高中化学必修1：3.3.2 氨的转化

高中化学必修课程PAGEPAGE1第2课时氨的转化[核心素养发展目标]1.能从物质的类别、氮元素价态的角度，预测分析氨气、铵盐的性质和转化规律，促进证据推理和模型认知化学核心素养的发展。2.设计实验，如氨气的性质实验、氨气的制备实验、铵盐的性质实验及铵离子的检验等，实现氨气的转化与生成，增强科学探究意识。一、氨的性质(氨转化为其他含氮化合物)1.氨与水和酸的反应(1)实验探究预期转化NH3→NH3·H2ONH3→NH4Cl实验设计实验现象烧杯里的水由玻璃管进入烧瓶，形成喷泉，烧瓶内液体呈红色两个试剂瓶内都产生了大量的白烟实验结论氨极易溶于水，氨与水反应生成碱性物质氨气与氯化氢反应生成氯化铵固体小颗粒(2)氨气与水反应①氨气易与水反应：NH3＋H2ONH3·H2O，其水溶液称为氨水。在氨水中：NH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－，氨水具有弱碱性，能使石蕊溶液变蓝。②氨水中的氮元素主要以NH3·H2O的形式存在，只有少量的NH3·H2O电离为NHeq\o\al(＋,4)和OH－，但在求氨水的物质的量浓度、质量分数时应将NH3视为溶质。③NH3·H2O不稳定，受热易分解：NH3·H2Oeq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋H2O，因此，氨水应密封保存在阴凉处。(3)氨气与酸反应①氨气与浓盐酸反应的化学方程式：NH3＋HCl=NH4Cl。过量的氨气与硫酸反应生成硫酸铵，少量的氨气与硫酸反应生成硫酸氢铵。②氨与挥发性酸(如盐酸、硝酸)反应产生白烟(不是白雾)；与难挥发性酸(如硫酸、磷酸)反应不产生白烟。利用这一性质可以检验氨气。2.从氮元素的化合价分析氨的性质(1)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。(2)请写出氨气与氧气在催化剂作用下生成NO的化学方程式：4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))4NO＋6H2O。(3)氨气可被氧化铜氧化为氮气，反应的化学方程式为2NH3＋3CuOeq\o(=,\s\up7(△))N2＋3Cu＋3H2O。(1)氨气为什么能形成喷泉？HCl、SO2、NO2、CO2、H2S等酸性气体能否与氢氧化钠溶液形成喷泉？提示因为氨气极易溶于水。所给酸性气体都易溶于氢氧化钠溶液(与碱反应而溶解)，都能形成喷泉。(2)液氨与氨水在组成和性质上有何不同？提示液氨氨水物质成分纯净物混合物粒子种类NH3分子NH3、NH3·H2O、H2O、NHeq\o\al(＋,4)、OH－、H＋主要性质不导电，不具有碱性导电，具有碱的通性存在条件常温常压下不能存在在常温常压下可存在(3)工业上常用氮气与氢气合成氨，再以氨为原料制取硝酸，请写出有关反应的化学方程式。提示N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH34NH3＋5O2eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))4NO＋6H2O2NO＋O2=2NO23NO2＋H2O=2HNO3＋NO相关链接喷泉实验及装置(1)喷泉实验原理喷泉产生的本质原因是烧瓶内外形成压强差，由于烧瓶内气体的压强小于烧瓶外的压强，所以液体会被压入烧瓶内形成喷泉。产生气压差的方法有：①减小烧瓶内气压，如液体将气体吸收或与其反应等；②增大烧瓶外压强。(2)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胶头滴管中的液体，使烧瓶内的压强突然减小而产生压强差，烧杯中的液体被压入烧瓶内形成“喷泉”。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，止水夹下部导管中的空气受热排出，烧瓶内的气体与液体接触而溶解，使烧瓶内压强减小形成压强差而形成“喷泉”。③图丙装置中锥形瓶内的物质反应产生气体(或锥形瓶中液体受热挥发出气体)，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”。二、铵盐的性质与检验1.