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第五章 化工生产中的重要非金属元素
第2节 氮及其化合物
氨和铵盐
氨
氨
无色气体，有刺激性气味
密度比空气小
易液化
1.氨的物理性质
氨气
液氨
制冷剂
极易溶于水
相对分子质量小于空气
氨气易液化变为液氨，液氨汽化时会吸收大量的热，使周围温度急剧降低
毒性？
资料：NH3在浓度100ppm以下时对人体无危害，浓度为2500ppm时危机生命
能否用实验验证？
1体积水可溶解约700体积的氨气
杭州发生液氨泄露事故
杭州市一制冷车间发生氨气泄露：2004年4月20日上午10时，杭州市一制冷车间发生氨气泄露事故，……短短十几分钟，整个天空被浓浓的白雾笼罩，处处弥漫着刺鼻的气味，村民们携家带口惊慌失措向村外狂奔。“白烟”过后，有20人中毒，15人被冻僵，其中4人死亡。同时大片的庄稼、蔬菜被熏死……
假如你正处在液氨泄漏的现场，你将如何去做？
求助:
自救
互救
逃生
刺激性气味气体
液氨汽化时吸收大量热
极易溶于水
比空气密度小
易液化
氨水溶液显碱性
依据性质
处理方法
报警:110 119
闭眼
戴眼罩
防毒面具
低头弯腰
低处跑
披棉被
穿棉衣
捂湿毛巾 喷水
捂酸毛巾 喷酸
……
2.氨的化学性质
喷泉实验
了解实验操作
理解喷泉实验原理
解释溶液变红原因
实验探究5-6：喷泉实验
操作 打开止水夹，并挤压胶头滴管的胶头
现象 烧杯中的溶液由玻璃管进入烧瓶，
。
结论 。
形成红色喷泉，瓶内液体呈红色
氨极易溶于水，水溶液呈碱性
实验探究5-6---喷泉实验：
2.氨的化学性质
NH3+H2O NH3.H2O
NH3.H2O NH4++OH-
碱性
使酚酞溶液变红
使湿润的红色石蕊试纸变蓝
烧瓶中压强降低，使烧瓶内外产生较大压强差
2.氨的化学性质
【微思考】若将NH3换为NO2，能否形成喷泉？若能形成，则实验后液体能否充满烧瓶？
提示：能形成喷泉，但不能充满烧瓶。NO2易溶于水并与水发生反应：3NO2+H2O====2HNO3+NO，有NO气体产生，故用NO2与H2O做喷泉实验时，液体只能充满烧瓶容积的2/3。
物质 氨气 液氨 一水合氨 氨水
成分 NH3 NH3 NH3.H2O NH3溶于水形 成的溶液
拓展小结
知识点一　喷泉实验
【重点释疑】
1．原理和装置
（1）氨气喷泉实验
形成 原理 当气体接触外部的水或溶液时，由于气体大量溶解或与溶液中的溶质发生化学反应，从而使容器内气压迅速降低，在外界大气压作用下，外部液体迅速进入容器，通过尖嘴导管喷出，形成喷泉。
引发 操作 打开止水夹，挤压胶头滴管的胶头，或其他形成压强差引发液体向容器中流动喷射的操作。
（2）实验成功的关键——“三要”
①装置气密性——要好。
②烧瓶和气体——要干。
③烧瓶内的氨气——要满。
2．喷泉的常见类型
方法 减小内压法 增大外压法
装置
原理 减小烧瓶内气体压强，形成压强差，产生喷泉现象 增大锥形瓶内气体压强，形成压强差，产生喷泉现象
3．常见产生喷泉实验的组合
气体 NH3 HCl SO2、CO2、NO2、Cl2 NO2和O2
吸收剂 水或 盐酸 水或氢氧 化钠溶液 浓氢氧化钠溶液 水
【思考·讨论】喷泉，指由地下喷射出地面的泉水，是一种将水或其他液体经过一定压力通过喷头喷洒出来具有特定形状的组合体。某同学组装了一套喷泉实验装置（如图所示）。
（1）如何操作才能引发该喷泉实验？
提示：打开止水夹，用手（或热毛巾等）焐热烧瓶，氨气受热膨胀，使氨气通过导管与水接触，即产生喷泉。（或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶，烧瓶内氨气溶于水）
（2）某同学做课本中喷泉实验时，打开止水夹后将胶头滴管内的水挤入烧瓶内，可并未产生喷泉，试分析实验失误可能的原因是什么？
提示：①装置气密性不好；②收集的NH3纯度较低；③烧瓶不干燥等。
【案例示范】
