氨气的实验室制法.doc

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第二节　氨气的实验室制法以及硝酸与金属反应
【课前预习】
【学习目标】
氮元素单质及其化合物知识与其他元素单质及其化合物知识的综合应用。
【学习重点】
1.氨气的实验室制法
2.金属与硝酸反应的有关计算
一．氨气的实验室制法
药品： 、
反应原理： (固体＋固体气体)
反应方程式：
装置：圆底烧瓶和分液漏斗
收集：
验满：用湿润的 或蘸有 的玻璃棒。
防止多余氨气污染空气的方法：收集NH3后的导管口处塞一团湿棉花或用稀硫酸浸湿的棉花。
干燥：NH3通过盛有 的干燥管。
实验室制取氨的其他方法：加热浓氨水、氧化钙与浓氨水反应等。
二、硝酸与金属的反应
HNO3几乎能与所有的金属(除金、铂、钛以外)发生氧化还原反应(如Cu)。
________________________________________________________________；
_________________________________________________________________
说明：
a.硝酸与不活泼金属反应时，浓硝酸生成NO2，稀硝酸生成NO。
b.常温下浓硝酸使Fe、Al________。
特别提示：氧化性酸和酸的氧化性概念辨析
酸的氧化性：实质上指氢离子的氧化性，任何酸都有不同程度电离出H＋的能力，H＋在一定条件下获得电子生成H2。因此在某些反应中酸作氧化剂其实质上是H＋作氧化剂，如：锌与盐酸或稀硫酸的反应，都可以用Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑离子方程式表示此类反应的实质。
氧化性酸：是酸根离子获得电子的能力，酸根离子获得电子后，化合价降低，形成相应的低价含氧化合物甚至是单质。如浓硫酸与Cu反应：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O，浓硫酸与木炭反应：C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，硝酸与锌反应：4Zn＋10HNO3(稀)===4Zn(NO3)2＋N2O↑＋5H2O，5Zn＋12HNO3(很稀)===5Zn(NO3)2＋N2↑＋6H2O，浓硝酸与木炭、单质硫、磷的反应等等。
作为氧化性酸，不仅能氧化金属而且还能氧化某些非金属单质。而酸的氧化性即H＋的氧化能力较弱，只能氧化较活泼的金属(即金属活动性顺序中氢前金属)。
【课堂探究】

一、氨气的制法和氨水
1．氨气的制法
(1)实验室制法
①原理：铵盐与碱共热产生氨气。
2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
②装置：固—固反应加热装置，发生装置与制取氧气的装置相似，如下图：

③收集：由于氨气极易溶于水，且密度比空气小，所以只能用向下排空气法。
④检验：
a．用湿润的红色石蕊试纸(变蓝)；
b．蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口(产生白烟)。
⑤棉花团的作用：在收集NH3的试管口放置一团松软的干棉花，是为了防止试管内的NH3与试管外的空气形成对流，以便在较短的时间内收集到较为纯净的氨气。
特别提示：(1)制取NH3宜用NH4Cl，不宜用(NH4)2SO4、NH4HCO3、NH4NO3等。
(2)消石灰不能用KOH或NaOH代替，因后两者易吸湿、结块，不利于产生NH3，且在高温下易腐蚀试管。
(3)干燥氨气通常用碱石灰，而不能用P2O5和浓H2SO4，也不能用无水CaCl2(8NH3＋CaCl2===CaCl2·8NH3)。
(4)欲快速制NH3，可加热浓氨水，也可将浓氨水滴入NaOH固体或生石灰中，其装置如下图：
①加热浓氨水
a：反应原理：NH3·H2ONH3↑＋H2O。
b：装置

③浓氨水中加固态碱性物质
a：反应原理：浓氨水中存在以下平衡：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，加入固态碱性物质(如CaO、NaOH、碱石灰等)，使平衡向左移动，促进了NH3·H2O的分解。
b：装置

(2)工业制法：N2＋3H22NH3
2．氨水
(1)组成：NH3·H2O、NH3、OH-、NH、H＋
(2)发生的化学反应
NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－；
(3)性质
①易挥发，盛浓氨水的试剂瓶瓶口常有白雾产生，久置溶液质量减轻，浓度变小。
②氨水质量分数(密度小于1 g·cm－3的溶液)越大，其密度越小，因此如果将质量分数为x%的氨水与质量分数为3x%的氨水等体积混合后，所得氨水的质量分数小于2x%；
而对于密度大于1 g·cm－3的溶液(如硫酸溶液)，质量分数越大，其密度也越大，因此如果将质量分数为x%的硫酸溶液与质量分数为3x%的硫酸溶液等体积混合后，所得硫酸溶液的质量分数大于2x%。
③氨水是很好的沉淀剂，能使Mg2＋、Al3＋、Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋等转变为氢氧化物沉淀，其中AgOH、Cu(OH)2、Zn(OH)2等沉淀能溶于过量氨水，生成络合物。
(4)涉及氨水的离子方程式的书写
①氨水做反应物，用分子式表示，如：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH；
②生成氨水时，若反应物为浓溶液或在加热条件下，用下面离子方程式表示：
NH＋OH－NH3↑＋H2O；
③生成氨水时，若反应物为稀溶液且不加热，用下面离子方程式表示：
NH＋OH－===NH3·H2O。
3．喷泉实验
(1)喷泉形成的原理
容器内、外存在较大的压强差，在这种压强差的作用下，使液体通过尖嘴管喷涌。
(2)分类
①负压型：即接纳喷起液体的空间压强低于大气压，而待喷液体与大气相通，通常是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。如
气体
A
HCl
NH3
CO2、Cl2、
H2S、SO2
NO2＋O2
CH2===CH2
吸收
剂B
水或NaOH
溶液
水、盐酸
NaOH溶液
水
溴水
②正压型：即接纳喷起液体的空间与大气相通，而待喷液体所受压强高于大气压，通常是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，容器内产生大量气体，如喷雾器、人造喷泉、火山喷发等。
特别提示：喷泉实验成功的关键：
(1)气体在吸收液中被吸收的既快又多，如NH3、HCl用水吸收，CO2、SO2用NaOH溶液吸收等。
(2)装置的气密性要好。
(3)烧瓶内气体纯度要高。
③两种类型的装置如图：

