专题08 氨气的实验室制取及性质的研究——备战2022年高考化学之突破教材实验热点

专题08  氨气的实验室制取及性质的研究

1．氨气的实验室制法

（1）用铵盐和碱制取

①实验装置

②实验分析

（2）用浓氨水制取

2．喷泉实验

中学教材中喷泉实验装置如上图所示。实验操作是：打开橡皮管上的夹子，挤压滴管的胶头，则烧杯中的水由玻璃管进入烧瓶，形成喷泉。

（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）能形成喷泉的条件

从原理上讲，气体要易溶于水或易与水反应，以形成足够大的压强差；从实验条件上讲，烧瓶内气体要充满，气体和仪器均要干燥，装置的气密性要好。

（3）形成喷泉的气体与液体组合

①极易溶于水的气体(NH3、HCl等)与水可形成喷泉；

②酸性气体与NaOH溶液组合能形成喷泉。

（4）喷泉实验成功的关键

①盛气体的烧瓶必须干燥；

②气体要充满烧瓶；

③装置不能漏气(实验前应先检查装置的气密性)；

④所用气体能大量溶于所用液体或气体与液体能快速反应。

（5）常见的喷泉实验装置

喷泉实验的本质是形成压强差而引发液体上喷，为此可设计多种不同的装置和采用不同的操作(如使气体溶于水、热敷、生成气体、发生气体体积减小的反应等)来产生喷泉。

装置Ⅰ：打开止水夹，挤压胶头滴管的胶头，使少量水进入烧瓶，导致大量的NH3溶解。烧瓶内形成负压而产生喷泉。

装置Ⅱ：挤压气球，即可使少量的溶液沿导管进入烧瓶，导致大量的NH3溶解，烧瓶内形成负压而产生喷泉。

装置Ⅲ：去掉了胶头滴管。打开止水夹，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，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)

装置Ⅳ：在锥形瓶中加入能产生气体的物质，使锥形瓶内气体的压强明显增大，将液体压入烧瓶而产生喷泉。

装置Ⅴ：在水槽中加入使水温度升高的物质，致使锥形瓶内酒精因升温而挥发，锥形瓶内气体压强增大而产生喷泉。

装置Ⅵ：向烧瓶中通入H2S(或SO2)，然后通入SO2(或H2S)，有淡黄色粉末状物质生成，瓶内壁附有水珠，NaOH溶液喷到烧瓶内。

（6）喷泉实验所形成的溶液的物质的量浓度的计算前提：气体充满，溶质不扩散。气体体积换算为标准状况，设烧瓶体积为V L。

①“NH3+H2O”和“HCl+H2O”型：V(气体)=V(溶液)，则：c==1/22.4 mol·L−1。

②“NO2+H2O”型：3NO2+H2O2HNO3+NO，溶液只占烧瓶容积的2/3，n(HNO3)=n(NO2)，V(溶液)= V L，则：c(HNO3)==1/22.4 mol·L−1。

③“NO2+O2+H2O”型：依4NO2+O2+2H2O4HNO3，若V(NO2)∶V(O2)≤4(恰好反应或O2过量)，则c(HNO3)=1/22.4 mol·L-1×4/5=1/28 mol·L-1；若V(NO2)∶V(O2)＞4(剩余NO)，则c(HNO3)介于1/28 mol·L-1和1/22.4 mol·L-1之间。

气体验满和检验操作

①氧气验满：用带火星的木条平放在集气瓶口，木条复燃，说明收集的氧气已满。

②可燃性气体(如氢气)的验纯方法：用排水法收集一小试管的气体，用大拇指摁住管口移近火焰，放开手指，若听到尖锐的爆鸣声，则气体不纯；若听到轻微的“噗”的一声，则气体纯净。

③二氧化碳验满：将燃着的木条平放在集气瓶口，若火焰熄灭，则气体已满。

④氨气验满：用湿润的红色石蕊试纸放在集气瓶口，若试纸变蓝说明气体已满。

⑤氯气验满：用湿润的淀粉­碘化钾试纸放在集气瓶口，若试纸变蓝说明气体已满。

某同学用下列装置(固定及夹持装置、加热仪器和橡胶管略)进行有关氨制取的实验探究。

请回答下列问题：

（1）若用装置①制取NH3，其反应的化学方程式为____________________________；若要测定生成的NH3的体积，则必须选择的装置是_______________________(填装置序号)，装置中所盛试剂应具有的性质是____________________。

