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关于氨气的常见实验题型的剖析

NH3是中学化学最重要的化合物之一,不仅仅是因为NH3是实验室常制备的气体,更重要的是围绕NH3可以设计出许多很好的实验，这些实验不仅可以考查学生的基本实验素质,还可以考查学生的实验创新能力。所以说，在实验题设计的时候，NH3实属很好的选择对象。

下面笔者将高考中曾经出现过的有关NH3的实验题进行详细地剖析，通过分析和比较，以期对学生在理解NH3的实验题及其实验创新题时有所启发。

一、实验题型1—氨气的制备

1。【例题】   I. 合成氨工业对化学和国防工业具有重要意义。写出氨的两种重要用途        。

II。 实验室制备氨气，下列方法中适宜选用的是      。
① 固态氯化铵加热分解  ② 固体氢氧化钠中滴加浓氨水  ③ 氯化铵溶液与氢氧化钠溶液共热 ④ 固态氯化铵与氢氧化钙混合加热

III. 为了在实验室利用工业原料制备少量氨气,有人设计了如下装置（图中夹持装置均已略去）.

［实验操作]
① 检查实验装置的气密性后，关闭弹簧夹a、b、c、d、e。在A中加入锌粒,向长颈漏斗注入一定量稀硫酸。打开弹簧夹c、d、e，则A中有氢气发生.在F出口处收集氢气并检验其纯度。
② 关闭弹簧夹c，取下截去底部的细口瓶C，打开弹簧夹a,将氢气经导管B验纯后点燃,然后立即罩上无底细口瓶C，塞紧瓶塞，如图所示.氢气继续在瓶内燃烧，几分钟后火焰熄灭.
③ 用酒精灯加热反应管E，继续通氢气，待无底细口瓶C内水位下降到液面保持不变时，打开弹簧夹b,无底细口瓶C内气体经D进入反应管E，片刻后F中的溶液变红。
回答下列问题:
（1）检验氢气纯度的目的是                        。
（2）C瓶内水位下降到液面保持不变时，A装置内发生的现象是      ，防止了实验装置中压强过大。此时再打开弹簧夹b的原因是         ,C瓶内气体的成份是        。
(3）在步骤③中，先加热铁触媒的原因是                     。反应管E中发生反应的化学方程式是                           。
【剖析】I。 氨的用途比较广泛，如制化肥、硝酸、铵盐、纯碱以及在有机合成工业中制合成纤维、塑料、染料、尿素等。其中制化肥、硝酸是较重要的两种用途.
II. 实验室制备氨气可选用②④。对于②，向固体NaOH中滴加浓氨水,NaOH溶于水会放出大量的热,使浓氨水分解出氨气。
III.结合所给装置,操作①的目的在于排除B、C装置外的其余装置内的空气。可通过检验H2纯度的方法来证明空气是否被排净，以保证实验的安全.
操作②的目的在于让无底细口瓶C内空气中的O2与H2反应掉，从而提供N2。
    对于操作③，先加热反应管E中铁触媒的原因是铁触媒在较高温度时活性增大，以便加快氨合成的反应速率。当C瓶内水位下降到液面保持不变时，A装置可看到的现象是锌粒与稀硫酸脱离，不再产生氢气,防止了实验装置中压强过大。此时打开弹簧夹b，锌粒与稀硫酸接触，产生氢气。这样一方面能使无底细口瓶C内的N2、H2经D干燥后进入反应管E内发生反应，另一方面尽量增大氢气的浓度以提高氮气的转化率.

 答案：I。 制化肥、制硝酸   II. ②④    III。 （1) 排除空气,保证安全   （2）锌粒与酸脱离   尽量增大氢气的浓度以提高氮气的转化率    N2 、H2  （3）铁触媒在较高温度时活性增大,加快合成氨的反应速率      
 N2 + 3H2 2NH3.