二、金属与硝酸的反应
1．金属与HNO3反应的一般通式
(1)金属＋浓硝酸―→金属硝酸盐＋NO2↑＋H2O
(2)金属＋稀硝酸―→金属硝酸盐＋NO↑＋H2O
2．反应规律
(1)金属与硝酸反应一般不生成H2。浓硝酸一般被还原为NO2，稀硝酸一般被还原为NO。
(2)铁与稀硝酸反应，先生成Fe(NO3)3，若Fe过量，Fe(NO3)3再和Fe反应生成Fe(NO3)2。
(3)铜与浓硝酸反应，若Cu过量，开始时硝酸的还原产物为NO2，随着反应的进行，浓硝酸变稀，硝酸的还原产物为NO，最终应得到NO2和NO的混合气体。
【例1】如图所示分别是某课外活动小组设计的制取氨气并用氨气进行喷泉实验的三组装置，回答下列问题：

(1)用A图所示的装置可制备干燥的NH3：
①反应的化学方程式为__________________________________________。
装置中收集NH3的试管口放置棉花团的作用是________________________。
②干燥管中干燥剂能否改用无水CaCl2？________(填“能”或“不能”)，理由是__________________________(用化学方程式表示)。
(2)用B图所示的装置可快速制取较大量NH3：
①用化学方程式表示浓氨水滴入CaO中有大量NH3逸出的过程：___________。
②检验NH3是否收集满的实验方法是______________________。
(3)用C图所示的装置进行喷泉实验，上部烧瓶已充满干燥氨气，引发水上喷的操作是________________，该实验的原理是________________________。
【例2】5.6 g Cu、Mg合金与一定量的硝酸恰好完全反应，收集到NO和NO2的混合气体V L(标准状况)；向反应后的溶液中加入足量NaOH溶液，沉淀完全后将其过滤、洗涤、干燥，称得质量为10.7 g。则V等于(　　)。
A．2.24 B．4.48 C．6.72 D．7.84
【课时训练】
1．(2012江苏化学)用下列实验装置进行相应实验，能达到实验目的的是(　　)。

A．用图1所示装置除去Cl2中含有的少量HCl
B．用图2所示装置蒸干NH4Cl饱和溶液制备NH4Cl晶体
C．用图3所示装置制取少量纯净的CO2气体
D．用图4所示装置分离CCl4萃取碘水后已分层的有机层和水层
2．(2012四川理综)向27.2 g Cu和Cu2O的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.5 L，固体物质完全反应，生成NO和Cu(NO3)2。在所得溶液中加入1.0 mol·L－1的NaOH溶液1.0 L，此时溶液呈中性，金属离子已完全沉淀，沉淀质量为39.2 g。下列有关说法不正确的是(　　)。
A．Cu与Cu2O的物质的量之比为2∶1
B．硝酸的物质的量浓度为2.6 mol·L－1
C．产生的NO在标准状况下的体积为4.48 L
D．Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3为0.2 mol
3．下列离子方程式或说法正确的是________。
(1)NO2与水反应：3NO2＋H2O===2NO＋NO＋2H＋
(2)1.0 mol·L－1的HNO3溶液中H＋、Fe2＋、Cl－、SO大量共存
(3)用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上，试纸变蓝色，说明浓氨水呈碱性
(4)无色溶液中滴加稀NaOH溶液，将润湿的红色石蕊试纸置于试管口，试纸不变蓝，结论是原溶液中无NH
(5)将足量CO2通入溶液中，H＋、NH、Al3＋、SO能大量共存
(6)46 g NO2和N2O4的混合气体中含有的原子总数为3NA
(7)NH4HCO3溶于过量的NaOH溶液中：HCO＋OH－===CO＋H2O
4．如图所示，相同条件下，两个容积相同的试管分别装满NO2和NO气体，分别倒置于水槽中，然后通过导管缓慢通入氧气，边通边慢慢摇动试管，直到两个试管内充满液体。假设试管内的溶质不向水槽中扩散，则两个试管内溶液物质的量浓度之比为(　　)。

A．1∶1 B．5∶7 C．7∶5 D．4∶3
5．如图是某课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案。下列有关操作中不可能引发喷泉现象的是(　　)。

A．挤压装置①的胶头滴管使稀盐酸全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹
B．挤压装置②的胶头滴管使NaOH溶液全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹
C．用鼓气装置从装置③的a处不断鼓入空气并打开止水夹
D．向装置④的水槽中慢慢加入适量的浓硫酸并打开止水夹
6．已知NH3难溶于CCl4，下图所示装置中，不宜用于吸收氨气的是(　　)。

7．下列实验是否正确，请说明理由。
(1)实验室用图1所示装置制取NH3。
(2)对于图2，微热稀硝酸片刻，溶液中有气泡产生，广口瓶内始终保持无色。

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