關(guān)于氨氣的常見實(shí)驗(yàn)題型的剖析.doc

關(guān)于氨氣的常見實(shí)驗(yàn)題型的剖析NH3是中學(xué)化學(xué)最重要的化合物之一，不僅僅是因?yàn)镹H3是實(shí)驗(yàn)室常制備的氣體，更重要的是圍繞NH3可以設(shè)計(jì)出許多很好的實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)不僅可以考查學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，還可以考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。所以說，在實(shí)驗(yàn)題設(shè)計(jì)的時(shí)候，NH3實(shí)屬很好的選擇對象。下面筆者將高考中曾經(jīng)出現(xiàn)過的有關(guān)NH3的實(shí)驗(yàn)題進(jìn)行詳細(xì)地剖析，通過分析和比較，以期對學(xué)生在理解NH3的實(shí)驗(yàn)題及其實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新題時(shí)有所啟發(fā)。一、實(shí)驗(yàn)題型1氨氣的制備1.【例題】 I. 合成氨工業(yè)對化學(xué)和國防工業(yè)具有重要意義。寫出氨的兩種重要用途 。II. 實(shí)驗(yàn)室制備氨氣，下列方法中適宜選用的是 。 固態(tài)氯化銨加熱分解 固體氫氧化鈉中滴加濃氨水 氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液共熱 固態(tài)氯化銨與氫氧化鈣混合加熱III. 為了在實(shí)驗(yàn)室利用工業(yè)原料制備少量氨氣，有人設(shè)計(jì)了如下裝置（圖中夾持裝置均已略去）。實(shí)驗(yàn)操作 檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性后，關(guān)閉彈簧夾a、b、c、d、e。在A中加入鋅粒，向長頸漏斗注入一定量稀硫酸。打開彈簧夾c、d、e，則A中有氫氣發(fā)生。在F出口處收集氫氣并檢驗(yàn)其純度。 關(guān)閉彈簧夾c，取下截去底部的細(xì)口瓶C，打開彈簧夾a，將氫氣經(jīng)導(dǎo)管B驗(yàn)純后點(diǎn)燃，然后立即罩上無底細(xì)口瓶C，塞緊瓶塞，如圖所示。氫氣繼續(xù)在瓶內(nèi)燃燒，幾分鐘后火焰熄滅。 用酒精燈加熱反應(yīng)管E，繼續(xù)通氫氣，待無底細(xì)口瓶C內(nèi)水位下降到液面保持不變時(shí)，打開彈簧夾b，無底細(xì)口瓶C內(nèi)氣體經(jīng)D進(jìn)入反應(yīng)管E，片刻后F中的溶液變紅?；卮鹣铝袉栴}：（1）檢驗(yàn)氫氣純度的目的是 。（2）C瓶內(nèi)水位下降到液面保持不變時(shí)，A裝置內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象是 ，防止了實(shí)驗(yàn)裝置中壓強(qiáng)過大。此時(shí)再打開彈簧夾b的原因是 ，C瓶內(nèi)氣體的成份是 。（3）在步驟中，先加熱鐵觸媒的原因是 。反應(yīng)管E中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。【剖析】I. 氨的用途比較廣泛，如制化肥、硝酸、銨鹽、純堿以及在有機(jī)合成工業(yè)中制合成纖維、塑料、染料、尿素等。其中制化肥、硝酸是較重要的兩種用途。II. 實(shí)驗(yàn)室制備氨氣可選用。