2.【延伸例题】氨气的制备是很简单也是很重要的实验,按照实验室制备氨气的装置和原理，和实验室制备氨气的装置和原理相似，有以下常见的氨气的制备方法.
例如：下面是实验室制取氨气的装置和选用的试剂，其中错误的是(   ）。

A                    B                C              D
    【剖析】NH4CI固体受热分解生成NH3和HCI,而当温度降低时，NH3和HCI又重新化合成固体NH4CI,气体进入干燥管的机会不多，A项错误;向CaO中滴加浓氨水,CaO遇水生成Ca（OH)2，同时放出大量热量,使浓氨水分解出氨气，B项正确；固体加热制气体时，试管口应略向下倾斜，使产生的水能够流出，以免损坏试管，C项错误;对于D项,浓氨水加热制取NH3的方法和试剂都是正确的。本题答案为A、C项.

二、实验题型2—氨气的水溶性和碱性
1。【例题】   制取氨气并完成喷泉实验（图中夹持装置均已略去）。

图1                图2
（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       做干燥剂.
3)用图1装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥氨气，引发水上喷的操作是     。该实验的原理是                      。
（4）如果只提供如图2的装置，请说明引发喷泉的方法。                        。
【剖析】喷泉实验是一类很具有创新性的实验，开放程度高,考查面较为广泛，氨气的喷泉实验是其中最重要的实验之一,而设计氨气的喷泉实验是建立在氨气的水溶性和碱性的基础之上的。
（1）实验室常用NH4CI与Ca（OH）2混合加热来制NH3。
（2)由于NH3易溶于水，又密度比空气小,只能用瓶口向下排空气法收集;干燥NH3可选用碱石灰。
(3)用挤入法,利用NH3极易溶于水的性质，使较多量NH3溶于少量水中,气体量急剧减少，体积不变,烧瓶内压强必减小。故打开止水夹后，烧杯中水面上的大气压强将水压入烧瓶,形成喷泉.
（4）要形成喷泉，必须解决两个问题，一是NH3必须与水接触，二是造成足够的压强差。本题利用气体热胀冷缩原理,打开止水夹,用手（或热毛巾等）捂住烧瓶,NH3受热膨胀，赶出玻璃导管中的空气和水，NH3与水接触溶解，即发生喷泉。
答案：
（1) 2NH4CI+Ca(OH）2 2NH3↑+CaCI2+2H2O
(2）向下排空气    碱石灰
（3） 打开止水夹,挤出胶头滴管中的水    NH3极易溶解于水，致使烧瓶内气体压强迅速减小
（4） 打开夹子，用手(或热毛巾等）将烧瓶捂热,NH3受热膨胀,赶出玻璃导管内的空气和水,NH3与水接触,即发生喷泉。
2.【延伸例题】氨气的水溶性和碱性不仅仅只是可以设计成喷泉实验，还可以设计成气球实验。例如：某学生课外活动小组利用右下图所示装置分别做如下实验：
（1）在试管中注入某红色溶液，加热试管,溶液颜色逐渐变浅，冷却后恢复红色,则原溶液可能是      溶液；加热时溶液由红色逐渐变浅的原因是                  。
（2）在试管中注入某无色溶液,加热试管,溶液变为红色,冷却后恢复无色,则此溶液可能是      溶液；加热时溶液由无色变为红色的原因是                        。
【剖析】本实验装置为一封闭的体系,原溶液受热颜色发生变化，是由于其中某种物质以气态挥发所引起，冷却后，挥发出的气体又溶解在溶液中，得到原来的溶液。能使溶液在红色和无色之间变化的物质在中学阶段最常见的是酚酞和品红，从而不难分析出导致品红溶液颜色变化的是碱性气体NH3，导致酚酞溶液颜色变化的是SO2。
答案：
(1）稀氨水和酚酞    稀氨水中的NH3逸出,所以溶液的颜色变浅
（2)溶有SO2的品红   SO2气体逸出，品红溶液恢复红色

三、实验题型3—氨气的还原性实验

1。【例题】   资料显示：“氨气可在纯氧中安静燃烧……”。某校化学小组学生设计如下装置（图中铁夹等夹持装置已略去)进行氨气与氧气在不同条件下反应的实验.

