[微点拨] 形成喷泉的关键
①装置气密性良好。
②容器要干燥。
③容器内要尽量收集满干燥的气体,即气体的纯度要高。
[题点多维训练]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)液氨汽化时要吸收大量的热,可用作制冷剂。 (√)
(2)液氨和氨水是同一种物质。 (×)
(3)NH3可以用水作喷泉实验,说明NH3易溶于水。 (√)
(4)二氧化碳与水可以形成喷泉实验。 (×)
2.下列关于氨的叙述中,错误的是 ( )
A.氨易液化,常用作制冷剂
B.氨极易溶于水,因此可用来做喷泉实验
C.氨极易溶于水,因此氨水比较稳定(不容易分解)
D.氨溶于水显弱碱性,因此可使酚酞溶液变为红色
解析:选C 氨易液化,常用作制冷剂,A项正确;极易溶于水的气体(如NH3、HCl等)可用来做喷泉实验,B项正确;氨水不稳定,受热发生分解反应(NH3·H2ONH3↑+H2O),放出氨气,C项错误;氨水显弱碱性,可使酚酞溶液显红色,D项正确。
3.如图是实验室进行氨溶于水的喷泉实验装置,下列叙述不正确的是 ( )
A.该实验说明氨是一种极易溶于水的气体
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.形成喷泉的原因是氨溶于水后,烧瓶内的气压小于大气压
D.用氯气代替氨,利用此装置也可进行喷泉实验
解析:选D A项,NH3极易溶于水,可用来做喷泉实验;B项,氨水呈碱性,能使酚酞溶液变红色;C项,NH3极易溶于水,使烧瓶内的气压小于大气压,在压强差的作用下,烧杯中的水沿导管迅速向上流动,从而形成喷泉;D项,Cl2在水中的溶解度较小,不能用于做喷泉实验。
4.(2025·攀枝花三中阶段检测)如图是喷泉实验装置图,下列说法正确的是 ( )
A.烧瓶中的溶液呈红色,则原气体一定是SO2
B.形成喷泉的原因是烧瓶内压强大于外界大气压
C.烧瓶中的溶液呈蓝色,则原气体一定属于碱性气体
D.若将石蕊溶液改成氢氧化钠溶液,则CO、CO2均能形成喷泉
解析:选C 烧瓶中的溶液呈红色,说明气体溶于水呈酸性,则原气体可能是HCl、SO2等酸性气体,A错误;烧瓶中的气体易溶于水或能与水反应,从而使烧瓶内压强小于外界大气压形成喷泉,B错误;烧瓶中的溶液呈蓝色,则原气体溶于水一定显碱性,C正确;CO不溶于氢氧化钠溶液,若将石蕊溶液改成氢氧化钠溶液,CO不能形成喷泉,D错误。
5.喷泉原是一种自然景观,其产生的原因是存在压强差,根据此原理造出了人工喷泉。
(1)用图甲装置进行喷泉实验,上部烧瓶已装满干燥的氨气,引发喷泉的操作是 。
(2)利用图乙装置,在锥形瓶中分别加入足量的下列物质,反应后可能产生喷泉的是 (填字母)。
A.Cu与稀盐酸 B.NaHCO3与NaOH溶液
C.CaCO3与稀硫酸 D.NH4HCO3与稀盐酸
(3)人工喷泉及火山爆发的原理与上述装置图 原理相似。
解析:(1)用题图甲装置引发喷泉,只需打开止水夹,挤压胶头滴管的胶帽即可。(2)题图乙装置中,在锥形瓶内发生反应产生气体,使锥形瓶内压强大于圆底烧瓶内压强,可产生喷泉,故应选NH4HCO3和稀盐酸。
(3)人工喷泉及火山爆发的原理都是通过增大下方容器中的压强完成的,所以原理与题图乙装置相似。
答案:(1)打开止水夹,挤压胶头滴管的胶帽
(2)D (3)乙
新知探究(二)——氨气的化学性质
1.氨气与水的反应
(1)实验探究
实验操作
在一支洁净的试管中滴加几滴浓氨水,将湿润的红色石蕊试纸粘在玻璃棒一端,靠近试管口
实验现象
湿润的红色石蕊试纸变蓝
实验结论
氨水显弱碱性
(2)氨水:氨气溶于水形成的水溶液称为氨水。氨水中的氨分子大部分与水分子结合成NH3·H2O,反应的化学方程式是NH3+H2ONH3·H2O。一水合氨可部分电离,电离方程式是NH3·H2ON+OH-。
[微点拨] ①氨水中存在的微粒有三种分子和三种离子:NH3·H2O、NH3、H2O、N、OH-、H+。②求氨水中溶质的质量分数、物质的量浓度时,溶质为所有含氮微粒(即初始的NH3)。
2.氨气与酸的反应
(1)实验探究
实验操作
在一支洁净的烧杯中放两个棉花球,在两个棉花球上分别滴加几滴浓氨水和浓盐酸,用表面皿盖住烧杯口
实验现象
烧杯中出现白烟
实验结论
氨气与氯化氢气体生成氯化铵晶体小颗粒
(2)氨气与盐酸反应的化学方程式是NH3+HCl===NH4Cl。
氨气与硫酸反应的化学方程式是2NH3+H2SO4=== (NH4)2SO4。
[微点拨] 氨气与挥发性酸反应时,才会出现白烟,与不挥发性酸反应不产生白烟。
3.氨气的还原性
NH3分子中氮元素的化合价为-3价,处于最低价态,因此氨具有还原性。
(1)氨气的催化氧化
氨气与氧气在催化剂作用下生成NO的化学方程式:4NH3+5O24NO+6H2O。