【典例】（2019·岳阳高一检测）物质A是一种白色晶体，它与浓NaOH溶液共热，放出无色气体B，用圆底烧瓶收集干燥的气体B。按如图所示装置仪器，打开止水夹，挤压胶头滴管的胶头时，可以得到蓝色喷泉。向放出气体B的溶液中加入稀硝酸酸化，再加入硝酸银溶液，产生白色沉淀。
（1）A的化学式是____________。
（2）可用于除去B中水分的干燥剂是________。收集气体B的方法是_____________。
（3）溶液显蓝色的原因是____________（用化学用语表示）。
（4）取实验后烧瓶中的溶液加热，观察到的现象是__
___________________。
【解题指南】解答本题需注意以下三点：
（1）常见气体的溶解性及其水溶液的酸碱性。
（2）形成喷泉的原理及引发喷泉的操作。
（3）掌握氨水的碱性和不稳定性。
【解析】（1）由溶液变蓝可知溶液显碱性，B为NH3，由白色沉淀可知A中含有Cl-，所以A为NH4Cl。（2）NH3为碱性气体，只能用碱石灰或生石灰、KOH固体等不与氨气反应的干燥剂干燥。氨气的密度比空气小，应用向下排空气法收集。（3）氨水中NH3·H2O电离得到 、OH-故溶液显碱性。（4）氨水不稳定，在加热条件下NH3·H2O分解生成氨气和水，碱性逐渐减弱，溶液由蓝色又变为紫色。
答案：（1）NH4Cl（2）碱石灰（或答生石灰、KOH固体等任一种不与氨气反应的干燥剂）　向下排空气法（3）NH3·H2O +OH-
（4）有刺激性气味气体产生，溶液由蓝色又变为紫色
【母题追问】（1）如何检验生成气体B的成分？
提示：将湿润的红色石蕊试纸粘在玻璃棒的一端，靠近盛有气体B的烧瓶，若试纸变蓝，则B为氨气。
（2）若烧瓶中气体B换为HCl，将会出现什么现象？
提示：挤压胶头滴管的胶头时，可以得到红色喷泉。
【迁移·应用】1．（2019·石家庄高一检测） 如图的装置中，干燥烧瓶中盛有某种气体，烧杯和滴管内盛放某种溶液。挤压胶头滴管的胶头，下列与实验事实不相符的是（　　）
A．Cl2（饱和食盐水）　无色喷泉
B．NH3（H2O含石蕊）　蓝色喷泉
C．HCl（H2O含石蕊）　红色喷泉
D．CO2（NaOH溶液）　无色喷泉
【解析】选A。Cl2在饱和食盐水中的溶解度很小，无法形成喷泉，A不正确；NH3、HCl极易溶于水，而使烧瓶内压强减小，从而形成喷泉；CO2与NaOH溶液发生反应也会使烧瓶内压强减小形成喷泉。
2．喷泉是一种常见的现象，其产生的原因是存在压强差。
（1）图Ⅰ为化学教学中常用的喷泉实验装置。在烧瓶中充满干燥气体，胶头滴管及烧杯中分别盛有液体。下列组合中不可能形成喷泉的________。
A．SO2和H2O　　B．CO2和NaOH溶液
C．NH3和H2O D．NO和H2O
（2）比较图Ⅰ和图Ⅱ两套装置，从产生喷泉的原理来分析，图Ⅰ是________上部烧瓶内气体压强；图Ⅱ是________下部锥形瓶内气体压强（填“增大”或“减小”）。
（3）某学生积极思考喷泉原理的应用，设计了如图Ⅲ所示的装置。
①如果关闭活塞c，打开活塞a、b，再挤压胶头滴管，则可能出现的现象________。
②在①操作的基础上，打开活塞c，产生的现象是________。
【解析】（1）极易溶于水或气体与溶液易发生化学反应可形成图Ⅰ中喷泉，A、C利用气体的溶解性形成喷泉，B中发生化学反应形成喷泉，而D中NO不溶于水，不能形成喷泉；
（2）图Ⅰ和图Ⅱ两套装置，均产生压强差，形成喷泉，图Ⅰ是减小上部烧瓶内气体压强，而图Ⅱ是增大下部锥形瓶内气体压强；
（3）①如果关闭活塞c，打开活塞a、b，再挤压胶头滴管，有氨气的瓶内气压减小，HCl与氨气结合生成氯化铵，则观察到HCl气体进入盛有NH3的烧瓶，产生大量的白烟；
②在①操作的基础上，打开活塞c，瓶内气体减少，外压大于内压，形成喷泉，则现象为①②两烧瓶同时产生喷泉。
答案：（1）D （2）减小　增大
（3）①HCl气体进入盛有NH3的集气瓶，产生大量的白烟
②两烧瓶同时产生喷泉
