5.2 氮及其化合物（第2课时 氨和铵盐 ）（解析版）

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第五章 第二节 氮及其化合物
第2课时 氨和铵盐
【学习目标】
1．通过观察与实验了解氨气的物理性质；认识氨气、铵盐的化学性质，学会氨气的实验室制取、收集、检验的方法。
2．知道铵根离子的检验方法。
【素养目标】
1．通过对氨的实验室制法的学习，掌握制备气体的流程，培养学生“证据推理和模型认知”的学科素养。
2．通过氮肥能提高粮食产量解决饥饿问题，让学生感悟化学和技术对社会发展的巨大贡献。培养学生“科学精神和社会责任”的学科素养。
必备知识与关键能力
知识点一：氨的结构与性质
1．氨的分子结构和物理性质
电子式 结构式 密度 气味 水溶性
比空气小 刺激性气味 极易溶于水(1∶700)
2．氨的化学性质
(1)与水反应
反应原理为NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－。氨气溶于水得氨水，氨水中含有的粒子有：NH3·H2O、H2O、NH3、NH、OH－、H＋。NH3·H2O为可溶性一元弱碱，不稳定，易分解，化学方程式为NH3·H2ONH3↑＋H2O。
(2)氨气与酸的反应
蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为有白烟生成，将浓盐酸改为浓硝酸，也会出现相同的现象。化学方程式为HCl＋NH3===NH4Cl、NH3＋HNO3===NH4NO3。
(3)与盐溶液的反应
过量氨水与AlCl3溶液反应的离子方程式：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。
(4)氨气的还原性
①催化氧化：4NH3＋5O24NO＋6H2O。
②被CuO氧化：2NH3＋3CuO3Cu＋N2＋3H2O。
③被氯气氧化：2NH3＋3Cl2===N2＋6HCl或8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl。
【点拨】①NH3是中学化学中唯一的碱性气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，可在推断题中作为解题突破口。
②氨水呈碱性，NH3·H2O属于一元弱碱，计算氨水的浓度时，溶质按NH3进行计算。
(5)氨的用途
①液氨汽化时吸收大量的热，故用作制冷剂。
②制氮肥、硝酸、铵盐、纯碱等。
3．氨的实验室制法
(1)加热固态铵盐和碱的混合物
【注意】①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干燥。
②收集方法：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。
③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：
(2)实验室制取氨的其他方法
方法 化学方程式(或原理) 气体发生装置
加热浓氨水 NH3·H2ONH3↑＋H2O
浓氨水＋固体NaOH NaOH溶于水放热，促使氨水分解。且OH－浓度的增大有利于NH3的生成
浓氨水＋固体CaO CaO与水反应，使溶剂(水)减少；反应放热，促使氨水分解。化学方程式为NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2
典例1． 有关氨气的实验较多，下面对这些实验原理的分析中，正确的是( )
A．氨气极易溶于水，可以用来做喷泉实验
B．氨气的还原性可以解释氨气与氯化氢的反应实验
C．NH3·H2O不稳定，实验室可用NH4Cl和石灰水制取氨气
D．NH3液化时放出大量的热，因而，不能用氨作制冷剂
【答案】A
【解析】NH3与HCl反应为非氧化还原反应，B项错误；因NH3易溶于水，实验室制NH3用NH4Cl固体和熟石灰加热，C项错误；液氨汽化时，吸收大量热，可用液氨作制冷剂，D项错误。
典例2．实验室制取NH3时，下列装置能达到相应实验目的的是(　　)
【答案】B
【解析】实验室用加热NH4Cl和Ca(OH)2固体混合物的方法制取少量氨气，制取装置中试管口应该略向下倾斜，防止水倒流引起试管炸裂，故A错误；碱性气体选用碱性干燥剂，故可用碱石灰干燥氨气，故B正确；氨气的密度比空气小，应该用向下排空气法，故C错误；氨气极易溶于水，装置图中导管直接插入水中，会引起倒吸，故D错误。