铵盐的性质(1)实验探究(铵盐转化为氨气)预期转化铵盐(NHeq\o\al(＋,4))→氨气(NH3)实验设计实验现象固体逐渐消失，试管口有白色物质出现，产生有刺激性气味的气体固体逐渐消失，产生有刺激性气味的气体，试管口有水珠生成，澄清石灰水变浑浊产生有刺激性气味的气体，湿润的红色石蕊试纸变蓝实验结论受热时，氯化铵分解生成氨气和氯化氢，遇冷时，两者又重新结合生成氯化铵碳酸氢铵受热分解，有NH3和CO2生成有氨气生成(2)铵盐及其性质①由铵根离子(NHeq\o\al(＋,4))与酸根离子形成的化合物称为铵盐。常见的铵盐一般是无色或白色晶体，均易溶于水。②铵盐不稳定，受热易分解。如：NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋HCl↑，NH4HCO3eq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋CO2↑＋H2O。③铵盐能与碱反应。如：NH4Cl＋NaOHeq\o(=,\s\up7(△))NaCl＋NH3↑＋H2O，(NH4)2SO4＋Ca(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))CaSO4＋2NH3↑＋2H2O。(3)铵盐溶液与碱溶液反应的离子方程式①铵盐溶液与烧碱溶液混合后加热：NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋H2O。②铵盐稀溶液与烧碱稀溶液混合：NHeq\o\al(＋,4)＋OH－=NH3·H2O。③铵盐浓溶液与烧碱浓溶液混合：NHeq\o\al(＋,4)＋OH－=NH3↑＋H2O。2.铵盐(NHeq\o\al(＋,4))的检验(1)原理(2)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NHeq\o\al(＋,4)。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。(1)检验溶液中含有NHeq\o\al(＋,4)时，为什么常需要加入浓碱溶液并加热？提示因为碱液浓度较小或不加热时生成NH3·H2O而不能放出氨气。(2)加热氯化铵和单质碘时，都由固体变为气体，遇冷又凝结为固体，其本质是否一样？提示本质不相同。氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢，遇冷时二者又结合生成氯化铵，为化学变化；加热时碘升华，发生的是物质状态的变化，属于物理变化。(3)根据铵盐的性质，分析应当怎样合理地储存和施用铵态氮肥？提示贮存铵态氮肥时，为了防止受热分解，应密封包装并放在阴凉通风处；施肥时应将铵态氮肥埋在土下，且不能与碱性物质(如草木灰)混用。相关链接铵盐受热分解的产物(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)2SO4eq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋NH4HSO4或(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(△))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。三、氨的实验室制法实验室制取氨的实验装置如图所示：(1)反应原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。(2)碱石灰的作用：吸收水蒸气，干燥氨气。(3)由于氨极易溶于水，不能用排水法收集，常用向下排空气法来收集。(4)验满方法①把湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色；②将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有白烟产生。(5)尾气处理可在导管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球。(1)制取氨气的发生装置与实验室制取哪种气体的相同？使用该装置需注意什么问题？提示与实验室制取氧气的发生装置相同。该套装置在使用时要特别注意加热时要使试管口略低于管底，以防止冷凝水倒流使试管炸裂。(2)在制取氨的实验装置中，使用棉花的作用是什么？提示若为干燥的棉花则起到减缓氨气与空气对流的作用；若为蘸有水或稀硫酸的棉花，则还可以吸收多余的NH3。(1)制取氨时，不能用硝酸铵代替氯化铵。因为硝酸铵在加热过程中可能发生爆炸性的反应，发生危险。(2)制取氨时，不能用氢氧化钠代替熟石灰。因为氢氧化钠具有吸湿性，易结块，不利于产生NH3，且在加热条件下易腐蚀试管。