【补偿训练】1．“氨的喷泉实验”体现了氨的哪些性质（　　）
①还原性　②极易溶于水　③有碱性物质生成　
④氧化性　⑤氨易液化
A．①③⑤　　B．②③　　C．②③④　　D．①②④
【解析】选B。“氨的喷泉实验”产生的原因即氨气极易溶于水，酚酞溶液变红（或石蕊溶液变蓝）说明溶液显碱性；元素的化合价未变，故不体现还原性和氧化性；氨没有发生凝聚状态的变化，不体现其易液化的性质，故选B。
2．已知NH3和HCl都能用来做喷泉实验。若在同温同压下用两个相同容积的烧瓶各收集满NH3和HCl气体，用如图所示
装置进行喷泉实验，则实验停止后，下列对两个烧瓶
内溶液的分析正确的是（不考虑溶质的扩散）（　　）
A．溶质的物质的量浓度相同，溶质的质量分数不同
B．溶质的质量分数相同，溶质的物质的量浓度不同
C．溶质的物质的量浓度和溶质的质量分数都不同
D．溶质的物质的量浓度和溶质的质量分数都相同
【解析】选A。同温同压下，体积相同的NH3和HCl的物质的量相等，质量不等，最终液体将充满烧瓶，即溶液的体积相等，故烧瓶内溶液中溶质的物质的量浓度相同，溶质的质量分数不同。
2.氨的化学性质
NH3+HCl=NH4Cl （白烟）
NH3+HNO3=NH4NO3 （白烟）
2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4
2.氨的化学性质
与挥发性的酸反应有白烟
【情境·思考】管道工人用浓氨水检验氯气管道是否漏气，如果管道某处漏气，会产生白烟，原理是什么？（已知2NH3+3Cl2====N2+6HCl）氨气遇浓硫酸也会产生白烟吗？
提示：若氯气管道漏气，发生反应：2NH3+3Cl2====N2+6HCl、NH3+HCl====NH4Cl，产生的白烟是固体NH4Cl；不挥发性酸，如H2SO4、H3PO4不能形成蒸气，遇氨气不会产生白烟。
氨的催化氧化
4NH3+5O2 4NO+6H2O
工业制硝酸的基础
氨表现还原性
2.氨的化学性质
NH3
N2
NO
NO2
HNO3
NO3-
NH3.H2O
NH4+
+5
+4
0
-3
氮元素化合价
物质的
类别
氢化物
单质
氧化物
酸
盐
+2
碱
思考与交流
N2
NH3
NO
NO2
HNO3
O2
O2
H2O
请用化学反应方程式表示上述变化
NH3
硝酸
铵盐
纯碱
有机合成工业原料
用稀氨水治疗
蚊虫叮咬
消除二氧化氮
的污染
吸收硫酸生产中的二氧化硫
制冷剂
氨的用途
小结
氨的性质
制氨水
制氮肥
极易溶于水
易液化
碱性
还原性
制硝酸
制冷剂
氨的
用途
铵盐易溶于水，受热易分解，与碱可以反应
铵盐的性质
由上述资料我们可以获取哪些信息？
1.铵盐的形成：NH3 + H+ ==== NH4+
2.物理性质：铵盐都是晶体，绝大多数铵盐都易溶于水。
大部分铵盐易溶于水，只有少量如NH3MgPO4等难溶，高中阶段可认为所有的铵盐都易溶于水
3.化学性质
（1）受热易分解
稳定、挥发性酸的铵盐
不稳定性酸的铵盐
NH4Cl HCl↑+ NH3↑
——
——
△
NH4HCO3 H2O ↑ + CO2↑+ NH3↑
——
——
△
加热试管中的氯化铵晶体，没有熔化就直接变成气体，气体在试管上方又变成氯化铵晶体，这个变化是升华过程吗？
【提示】不是。加热氯化铵晶体直接变成气体，是由于氯化铵受热分解成氨气和氯化氢气体；气体在试管上方又变成氯化铵晶体，是由于氨气和氯化氢气体又反应生成了氯化铵晶体。
【想一想】
是不是所有的铵盐受热都会放出NH3 ？
在110°C时：硝酸铵在110℃时分解反应为非氧化还原反应
NH4NO3 = NH3 ↑ +HNO3
在185～200°C时：硝酸铵分解反应的氧化产物与还原产物物质的量之比为1:1 NH4NO3 = N2O ↑ +2H2O ↑
若加热到300℃左右时，氧化产物与还原产物物质的量之比为5:3
若突然加热到高温(400°C以上)，或受猛烈撞击会发生爆炸性分解：2NH4NO3 = 2N2 ↑ +O2 ↑ +4H2O ↑