(2)氨气和氧化铜反应
在加热条件下,氨气与氧化铜反应生成氮气和铜,反应的化学方程式为3CuO+2NH33Cu+N2+3H2O。
[题点多维训练]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)NH3的水溶液呈碱性,故NH3为一种碱。 (×)
(2)NH3的水溶液能导电,故NH3为电解质。 (×)
(3)NH3溶于水后完全生成NH3·H2O。 (×)
(4)1 mol·L-1的氨水中c(NH3·H2O)为1 mol·L-1。 (×)
(5)浓氨水与所有酸的反应过程均可产生白烟。 (×)
(6)氨水加热可以制NH3,说明NH3·H2O易分解。 (√)
(7)NH3与O2反应时可直接氧化成NO2。 (×)
(8)氨气与浓硫酸反应会产生白烟现象。 (×)
2.下列有关氨的叙述不正确的是 ( )
A.氨分子中氮元素的化合价只能升高,氨具有还原性
B.氨的催化氧化反应的化学方程式是4NH3+5O24NO+6H2O
C.氨的催化氧化反应中若氧气过量则有红棕色气体生成
D.氨的催化氧化属于人工固氮
解析:选D 氨分子中氮元素的化合价为最低价,只能升高不能降低,氨具有还原性。氨的催化氧化产生的一氧化氮与过量的氧气反应生成红棕色的气体二氧化氮。氨的催化氧化不属于氮的固定。
3.下列关于氨水的叙述正确的是 ( )
A.氨水显碱性,是因为氨水是一种强碱
B.氨水和液氨成分相同
C.氨水中物质的量浓度最大的粒子是NH3(除水外)
D.1 mol·L-1的氨水指在1 L溶液中含NH3、NH3·H2O、N物质的量之和为1 mol
解析:选D 溶于水的氨气大部分与水反应生成NH3·H2O,所以除水外,物质的量浓度最大的粒子是NH3·H2O;NH3·H2O是一种弱碱,在水中发生部分电离使溶液呈碱性;氨水中共含有六种微粒,分别是H2O、NH3、NH3·H2O、N、OH-和少量的H+,是一种混合物,液氨是纯净物。
4.下列叙述不正确的是 ( )
A.氨遇硫酸冒白烟
B.氨在一定条件下能与氧气反应生成一氧化氮和水
C.氨是一种极易溶于水,且易液化的气体
D.氨能使酚酞溶液变红色
解析:选A 硫酸难挥发,与氨反应无明显现象,A项错误;氨气在催化剂、加热条件下与氧气反应生成一氧化氮和水,B项正确;氨气容易液化,极易溶于水,1体积水能溶解约700体积的氨,C项正确;氨溶于水生成的一水合氨会部分电离成N和OH-,故氨水显弱碱性,可使酚酞溶液变红色,D项正确。
5.下列反应中的氨与反应4NH3+5O24NO+6H2O中的氨作用相同的是 ( )
A.2Na+2NH3===2NaNH2+H2
B.2NH3+3CuO===3Cu+N2+3H2O
C.NH3+H2O===NH3·H2O
D.3SiH4+4NH3===Si3N4+12H2
解析:选B 题给化学方程式中NH3作还原剂。A中NH3作氧化剂,B中NH3作还原剂,C中不是氧化还原反应,D中NH3作氧化剂,故选B。
6.某课外活动小组欲利用CuO与NH3反应,探究NH3的某种性质并测定其组成,设计了如图实验装置(夹持装置未画出)进行实验。请回答下列问题:
(1)仪器b中的试剂为碱石灰。装置B中的碱石灰作用是 。
(2)实验室中,利用装置A还可制取的有色气体是 (填字母)。
A.Cl2 B.O2 C.CO2 D.NO2
(3)实验中观察到装置C中黑色CuO粉末变为红色固体,量气管有无色无味的气体,上述现象证明NH3具有 性,写出相应的化学方程式: 。
(4)装置E中浓硫酸的作用是 。
解析:浓氨水在氧化钙或氢氧化钠、碱石灰等作用下可放出大量的氨气,B中碱石灰用于干燥氨气,加热条件下,氨气与CuO发生氧化还原反应生成氮气和铜,D中碱石灰用于吸收水蒸气,E用于吸收未反应的氨气,F用于测量生成氮气的体积,据此分析解答。(1)根据装置图,装置B中的碱石灰作用是干燥氨气。(2)装置A可制取的有色气体需要满足固体与液体不加热的条件;氯气为黄绿色气体,可以用浓盐酸与高锰酸钾固体不加热制取,故A正确;氧气为无色气体,不符合要求,故B错误;CO2为无色气体,不符合要求,故C错误;NO2为红棕色气体,可以用铜与浓硝酸不加热制取,故D正确。(3)实验中观察到装置C中黑色CuO粉末变为红色固体,量气管有无色无味的气体,说明氨气和氧化铜反应生成铜、氮气和水,氨气被氧化铜氧化,氨气表现了还原性,反应的化学方程式为3CuO+2NH33Cu+3H2O+N2。(4)依据流程分析,浓硫酸的作用是吸收过量的氨气,且阻止F中水蒸气进入D,影响实验结果。
答案:(1)干燥氨气 (2)AD (3)还原 3CuO+2NH33Cu+3H2O+N2 (4)吸收未反应的氨气,阻止F中水蒸气进入D
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