(3)氨气是碱性气体，不能用酸性干燥剂(浓硫酸等)干燥，也不能用无水CaCl2干燥，因为它们均能与氨气发生反应，常用碱石灰做干燥剂。相关链接快速制取氨气的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\up7(△))H2O＋NH3↑浓氨水＋固体NaOHNaOH溶于水放热，促使氨水分解，且OH－浓度的增大有利于NH3的放出浓氨水＋固体CaONH3·H2O＋CaO=NH3↑＋Ca(OH)2CaO的作用：①吸水后放热促进NH3的放出；②增加溶液中OH－的浓度，减小NH3的溶解度1.关于氨的下列叙述中，错误的是()A.氨易液化，液氨常用来做制冷剂B.氨气易溶解于水，可用来做喷泉实验C.实验室常用向下排空气法收集氨气D.氨气溶于水能导电，氨气是电解质[答案]D[解析]氨气易液化，液氨常用来做制冷剂；氨气密度比空气小(常用向下排空气法收集)；氨气极易溶于水(可用来做喷泉实验)；氨气溶于水，能与水反应生成电解质一水合氨，其水溶液能导电，但氨气是非电解质。2.氨水的碱性较弱，其原因是()A.它能使酚酞溶液变红色B.氨水极易挥发出氨C.氨与水结合生成的一水合氨(NH3·H2O)只有少部分电离成NHeq\o\al(＋,4)和OH－D.溶于水的氨大部分以NH3分子形式存在[答案]C[解析]NH3溶于水后，大部分结合成一水合氨的形式，只有少部分NH3·H2O电离成NHeq\o\al(＋,4)和OH－，因此溶液碱性较弱，C项正确。3.下列关于氨气、液氨、氨水的叙述正确的是()A.氨气、液氨、氨水的成分相同，均为纯净物B.蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒相互靠近，有白烟生成C.氨水的密度比水小，且浓度越大，密度越大D.氨水的溶质为NH3·H2O，是氨水中含量最多的微粒[答案]B[解析]氨水是混合物，氨水的密度随浓度的增大而减小，氨水中水的含量最多。4.下列离子方程式书写正确的是()A.氯化铵固体和熟石灰混合加热：NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋H2OB.NaOH溶液与NH4Cl溶液混合加热：NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(=,\s\up7(△))NH3·H2OC.氨水中加入盐酸：NH3·H2O＋H＋=NHeq\o\al(＋,4)＋H2OD.氨水中加入氯化铁溶液：Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓[答案]C[解析]A项，该反应属于固体间的加热反应，不能写成离子形式，错误；B项，加热条件下NH3·H2O应分解为NH3和H2O，离子方程式应为NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋H2O，错误；C项，符合反应原理及离子方程式书写要求，正确；D项，一水合氨是弱碱，不能完全电离，向氨水中滴加FeCl3溶液应生成Fe(OH)3沉淀，离子方程式应为Fe3＋＋3NH3·H2O=Fe(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)，错误。5.检验试管中盛有的少量白色固体是铵盐的方法是()A.加氢氧化钠溶液，加热，用湿润的红色石蕊试纸在试管口检验，看试纸是否变蓝B.将固体加热，产生的气体通入紫色石蕊溶液，看是否变红C.加水溶解，用pH试纸测溶液的酸碱性D.加入氢氧化钠溶液，加热，再滴入酚酞溶液[答案]A[解析]检验铵盐的方法：将某固体(或其溶液)与强碱共热，若产生刺激性气味的气体，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则原固体为铵盐(或其溶液)。6.(2018·安徽濉溪一中高一期末)下列有关铵盐的说法中正确的是()A.所有铵盐受热均可以分解，产物均有NH3B.所有铵盐都易溶于水C.向盛有硫酸铵[(NH4)2SO4]稀溶液的试管中滴加少量NaOH溶液，在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验，试纸变蓝D.铵盐都能与碱反应，不能与酸反应[答案]B[解析]铵盐分解不一定产生氨气，如NH4NO3在400℃以上分解生成N2、NO2和H2O，A项错误；所有铵盐都易溶于水，B项正确；稀(NH4)2SO4溶液中加入少量NaOH，不会逸出氨气，C项错误；弱酸的铵盐[如NH4HCO3、(NH4)2