进而发生4NH4NO3 = 3N2 ↑ +2NO2 ↑ +8H2O ↑
5NH4NO3 === 2HNO3 + 4N2 + 9H2O
300℃
（2）与碱反应
实质：
应用：鉴别NH4+
鉴别方法：
NH4Cl+NaOH NaCl+NH3↑+H2O
——
——
△
样品
强碱
△
气体
湿润
红色石蕊
蓝色
——
——
△
NH4+ + OH- NH3↑+ H2O
(NH4)2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2NH3↑+ 2H2O
——
——
△
NH4NO3+NaOH NaNO3+NH3↑+H2O
——
——
△
4.铵盐的用途
大量的铵盐用于生产氮肥。农用氨水的浓度一般控制在含氮量15%～18%的范围内。氨水的施用原则是“一不离土，二不离水”。不离土就是要深施覆土；不离水就是加水稀释以降低浓度、减少挥发，或结合灌溉施用。
硝酸铵用于制炸药。
氯化铵常用作印染和制干电池的原料，也可用
于金属的焊接，以除去金属表面的氧化物薄膜。
氯化铵的妙用
——防火布
将一块普通的棉布浸在氯化铵的饱和溶液中，片刻之后，取出晾干就成防火布了。将这块经过化学处理的布用火柴点，不但点不着，而且还冒出白色的烟雾。
科学视野
原来，经过这种化学处理的棉布（防火布）的表面附满了氯化铵的晶体颗粒，氯化铵这种物质，它有个怪脾气，就是特别怕热，一遇热就会发生化学变化，分解出两种不能燃烧的气体，一种是氨气，另一种是氯化氢气体。
这两种气体把棉布与空气隔绝起来，棉布在没有氧气的条件下当然就不能燃烧了。当这两种气体保护棉布不被火烧的同时，它们又在空气中相遇，重新化合而成氯化铵小晶体，这些小晶体分布在空气中，就象白烟一样。实际上，氯化铵这种化学物质是很好的防火能手，戏院里的舞台布景、舰艇上的木料等，都经常用氯化铵处理，以求达到防火的目的。
三、氨气的实验室制法
氨气的实验室制法
1、反应原理：
2NH4Cl+Ca（OH）2 2NH3↑+CaCl2+2H2O
2、装置：
装置 选择 选择原因
制备 装置 固+固 反应原理
净化 装置 装有碱石灰的干燥管 NH3具有碱性，不与碱石灰反应
不用浓硫酸和无水氯化钙 NH3能被浓硫酸和无水氯化钙吸收
收集 装置 向下排空气法 NH3的密度远小于空气，且常温下不与空气成分反应
不采用排水法 NH3极易溶于水
3、氨气制备实验各部分装置的选择：
装置 选择 选择原因
验满 方法 将湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色 氨水显碱性
将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有白烟产生 氨气遇挥发性酸反应生成固体铵盐小颗粒
尾气 处理 试管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花球 NH3极易溶于水，与酸反应
【易错提醒】（1）收集装置和反应装置的试管和导管必须是干燥的。
（2）发生装置的试管口略向下倾斜。
（3）由于氨气的密度比空气小，因此收集氨气时，导管口应插入试管的底部。
（4）棉花团上蘸有稀硫酸，既防止空气对流又防止氨气逸出污染空气。
（5）干燥NH3不能用P2O5、浓硫酸等酸性干燥剂，也不能用CaCl2干燥，原因是CaCl2与NH3反应生成CaCl2·8NH3。
4．氨气的其他制法
方法 化学方程式（或原理） 气体发生装置
加热浓 氨水 NH3·H2O NH3↑ +H2O
方法 化学方程式（或原理） 气体发生装置
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的放出
浓氨水 +固体 CaO NH3·H2O+CaO====NH3↑+Ca（OH）2，CaO的作用：①吸水后放热促进NH3的放出；②增加溶液中的OH-浓度，减小NH3的溶解度 4． 的检验方法