知识点二：喷泉实验
1．喷泉实验的原理
因为烧瓶内气体易溶于水或易与水反应，使瓶内压强减小，形成压强差，大气压将烧杯中的水压入烧瓶而形成喷泉。
2．常见的能形成喷泉实验的气体和吸收剂如表：
气体 HCl NH3 CO2、SO2、Cl2、H2S NO2＋O2
吸收剂 水或NaOH溶液 水或盐酸 浓NaOH溶液 水
3．常见装置
【点拨】装置B中最好采用顶部有孔的烧瓶。装置C引发喷泉的方法是打开止水夹，用热毛巾或双手捂热烧瓶，松开后片刻即形成喷泉现象。
典例3．如图所示是NH3的两个性质实验，下列有关说法中正确的是(　　)
A．两个实验均表现了NH3易溶于水
B．两个实验均表现了NH3易挥发
C．两个实验均表现了NH3是碱性气体
D．两个实验均表现了NH3是还原性气体
【答案】C
【解析】实验一是氨的喷泉实验，证明氨极易溶于水，形成一水合氨弱碱溶液，酚酞溶液变红色，证明氨是碱性气体。实验二中浓氨水挥发出的氨分子和浓盐酸挥发出的氯化氢分子结合生成氯化铵固体小颗粒，证明浓氨水易挥发，氨遇到氯化氢发生反应生成氯化铵，证明氨是碱性气体。
典例4．如图是课外活动小组的同学设计的4个喷泉实验方案。下列有关操作不可能引发喷泉现象的是(　　)
A．挤压装置①的胶头滴管使CCl4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的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹
【答案】B
【解析】H2难溶于NaOH溶液，不能形成较大压强差，不能引发“喷泉”现象。
知识点三：铵盐及NH的检验
1．铵盐的物理性质
铵盐大多数是白色固体，绝大多数易溶于水。
2．铵盐的化学性质
3．NH的检验步骤
未知液呈碱性使湿润的红色石蕊试纸变蓝色，则证明含NH。
典例5．下列关于铵盐的叙述中正确的是(　　)
①所有铵盐中，氮元素化合价都是－3价 ②所有铵盐都溶于水
③铵态氮肥不宜与草木灰混合使用 ④铵盐都是离子化合物
⑤铵盐都能与碱反应，不能与酸反应
A．①③④ B．②③④
C．①②③④ D．①②③④⑤
【答案】B
【解析】①中，NH4NO3中的NO，氮元素是＋5价；对于⑤，NH4HCO3也能与酸反应。
典例6．为检验一种氮肥的成分，某学习小组的同学进行了以下实验：
①加热氮肥样品生成两种气体，其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，另一种气体能使澄清石灰水变浑浊。
②取少量该氮肥样品溶于水，并加入少量BaCl2溶液，没有明显变化。
由此可知该氮肥的主要成分是(　　)
A．NH4HCO3 B．NH4Cl C．(NH4)2CO3 D．NH4NO3
【答案】A
【解析】其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，说明含铵根离子，另一种气体能使澄清石灰水变浑浊，说明含碳酸根离子或碳酸氢根离子。又取少量该氮肥样品溶于水，并加入少量BaCl2溶液，没有明显变化，说明不含碳酸根离子。故选A。
核心价值与学科素养
典例7．氯气是一种重要的工业原料，工业上利用反应3Cl2+2NH3===N2+6HCl检查氯气管道是否漏气。
下列说法错误的是(　　)
A．若管道漏气遇氨就会产生白烟
B．该反应利用了Cl2的强氧化性
C．该反应属于复分解反应
D．该反应生成1 mol N2时有6 mol电子发生转移
【答案】C
【解析】根据反应3Cl2+2NH3===N2+6HCl(置换反应)可知，生成的HCl还会与过量的NH3反应生成NH4Cl固体颗粒，即产生白烟。
典例8．工业上常采用生物硝化法将NH转化为NO来处理氨氮废水，工作流程如图，下列说法错误的是(　　)
A．生物硝化法处理废水，会导致水体pH逐渐下降：NH＋2O2===NO＋2H＋＋H2O
B．长期过量使用NH4Cl等铵态化肥，易导致土壤酸化，水体富营养化
C．检验NH所需的试剂是浓NaOH溶液、湿润的蓝色石蕊试纸
D．微生物保持活性的pH范围为7～9，可以加入石灰石来调节水体的pH
【答案】C
【解析】NH4Cl水解呈酸性，长期过量使用会导致土壤酸化，也会导致水体富营养化，B项正确；检验NH应使用红色石蕊试纸，C项错误；生物硝化法处理废水会使水体呈酸性，可以加入石灰石与H＋反应来调节水体的pH，D项正确。
【跟踪练习】 基础过关
1． 下列关于氨水的叙述正确的是( )
A．氨水显碱性，是因为氨水是一种弱碱
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·H2O(除水外)