對于，向固體NaOH中滴加濃氨水，NaOH溶于水會(huì)放出大量的熱，使?jié)獍彼纸獬霭睔?。III.結(jié)合所給裝置，操作的目的在于排除B、C裝置外的其余裝置內(nèi)的空氣。可通過檢驗(yàn)H2純度的方法來證明空氣是否被排凈，以保證實(shí)驗(yàn)的安全。操作的目的在于讓無底細(xì)口瓶C內(nèi)空氣中的O2與H2反應(yīng)掉，從而提供N2。 對于操作，先加熱反應(yīng)管E中鐵觸媒的原因是鐵觸媒在較高溫度時(shí)活性增大，以便加快氨合成的反應(yīng)速率。當(dāng)C瓶內(nèi)水位下降到液面保持不變時(shí)，A裝置可看到的現(xiàn)象是鋅粒與稀硫酸脫離，不再產(chǎn)生氫氣，防止了實(shí)驗(yàn)裝置中壓強(qiáng)過大。此時(shí)打開彈簧夾b，鋅粒與稀硫酸接觸，產(chǎn)生氫氣。這樣一方面能使無底細(xì)口瓶C內(nèi)的N2、H2經(jīng)D干燥后進(jìn)入反應(yīng)管E內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，另一方面盡量增大氫氣的濃度以提高氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率。 答案：I. 制化肥、制硝酸 II. III. （1） 排除空氣，保證安全 （2）鋅粒與酸脫離 盡量增大氫氣的濃度以提高氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率 N2 、H2 （3）鐵觸媒在較高溫度時(shí)活性增大，加快合成氨的反應(yīng)速率 N2 + 3H2 2NH3。2.【延伸例題】氨氣的制備是很簡單也是很重要的實(shí)驗(yàn)，按照實(shí)驗(yàn)室制備氨氣的裝置和原理，和實(shí)驗(yàn)室制備氨氣的裝置和原理相似，有以下常見的氨氣的制備方法。例如：下面是實(shí)驗(yàn)室制取氨氣的裝置和選用的試劑，其中錯(cuò)誤的是（ ）. A B C D 【剖析】NH4CI固體受熱分解生成NH3和HCI，而當(dāng)溫度降低時(shí)，NH3和HCI又重新化合成固體NH4CI，氣體進(jìn)入干燥管的機(jī)會(huì)不多，A項(xiàng)錯(cuò)誤；向CaO中滴加濃氨水，CaO遇水生成Ca(OH)2，同時(shí)放出大量熱量，使?jié)獍彼纸獬霭睔?，B項(xiàng)正確；固體加熱制氣體時(shí)，試管口應(yīng)略向下傾斜，使產(chǎn)生的水能夠流出，以免損壞試管，C項(xiàng)錯(cuò)誤；對于D項(xiàng)，濃氨水加熱制取NH3的方法和試劑都是正確的。本題答案為A、C項(xiàng)。二、實(shí)驗(yàn)題型2氨氣的水溶性和堿性1.【例題】 制取氨氣并完成噴泉實(shí)驗(yàn)（圖中夾持裝置均已略去）。圖1 圖2（1）寫出實(shí)驗(yàn)室制取氨氣的化學(xué)方程式 。（2）收集氨氣應(yīng)使用 法，要得到干燥的氨氣可選用 做干燥劑。（3）用圖1裝置進(jìn)行噴泉實(shí)驗(yàn)，上部燒瓶已裝滿干燥氨氣，引發(fā)水上噴的操作是 。該實(shí)驗(yàn)的原理是 。（4）如果只提供如圖2的裝置，請說明引發(fā)噴泉的方法。 。【剖析】噴泉實(shí)驗(yàn)是一類很具有創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)，開放程度高，考查面較為廣泛，氨氣的噴泉實(shí)驗(yàn)是其中最重要的實(shí)驗(yàn)之一，而設(shè)計(jì)氨氣的噴泉實(shí)驗(yàn)是建立在氨氣的水溶性和堿性的基礎(chǔ)之上的。