化学必修 第二册第五章 化工生产中的重要非金属元素第二节 氮及其化合物第2课时学案设计

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第2课时　氨和铵盐 发展目标体系构建1.通过喷泉实验认识NH3的溶解性及其与水的反应。通过学习NH3的催化氧化反应，了解HNO3的工业制法。培养“宏观辨识与变化观念”的核心素养。2．通过了解铵盐的通性，掌握氨气的实验室制法及铵根离子的检验并认识铵态氮肥在生产中的应用。培养“科学探究与社会责任”的核心素养。一、氨氨的电子式为，结构式为。1．氨的物理性质(1)氨是无色、有刺激性气味的气体，密度比空气的小，很容易液化。(2)氨极易溶于水：在常温常压下，1体积水大约可溶解700体积氨。可利用喷泉实验证明NH3极易溶于水。　液氨作制冷剂的原因是什么？提示：氨易液化，液氨汽化时要吸收大量的热，使周围温度急剧降低。2．氨的化学性质(1)NH3与水反应的化学方程式为NH3＋H2ONH3·H2O。(2)NH3与酸反应生成铵盐①浓氨水挥发出的NH3与浓盐酸挥发出的HCl相遇形成白烟，即NH4Cl晶体小颗粒，其反应的方程式为NH3＋HCl===NH4Cl。②氨通入稀硫酸中反应的离子方程式为NH3＋H＋===NH。(3)氨的催化氧化写出氨催化氧化制HNO3的系列反应方程式依次为4NH3＋5O24NO＋6H2O，2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。　为什么蘸有浓氨水和浓盐酸的两支玻璃棒靠近时会产生白烟？蘸有浓氨水和浓硫酸的两支玻璃棒靠近时是否也产生白烟？提示：浓氨水和浓盐酸均有挥发性，挥发出来的NH3和HCl在空气中相遇，化合生成NH4Cl固体小颗粒，即为白烟。浓硫酸没有挥发性，故不可能形成白烟。二、铵盐——铵根离子(NH)与酸根离子构成的化合物绝大多数铵盐易溶于水，受热分解，与碱反应生成NH3。1．不稳定性：NH4Cl、NH4HCO3受热分解的化学方程式分别为NH4ClNH3↑＋HCl↑、NH4HCO3NH3↑＋H2O＋CO2↑。2．与碱的反应(1)固体反应：NH4Cl与NaOH反应的化学方程式为NH4Cl＋NaOHNH3↑＋NaCl＋H2O。(2)溶液中铵盐与强碱反应的离子方程式(加热)：NH＋OH－NH3↑＋H2O。稀溶液中铵盐与强碱反应的离子方程式(不加热)：NH＋OH－===NH3·H2O。3．铵盐与碱反应的两个应用(1)检验NH：待测液中加NaOH溶液并加热，用湿润的红色石蕊试纸放置于试管口，若试纸变蓝，说明溶液中含NH。(2)实验室制备NH3　用长试管加热NH4Cl能制取NH3吗？为什么？提示：不能。因为NH4Cl分解产生的NH3和HCl遇冷会再次化合为NH4Cl，不能用于制取NH3。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)NH3溶于水溶液呈弱碱性故NH3为弱碱。 (　　)(2)氨的喷泉实验说明NH3易溶于水。 (　　)(3)NH3通入盐酸和氨水加入盐酸中，两离子反应方程式相同。 (　　)(4)NH3的催化氧化反应中还原产物只有H2O。 (　　)(5)碘易升华，可用加热升华法除去NH4Cl中混有的I2。 (　　)[答案]　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×2．氨是一种重要的化工原料。下列关于氨气性质的描述不正确的是(　　)A.有刺激性气味，密度比空气小B.遇氯化氢产生白烟C.能使湿润的蓝色石蕊试纸变红D.其水溶液能使酚酞溶液变红[答案]　C3．写出下列转化的化学方程式NH4ClNH3NONO2HNO3①___________________________________________________。②___________________________________________________。③___________________________________________________。④___________________________________________________。[答案]　①2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O②4NH3＋5O24NO＋6H2O③2NO＋O2===2NO2④3NO2＋H2O===2HNO3＋NO氨与氨水的主要性质1．氨气通入水中形成的溶液使酚酞变红的原因是什么？(用相关方程式表示)提示：NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－。2．氨水的粒子成分主要有什么？提示：NH3·H2O、NH3、NH、OH－、H2O。3．向AlCl3、FeCl3溶液中分别加入足量的氨水，分别写出反应的离子方程式。提示：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH、Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH。4．稀盐酸中通入NH3和将氨水加入稀盐酸中，分别写出反应的离子方程式。提示：H＋＋NH3===NH，H＋＋NH3·H2O===NH＋H2O。1．工业制HNO3的反应原理及流程其主要流程是将氨和空气的混合气(氧∶氮≈2∶1)通入灼热(760～840 ℃)的铂铑合金网，在合金网的催化作用下，氨被氧化成一氧化氮(NO)，生成的一氧化氮结合反应后残余的氧气继续被氧化为二氧化氮，随后将二氧化氮通入水中制取硝酸。各步反应的化学方程式如下：4NH3＋5O24NO＋6H2O2NO＋O2===2NO23NO2＋H2O===2HNO3＋NO2．氨水的主要化学性质(1)弱碱性：NH3·H2ONH＋OH－(2)不稳定性：NH3·H2ONH3↑＋H2O(3)与某些盐溶液生成沉淀，如AlCl3、MgCl2、FeCl3等。1．下列有关氨的叙述不正确的是(　　)A.氨分子中氮元素的化合价只能升高，氨具有还原性B.