（2）若用装置②制取并收集干燥的NH3，烧瓶内装的试剂是___________________，分液漏斗中装的试剂是________________________，收集装置应选择_______________________(填装置序号)。

【答案】（1）2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O

③⑦  氨气难溶于该试剂，且该试剂不易挥发，不与氨气反应

（2）CaO(或NaOH或碱石灰)固体  浓氨水(或浓NH4Cl溶液)   ⑥

【解析】（1）装置①适用于“固＋固”加热制取气体，制取NH3时试剂选用NH4Cl和Ca(OH)2。若测定NH3的体积，必须用排液体法，而NH3极易溶于水，故不能用排水法，所用的液体必须不与NH3反应也不溶解NH3才行。

（2）装置②是“固＋液”不需加热的制气装置，制取NH3时，可用浓氨水和碱石灰作用。

1．下列实验室制取、干燥、收集NH3并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是

A． B．

C． D．

2．下列装置用于实验室中制取干燥氨气的实验，其中能达到实验目的的是

A．用装置甲制备氨气 B．用装置乙除去氨气中的少量水

C．用装置丙收集氨气 D．用装置丁吸收多余的氨气

3．某同学拟在实验室中用下列仪器和必需药品对NH3与Cl2的反应进行探究。下列说法不正确的是

A．制备气体：A、B都能用于制NH3， B、C都能用于制Cl2

B．净化气体：E、G都能用来净化NH3，也都能用来净化Cl2

C．气体反应：分别从D的c、d通入NH3和Cl2；D中产生大量白烟

D．尾气处理：E、F或G都能用于除尾气，但只用其中一种可能除不净尾气

4．某同学用滤纸折成一个纸蝴蝶并喷洒一种溶液（保持湿润），挂在铁架台上。另取一只盛某种溶液的烧杯，放在纸蝴蝶的下方（如图）。过一会，发现纸蝴蝶变为蓝色。下表的组合中，能够实现上述变化的是

5．下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全都进入烧瓶，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

7．已知NH3和HCl都是能用来做喷泉实验的气体，若在相同条件下用等体积烧瓶各收集满NH3和HCl气体，进行如图所示实验(两烧瓶内充满溶液且不考虑溶质的扩散)。下列说法错误的是

A．NH3和HCl分别形成蓝色、红色喷泉

B．制备干燥的NH3和HCl，所需的干燥剂分别是碱石灰、浓硫酸

C．若烧瓶中改为NO2，则所得溶液溶质的物质的量浓度与前两者不同

D．去掉装置中的胶头滴管，改为单孔塞，也可引发喷泉

8．实验室模拟氨催化氧化法制硝酸的装置如图所示(无水CaCl2可用于吸收氨气)，下列说法正确的是(   )

A．装置①、②、⑤依次盛装碱石灰、无水CaCl2、浓硫酸

B．装置③中气体呈红棕色

C．装置④中溶液可使无色酚酞溶液变红

D．通空气的主要作用是鼓出氨气，空气可用N2代替

9．某化学兴趣小组利用图1装置制取氨气并探究氨气的有关性质。

图1　　　 　　　图2

（1）装置A中烧瓶内试剂可选用________(填字母代号)。

a．碱石灰     B．浓硫酸     c．生石灰      D．五氧化二磷     e．烧碱

（2）若探究氨气的溶解性，需在K2的导管末端连接图2装置中的________装置(填序号)，当装置D中集满氨气后，关闭K1、K2，打开K3，引发喷泉的实验操作是___________________________________。

（3）若探究氨气的还原性，需打开K1、K3，K2处导管连接制取纯净、干燥氯气的装置。

①用二氧化锰与浓盐酸制取氯气，生成气体必须通过分别盛有_____、______试剂的洗气瓶；

②D中氨气与氯气反应产生白烟，同时生成一种无色无味的气体，该反应的化学方程式为_________________；

③从K3处导管逸出的气体中含有少量Cl2，则C装置中应盛放________溶液(填化学式)，反应的离子方程式为______________________________。