D．氨水中共有五种粒子
【答案】C
【解析】NH3·H2O是一种弱碱，而氨水是混合物，A项错；氨水中存在H2O、NH3、NH3·H2O、、OH 、H+，故B、D项错。
2． 相同状况下,在体积相同的三个烧瓶中分别盛NH3、HCl和NO2气体,并分别倒立在水槽里,充分溶解后烧瓶内三种溶液物质的量浓度之比为(设烧瓶内液体未扩散到水槽里) (　　)
A．1∶1∶1　 B．2∶2∶3
C．3∶3∶2　 D．2∶2∶1
【答案】A
【解析】设标准状况下三个烧瓶的体积均为V L,NH3:V(溶液)=V L，n(NH3)=，故c(NH3)= mol·L-1； HCl：同NH3，c(HCl)= mol·L-1,NO2：V(溶液)=V L，n(HNO3)=× mol，故c(HNO3)= mol·L-1，故选A。
3． 实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置，其中正确的是(　　)
A．①是氨气发生装置 B．③是氨气发生装置
C．②是氨气吸收装置 D．④是氨气收集、检验装置
【答案】B
【解析】①装置NH4Cl加热分解生成HCl和NH3，在试管口处NH3和HCl反应生成NH4Cl，收集不到NH3，A不正确；③装置用浓氨水和CaO或NaOH固体反应，可制得NH3，B正确；②装置，防倒吸装置中漏斗口与液面应接触，但插入液面之下不能防止倒吸，C不正确；收集NH3采用向下排空气法，为防止空气对流应在试管口塞一团棉花，D不正确。
4． 如图所示，利用培养皿探究NH3 的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水，立即将另一表面皿扣在上面。下表中对实验现象所做的解释正确的是(　　)
选项 实验现象 解释
A 浓盐酸附近产生白烟 NH3与HCl反应生成NH4Cl固体
B 浓硫酸附近无现象 NH3与浓硫酸不反应
C 氯化物溶液变浑浊 该溶液一定是AlCl3溶液
D 干燥红色石蕊试纸不变色,湿润红色石蕊试纸变蓝 NH3是可溶性碱
【答案】A
【解析】浓氨水具有挥发性，向NaOH固体上滴加浓氨水，由于NaOH与H2O作用放热从而使NH3挥发。NH3能与HCl发生化合反应生成NH4Cl白色固体，NH3也能与H2SO4发生化合反应,生成(NH4)2SO4，A项正确，B项错误；NH3与氯化物溶液反应生成沉淀,该氯化物可以是AlCl3或MgCl2等，C项错误；NH3溶于水生成NH3·H2O,NH3·H2O是可溶性碱，NH3是氢化物，D项错误。
5． 一种盐X与烧碱混合共热,可放出无色气体Y，Y经一系列氧化后再溶于水可得Z溶液，Y和Z 反应又生成X，则X是(　　)
A．(NH4)2SO4　　　　 B．NH4NO3
C．NH4Cl　　 D．NH4HCO3
【答案】B
【解析】铵盐与烧碱共热产生NH3,Y为NH3,NH3NONO2 HNO3NH4NO3,Z为HNO3,X为NH4NO3。
能力达成
已知A、B、C、D、E、F是含有同一种元素的化合物，其中F是能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体，它们之间能发生如下反应：
①A+H2OB+C　 ②C + FD ③D+NaOHF+E+H2O
(1)写出它们的化学式：C____________，D____________，E____________。
(2)写出下列反应的离子方程式：
① ；③ 。
(3)工业生产C的过程中有如下一步反应，即F经催化氧化生成B和H2O。写出该步反应的化学方程式：___________________________________________。
【答案】 (1)HNO3　NH4NO3　NaNO3
(2)①3NO2+H2O2H++2NO3-+NO ③NH4++OH-NH3↑+H2O
(3)4NH3+5O24NO+6H2O
【解析】 根据题意“F是能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体”可知F是NH3,再结合反应关系可知C为HNO3，D为NH4NO3，E为NaNO3，A为NO2，B为NO。
某课外活动小组在实验室用下图所示装置快速制取氨并验证氨的某些性质，同时收集少量纯净的氮气。
(1)写出用生石灰和浓氨水反应制氨的化学方程式 ，解释放出NH3的原因____________________。