（1）原理：
（2）方法：
【思考·讨论】
　（1）实验室制取氨气时，碱不选用NaOH、KOH，其原因是什么？
提示：消石灰不能用NaOH、KOH代替，原因是NaOH、KOH具有吸湿性，易结块，不利于产生氨气，在加热条件下还会腐蚀试管。
（2）某同学根据铵盐受热分解的性质，认为可以采用加热NH4Cl来制备氨气，你怎么看？
提示：不行。NH4Cl分解得到NH3和HCl，两种气体在试管口遇冷反应又生成NH4Cl，得不到氨气。
【巧判断】
（1）向某溶液中加入稀NaOH溶液，湿润的红色石蕊试纸不变蓝，则原溶液中一定无 。（ ）
提示：×。某溶液中加入稀NaOH溶液，即使生成NH3·H2O，没有加热，也不会放出氨气。
（2）NH4Cl受热分解，所以可用加热的方法分离NH4Cl和NaCl。（ ）
提示：√。NH4Cl受热分解生成NH3和HCl脱离固体，到达温度低的部位两者再反应生成NH4Cl，达到分离NH4Cl和NaCl的目的。
（3）氨气的制备实验中可以采用碱石灰干燥氨气。（　　）
提示：√。氨气溶于水溶液显碱性，不与碱石灰反应，故可用碱石灰干燥氨气。
【迁移·应用】
1．（2019·珠海高一检测）关于实验室制取氨气的说法中正确的是（　　）
A．虽然氨水受热分解可产生氨气，在实验室也不能用加热浓氨水的方法制得氨气
B．通常可选择浓硫酸为干燥剂，除去氨气中的水蒸气
C．既可用向下排空气法收集NH3，又可用排水法收集NH3
D．用碱石灰代替消石灰与NH4Cl固体加热制取NH3，可使反应速率加快
【解析】选D。实验室可用加热浓氨水的方法制得氨气，A错误；氨气与浓硫酸反应，故不能用浓硫酸干燥氨气，B错误；氨气极易溶于水，故不能用排水法收集NH3，C错误。
2．（2019·菏泽高一检测）实验室常见的几种气体发生装置如图A、B、C所示：
（1）实验室用B装置制取氨气，通常使用的药品是________。
（2）某研究性学习小组对实验室制取NH3进行了如下设计：
①甲同学拟用浓氨水和固体NaOH制取NH3，并用图C装置作为NH3的发生装置。固体NaOH的作用为____。
②乙同学建议，将实验室制取氨气装置B的收集装置由大试管改为集气瓶且瓶口向上来收集氨气，并确定不污染环境，请根据其设想回答：若用排空气法收集NH3，请在图D的方框内画出其气体收集装置和尾气吸收装置，标出所用的试剂（自选）名称。若用排液取气法收集NH3，可选用的试剂是________（填序号）。
A．H2O　B．浓硫酸　C．CCl4　D．饱和食盐水
【解析】（1）利用装置B的特点，需要加热来制取氨气，则可选用NH4Cl和Ca（OH）2固体；（2）①加入NaOH使浓氨水中c（OH-）增大，促进NH3逸出，且NaOH固体溶解放热，降低NH3的溶解度，NH3逸出；②氨气的密度比空气小，所以应该用向下排空气法收集，故瓶口向上来收集时应短进长出，还应注意尾气吸收，氨气易溶于水、浓硫酸、饱和食盐水，故用排液法收集氨气只能选择CCl4。
答案：（1）NH4Cl和Ca（OH）2固体　（2）①加入NaOH使浓氨水中c（OH-）增大，促进NH3逸出，NaOH固体溶解放热，使NH3的溶解度降低，NH3逸出②C
【补偿训练】
　　1．下列制备氨水的实验装置中最合理的是（　　）
【解析】选B。制备氨水不需要干燥氨气，A、C选项错误；D选项，不能防止倒吸，错误。
2．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
【解析】选B。本题通过NH3的制取实验，意在考查学生实验分析、实验评价能力。①装置在管口处又生成NH4Cl，无法制得NH3，A项错误；选用装置③，使用浓氨水与CaO或NaOH作用，可制取NH3，B项正确；②作为NH3的吸收装置，漏斗插入水中，不能防止倒吸，C项错误；利用④收集NH3时，收集气体不纯，D项错误。
【课堂回眸】

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