（1）實(shí)驗(yàn)室常用NH4CI與Ca(OH)2混合加熱來制NH3。（2）由于NH3易溶于水，又密度比空氣小，只能用瓶口向下排空氣法收集；干燥NH3可選用堿石灰。（3）用擠入法，利用NH3極易溶于水的性質(zhì)，使較多量NH3溶于少量水中，氣體量急劇減少，體積不變，燒瓶內(nèi)壓強(qiáng)必減小。故打開止水夾后，燒杯中水面上的大氣壓強(qiáng)將水壓入燒瓶，形成噴泉。（4）要形成噴泉，必須解決兩個(gè)問題，一是NH3必須與水接觸，二是造成足夠的壓強(qiáng)差。本題利用氣體熱脹冷縮原理，打開止水夾，用手（或熱毛巾等）捂住燒瓶，NH3受熱膨脹，趕出玻璃導(dǎo)管中的空氣和水，NH3與水接觸溶解，即發(fā)生噴泉。答案：（1） 2NH4CI+Ca(OH)2 2NH3+CaCI2+2H2O（2）向下排空氣 堿石灰（3） 打開止水夾，擠出膠頭滴管中的水 NH3極易溶解于水，致使燒瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)迅速減?。?） 打開夾子，用手（或熱毛巾等）將燒瓶捂熱，NH3受熱膨脹，趕出玻璃導(dǎo)管內(nèi)的空氣和水，NH3與水接觸，即發(fā)生噴泉。2.【延伸例題】氨氣的水溶性和堿性不僅僅只是可以設(shè)計(jì)成噴泉實(shí)驗(yàn)，還可以設(shè)計(jì)成氣球?qū)嶒?yàn)。例如：某學(xué)生課外活動(dòng)小組利用右下圖所示裝置分別做如下實(shí)驗(yàn)：（1）在試管中注入某紅色溶液，加熱試管，溶液顏色逐漸變淺，冷卻后恢復(fù)紅色，則原溶液可能是 溶液；加熱時(shí)溶液由紅色逐漸變淺的原因是 。（2）在試管中注入某無色溶液，加熱試管，溶液變?yōu)榧t色，冷卻后恢復(fù)無色，則此溶液可能是 溶液；加熱時(shí)溶液由無色變?yōu)榧t色的原因是 ?！酒饰觥勘緦?shí)驗(yàn)裝置為一封閉的體系，原溶液受熱顏色發(fā)生變化，是由于其中某種物質(zhì)以氣態(tài)揮發(fā)所引起，冷卻后，揮發(fā)出的氣體又溶解在溶液中，得到原來的溶液。能使溶液在紅色和無色之間變化的物質(zhì)在中學(xué)階段最常見的是酚酞和品紅，從而不難分析出導(dǎo)致品紅溶液顏色變化的是堿性氣體NH3，導(dǎo)致酚酞溶液顏色變化的是SO2。答案：（1）稀氨水和酚酞 稀氨水中的NH3逸出，所以溶液的顏色變淺 （2）溶有SO2的品紅 SO2氣體逸出，品紅溶液恢復(fù)紅色三、實(shí)驗(yàn)題型3氨氣的還原性實(shí)驗(yàn)1.【例題】 資料顯示：“氨氣可在純氧中安靜燃燒”。某?；瘜W(xué)小組學(xué)生設(shè)計(jì)如下裝置（圖中鐵夾等夾持裝置已略去）進(jìn)行氨氣與氧氣在不同條件下反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。（1）用裝置A制取純凈、干燥的氨氣，大試管內(nèi)碳酸鹽的化學(xué)式是 ，堿石灰的作用是 。 （2）將產(chǎn)生的氨氣與過量的氧氣通到裝置B（催化劑為鉑石棉）中，用酒精噴燈加熱： 氨催化氧化的化學(xué)方程式是 ；試管內(nèi)氣體變?yōu)榧t棕色，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。 停止反應(yīng)后，立即關(guān)閉B中兩個(gè)活塞。一段時(shí)間后，將試管浸入冰水中，試管內(nèi)氣體顏色變淺，請結(jié)合化學(xué)方程式說明原因 。 （3）將過量的氧氣與A產(chǎn)生的氨氣分別從a、b兩管進(jìn)氣口通入到裝置C中，并在b管上端點(diǎn)燃氨氣： 兩氣體通入的先后順序是 ，其理由是 。 