(2)实验进行一段时间，观察到硬质玻璃管内黑色氧化铜粉末变为红色，盛无水硫酸铜的干燥管内出现蓝色，并且在最后的出气导管口处收集到纯净、干燥的氮气。根据这些现象，写出在硬质玻璃管内发生反应的化学方程式 ，这个反应说明氨具_____。
A．碱性 B．还原性 C．氧化性 D．不稳定性
(3)洗气瓶中浓硫酸的主要作用是_______________________________________。
(4)在最后的出气导管口处收集干燥、纯净的氮气，收集方法是________。
A．排空气法　　 B．排水法　　 C．用气囊收集
(5)装置E的作用是 ，装置F的作用 。E中的碱石灰________(填“能”或“不能”)换成CaCl2。
【答案】 (1)NH3·H2O＋CaO===Ca(OH)2＋NH3↑　生石灰与水反应放出大量热，促使NH3·H2O受热分解生成NH3，又由于温度升高，NH3的溶解度减小，使NH3从水中逸出
(2)3CuO＋2NH33Cu＋3H2O＋N2　B
(3)吸收空气中的水分，排除干扰；吸收氨，防止污染空气
(4)C
(5)吸收水蒸气，干燥NH3　检验是否有水生成　不能
【解析】 (1)CaO与氨水中的水反应生成Ca(OH)2，同时放出大量的热，促使NH3·H2O受热分解生成NH3，又由于温度升高NH3的溶解度减小，从而挥发出NH3。(2)CuO变为Cu，NH3变为N2，同时生成H2O，在该反应中CuO获得电子，NH3失去电子，表现了NH3的还原性。(3)吸收空气中的水分，排除对检验生成物H2O的干扰，没有反应掉的NH3被浓硫酸吸收，防止NH3逸出而污染环境。
(4)排空气法收集到的N2中混有O2等，排水法收集到的N2中有水蒸气，用气囊收集可得干燥、纯净的N2。(5)E中盛放的是碱石灰，其作用是吸收NH3中的水蒸气。H2O能与无水硫酸铜作用出现蓝色，所以用无水硫酸铜可检验CuO和NH3反应是否有H2O生成。由于CaCl2能与NH3反应，所以不能将碱石灰换为CaCl2。
8． 氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题：
(1)氨气的制备
①氨气的发生装置可以选择上图中的_______，反应的化学方程式为___________________。
②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置→ (按气流方向，用小写字母表示)。
(2)氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
操作步骤 实验现象 解释原因
打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中 ①Y管中_______________ ②反应的化学方程式___________________
将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温 Y管中有少量水珠 生成的气态水凝聚
打开K2 ③______________________ ④______________________
【答案】 (1)①A或B 2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O或NH3·H2ONH3↑+H2O
②dcfei
(2)红棕色气体慢慢变浅 8NH3+6NO27N2+12H2O
Z中NaOH溶液产生倒吸现象 反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外压
【解析】(1)①制备氨气，可以用NH4Cl和Ca(OH)2共热产生，其反应方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O，此反应是固体与固体反应加热制备气体，装置选择A，也可以利用NH3·H2O受热分解成NH3，选择装置为B，其反应方程式为NH3·H2ONH3↑+H2O；②实验目的是收集干燥的氨气，干燥氨气一般用碱石灰，因为氨气极易溶于水，密度小于空气，因此采用向下排空气法收集，又因为氨气有毒，必须注意尾气处理，因此顺序是dcfei。(2)NH3具有还原性，能与NO2发生氧化还原反应，其反应城市为8NH3+6NO27N2+12H2O，因此Y管中观察的现象是红棕色气体慢慢变浅；Y管中有少量水珠，生成的气态水凝聚，反应后气体分子数减少，造成Y管中的压强减小，Z中NaOH溶液产生倒吸。
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