10．某课外活动小组对教材中氨气的催化氧化实验进行了改进，并利用实验生成的产物检验氨的化学性质，实验装置如下（夹持装置略）：

实验步骤如下：

①按装置图连接好装置，检查装置的气密性后，装入试剂；

②先点燃C处酒精灯，再点燃A处酒精灯，待F处有连续不断的气泡产生时，再点燃B处酒精灯；

③反应一段时间后，熄灭A处酒精灯，继续加热NH4Cl和Ca（OH）2固体混合物；

④熄灭B处和C处酒精灯；

请回答下列问题：

（1）NH3的电子式是________，写出NH3发生催化氧化的化学方程式________________。

（2）实验步骤①中检查装置的气密性的方法是___________。

（3）描述实验过程中装置D和装置E的现象：

（4）装置F中的试剂是______________。

（5）该装置存在一处明显的缺陷，请提出改进意见_____________。

（6）工业上常采用氨氧化法制取硝酸，现有10.0tNH3制取质量分数为63%的HNO3，设NH3氧化后的产物有95%转化为HNO3，最终得到45.0tHNO3，则氨氧化过程中NH3的转化率为_______（用百分数表示，结果保留3位有效数字）。

11．NH3是一种重要的化工原料，可用于制氮肥、HNO3、铵盐、纯碱，还可用于制合成纤维、塑料、染料等。某实验小组在实验室中对NH3的性质进行了探究，设计了如下实验装置。 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）NH3性质探究

利用制取的干燥NH3，小组开始实验，其中A为NH3的制取装置，并发现了如下实验现象，同时小组对现象进行了讨论并得出了相应的结论。

①完型填空实验结论；

②实验仪器D的名称为_______________；所装药品无水CaCl2的作用为______________；

③如果装置B中所得红色固体为Cu2O，则反应的化学方程式为_______________________，体现了NH3的________性（填氧化或还原）。

12．为测定氨分子中氮、氢原子个数比。某研究性学习小组设计了如下实验流程：

实验时，先用制得的氨气排尽洗气瓶前所有装置中的空气，再连接洗气瓶和气体收集装置，立即加热氧化铜。反应完成后，黑色的氧化铜转化为红色的单质铜。

如图A、B、C为甲、乙两小组制取氨气时可能用到的装置，D为盛有浓硫酸的洗气瓶。

实验1测得反应前氧化铜的质量m1 g、氧化铜反应后剩余固体的质量m2 g、生成的氮气在标准状况下的体积V1 L。

实验2测得洗气前装置D的质量m3 g、洗气后装置D的质量m4 g、生成的氮气在标准状况下的体积V2 L。请回答下列问题：

(1)写出仪器a和b的名称分别是： 圆底烧瓶和______________。

(2)检查A装置气密性的操作是_____________________________。

(3) 实验1和实验2分别选择了不同的方法制取氨气，请将实验装置的字母编号和制备原理填或相关化学方程式写在下表的空格中。

(4) 实验1用所测数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数比为______________。（列式子，不计算结果）

(5) 实验2用所测数据计算出氨分子中氮、氢的原子个数比明显小于理论值，其原因是_____________________。为此， 实验2在原有实验的基础上增加了一个装有某药品的实验仪器重新实验。根据实验前后该药品的质量变化及生成氮气的体积，得出了合理的实验结果。该药品和实验仪器的名称分别是__________和____________。

13．I、某化学兴趣小组利用以下装置模拟合成氨并制备少量氨水

已知：加热(85℃)NH4Cl和NaNO2饱和溶液可以制取N2

B中仪器名称是___________________；

⑵为了完成实验，装置从左到右接口的连接顺序是___________；

⑶D中玻璃纤维的作用是_________________；

⑷小组中甲同学认为F装置不太合理，实验中会产生倒吸。乙同学认真分析后认为该装置无需改进，他的理由是________________________；

II、实验探究

⑸该小组同学利用制备的氨水再进行银镜反应实验。经查阅资料，配制的银氨溶液主要成分是[Ag(NH3)2]OH，小组同学对其组成进行了如下实验探究：

①在洁净的小试管中加入2mL 2%的AgNO3溶液，然后边振荡试管边滴加2%的稀氨水溶液，至最初产生的沉淀恰好溶解为止，制得银氨溶液。

②在制得的银氨溶液中加入无水乙醇，溶液变浑浊，过滤，用__________洗涤，得到白色固体；

③将该白色固体用适量蒸馏水溶解，得到无色溶液，用广范pH试纸检验溶液近似呈中性；向溶液中逐滴加入稀盐酸至不再产生沉淀，静置，取上层清液于另一支放有一小片铜的小试管中并微热，发现铜片的表面有气泡产生，遇到空气变成红棕色；另取少量上层清液加过量的NaOH溶液并加热，得到无色刺激性气体。由此确定通过上述方法制备的白色固体主要成分是___________________；

⑹请根据以上探究，设计实验来制备少量纯净的[Ag(NH3)2]OH溶液：取2mL 2%的AgNO3溶液于洁净的小试管中，_________________，即得到[Ag(NH3)2]OH溶液。