氨氣燃燒的化學(xué)方程式是 ?！酒饰觥浚?）碳酸鹽加熱分解能產(chǎn)生NH3，只有(NH4)2CO3或NH4HCO3，其分解產(chǎn)生的混合氣體通過堿石灰后，CO2和H2O被吸收，可得到純凈的NH3。 （2）NH3與過量O2在催化劑、加熱條件下發(fā)生反應(yīng)：4NH3+5O2 4NO+6H2O，通過無水CaCI2后，未反應(yīng)完的NH3和生成的H2O被吸收，生成的NO在試管內(nèi)被過量的O2氧化為紅棕色的NO2氣體，方程式為：2NO+O2 =2NO2。 將試管浸入冰水中，由于2NO2(g) N2O4(g)；H0，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，當(dāng)溫度降低時(shí)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，部分紅棕色的NO2轉(zhuǎn)化為無色N2O4，故顏色變淺。（3）由于裝置C上端開口，要點(diǎn)燃NH3，須先通入O2，后通入NH3，因?yàn)槿粝韧ㄈ隢H3，NH3在空氣中不能點(diǎn)燃，NH3逸出會(huì)造成污染。NH3在純氧中燃燒的化學(xué)方程式為：4NH3+3O2 2N2+6H2O（O2置換N2）。答案：見解析2.【例題】實(shí)驗(yàn)室用氨氣還原氧化銅的方法測定銅的近似相對原子質(zhì)量,反應(yīng)的化學(xué)方程式為:2NH3+3CuO N2+3Cu+3H2O試回答: （1）如果選用測定反應(yīng)物CuO和生成物H2O的質(zhì)量m(CuO)、m(H2O)時(shí)，請用下列儀器設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)方案：儀器連接的順序(用字母編號表示,儀器可重復(fù)使用) ；d中濃硫酸的作用是 ， ；實(shí)驗(yàn)完畢時(shí)觀察到a中的現(xiàn)象是 。列出計(jì)算Cu的相對原子質(zhì)量的表達(dá)式 。下列情況將使測定結(jié)果偏大的是 。(以下選擇填空不限1個(gè)正確答案,均用字母編號填寫)ACuO未全部還原為Cu BCuO受潮 CCuO中混有Cu（2）如果仍采用上述儀器裝置,其他方案可選用測定的物理量有 。Am(Cu)和m(CuO) Bm(N2)和m(H2O) Cm(Cu)和m(H2O) Dm(NH3)和m(H2O)【剖析】（1） 儀器連接順序由實(shí)驗(yàn)?zāi)康臎Q定。該實(shí)驗(yàn)主要是要測定NH3與CuO反應(yīng)生成的水的質(zhì)量（CuO的質(zhì)量在實(shí)驗(yàn)前即可稱出），故應(yīng)先制備干燥的NH3（用堿石灰干燥，不用濃H2SO4，因?yàn)闈釮2SO4會(huì)與NH3反應(yīng)），然后讓NH3與CuO反應(yīng)，再測定生成水的質(zhì)量（用堿石灰吸收反應(yīng)后生成的水蒸汽，不能用濃H2SO4吸收，因NH3不一定反應(yīng)完）。另外為了吸收多余的NH3，同時(shí)也為了防止空氣中的水蒸汽造成實(shí)驗(yàn)誤差，最后應(yīng)接d裝置。故儀器的連接順序?yàn)閎cacd。d中濃H2SO4的作用是吸收未反應(yīng)的NH3，防止空氣中水蒸汽進(jìn)入裝置。實(shí)驗(yàn)完畢后觀察到a中的現(xiàn)象是固體由黑色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色。 根據(jù)化學(xué)方程式可計(jì)算出Cu的相對原子質(zhì)量的表達(dá)式為18m(CuO)/m(H2O)-16。根據(jù)Cu的相對原子質(zhì)量的