（1）用装置A制取纯净、干燥的氨气,大试管内碳酸盐的化学式是            ，碱石灰的作用是                        .
    (2）将产生的氨气与过量的氧气通到装置B（催化剂为铂石棉)中,用酒精喷灯加热：
    ①氨催化氧化的化学方程式是                  ；试管内气体变为红棕色，该反应的化学方程式是                     .
    ②停止反应后，立即关闭B中两个活塞.一段时间后，将试管浸入冰水中,试管内气体颜色变浅，请结合化学方程式说明原因                  。  
（3)将过量的氧气与A产生的氨气分别从a、b两管进气口通入到装置C中，并在b管上端点燃氨气：
    ①两气体通入的先后顺序是      ,其理由是                  。
    ②氨气燃烧的化学方程式是                        .
【剖析】(1）碳酸盐加热分解能产生NH3，只有（NH4）2CO3或NH4HCO3，其分解产生的混合气体通过碱石灰后,CO2和H2O被吸收,可得到纯净的NH3.
(2）①NH3与过量O2在催化剂、加热条件下发生反应:4NH3+5O2   4NO+6H2O，通过无水CaCI2后，未反应完的NH3和生成的H2O被吸收，生成的NO在试管内被过量的O2氧化为红棕色的NO2气体,方程式为:2NO+O2 ==2NO2。
② 将试管浸入冰水中，由于2NO2（g)  N2O4(g）；△H＜0，正反应为放热反应，当温度降低时，平衡向正反应方向移动，部分红棕色的NO2转化为无色N2O4，故颜色变浅。
（3)由于装置C上端开口，要点燃NH3,须先通入O2，后通入NH3，因为若先通入NH3，NH3在空气中不能点燃，NH3逸出会造成污染。NH3在纯氧中燃烧的化学方程式为:
4NH3+3O2 2N2+6H2O（O2置换N2）。
答案：见解析

2.【例题】实验室用氨气还原氧化铜的方法测定铜的近似相对原子质量,反应的化学方程式为：
2NH3+3CuO N2+3Cu+3H2O
试回答:

（1）如果选用测定反应物CuO和生成物H2O的质量［m（CuO）、m(H2O)］时，请用下列仪器设计一个简单的实验方案：
①仪器连接的顺序（用字母编号表示，仪器可重复使用）      ;d中浓硫酸的作用是          ，       ;实验完毕时观察到a中的现象是           。
②列出计算Cu的相对原子质量的表达式            .
③下列情况将使测定结果偏大的是       。(以下选择填空不限1个正确答案,均用字母编号填写)
A．CuO未全部还原为Cu    B．CuO受潮   C．CuO中混有Cu
（2）如果仍采用上述仪器装置，其他方案可选用测定的物理量有      .
A．m（Cu)和m（CuO)     B．m（N2)和m（H2O）
 C．m(Cu）和m（H2O)     D．m（NH3）和m(H2O）
【剖析】(1）① 仪器连接顺序由实验目的决定。该实验主要是要测定NH3与CuO反应生成的水的质量（CuO的质量在实验前即可称出），故应先制备干燥的NH3（用碱石灰干燥,不用浓H2SO4,因为浓H2SO4会与NH3反应），然后让NH3与CuO反应,再测定生成水的质量（用碱石灰吸收反应后生成的水蒸汽，不能用浓H2SO4吸收，因NH3不一定反应完)。另外为了吸收多余的NH3，同时也为了防止空气中的水蒸汽造成实验误差，最后应接d装置。故仪器的连接顺序为bcacd.d中浓H2SO4的作用是吸收未反应的NH3，防止空气中水蒸汽进入装置。实验完毕后观察到a中的现象是固体由黑色转变为红色.
②根据化学方程式可计算出Cu的相对原子质量的表达式为[18m(CuO）/m（H2O)］-16。
③根据Cu的相对原子质量的表达式可知，要使测定结果偏大，则m(CuO)要偏大,m（H2O） 要偏小。由给出的选项看，A、C生成的水少，测定结果偏大；B生成的水多,测定结果偏小。故本小题答案为A、C.
（2)如果仍采用上述仪器装置，由于气体的质量难以测量，也难于收集，所以B、D不可选用，且由B、D给出的量无法计算出Cu的相对原子质量。可供选用测定的物理量还有Cu的质量，结合CuO的质量或H2O的质量都能计算出Cu的相对原子质量.故本小题答案为A、C。
答案：见解析