氨的催化氧化反应的化学方程式是4NH3＋5O24NO＋6H2OC.氨的催化氧化反应中，若氧气过量，则有红棕色气体生成D.NH3与酸的反应为中和反应D　[氨分子中氮元素是－3价，处于最低价态，只具有还原性，A项正确；NH3具有还原性，在催化剂作用下可与氧气发生反应：4NH3＋5O24NO＋6H2O，B项正确；氨的催化氧化是NH3在催化剂作用下被O2氧化为NO的反应，若O2过量，生成的NO与O2反应生成红棕色气体NO2，C项正确；NH3与酸的反应为化合反应，D项错误。]2．如图，利用培养皿探究氨气的性质。实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水，立即用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与浓盐酸反应产生了NH4Cl固体B浓硫酸附近无明显现象NH3与浓硫酸不发生反应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是一种可溶性碱A　[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；NH3与氯化物溶液反应生成氢氧化物沉淀，该氯化物可以是氯化铝、氯化镁等；NH3溶于水生成NH3·H2O，NH3·H2O属于碱，NH3不属于碱。]3．已知X、Y、Z、W(含同一元素)之间的转化关系为XYZW，且X能与W发生反应生成一种易溶于水的盐，则X可能是(　　)A．N2　　　 B．NO2C．NH3　　　 D．NOC　[根据题意可知X、Y、Z、W(含同一元素)均含N元素，由X能与W发生反应生成一种易溶于水的盐，知X是NH3，发生反应：4NH3＋5O24NO＋6H2O，2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；且HNO3＋NH3===NH4NO3。]NH3的实验室制法1．氨气的实验室制法(1)原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。(2)装置①发生装置：固体＋固体气体，与实验室利用氯酸钾和二氧化锰加热制取氧气的装置相同。②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。(3)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。(4)验满方法①方法一：用镊子夹住一片湿润的红色石蕊试纸放在试管口，若试纸变蓝，说明已经收集满。②方法二：用蘸取浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟生成，说明已经收集满。(5)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．实验室快速制氨气的方法(1)加热浓氨水法：NH3·H2O不稳定，受热易分解生成NH3：NH3·H2ONH3↑＋H2O，故可直接加热浓氨水制备NH3。(2)浓氨水加固体NaOH(或生石灰、碱石灰)法：固体NaOH溶于水放出大量的热，会促使氨水分解，而生石灰可与水反应生成Ca(OH)2，同时反应放热，也会促使氨水分解，故可在常温下向固体NaOH或CaO中滴加浓氨水来制备NH3。反应装置图分别为：4．实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置中，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B　[①中NH4Cl受热易分解生成NH3和HCl，但在试管口附近两者又能结合生成NH4Cl，所以不能用于制取NH3；③可用于NH3的发生装置，利用浓氨水和生石灰等制取NH3；②中的漏斗位置过低，不能防止倒吸，漏斗要紧贴水面；④的试管口应放一团干燥的棉花，减少NH3与空气的对流。]5．为了在实验室制取干燥的氨气，甲、乙、丙三位同学分别设计了如图所示三套实验装置：(1)写出实验室制氨气的化学反应方程式：__________________________________________________________________________________________。(2)实验装置和所用样品都正确的是________(填“甲”“乙”或“丙”)。(3)检验试管里是否收集满氨气的方法是__________________________________________________________________________________________。(4)上述装置中肯定收集不到氨气的是________(填“甲”“乙”或“丙”)，其原因是______________________(用化学方程式表示)。[解析]　(2)甲中没有干燥装置，得到的氨气中含有水蒸气；乙中浓硫酸能够与氨气发生反应；丙中碱石灰与氨气不反应，能够干燥氨气。(3)氨气与水反应生成一水合氨，一水合氨遇红色的石蕊试纸显蓝色，可将湿润的红色石蕊试纸放在试管口检验氨气是否已收集满；氨气和氯化氢或硝酸反应可产生大量白烟，所以可用玻璃棒蘸取浓盐酸或浓硝酸放在试管口，若产生大量白烟，可证明氨气已经收集满。(4)氨气为碱性气体，可与浓硫酸反应，反应的化学方程式为2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4(氨过量)或NH3＋H2SO4===NH4HSO4(氨少量)，故乙装置肯定收集不到氨气。[答案]　(1)Ca(OH)2＋2NH4Cl2NH3↑＋CaCl2＋2H2O　(2)丙　(3)在试管口放一块湿润的红色石蕊试纸，若试纸变蓝，则证明氨气已经集满[或用玻璃棒蘸取浓盐酸(或浓硝酸)放在试管口，若产生大量白烟，则证明氨气已经集满]　(4)乙　2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4(或NH3＋H2SO4===NH4HSO4)喷泉实验原理及操作喷泉是一种常见的自然现象，其产生的原因是存在压强差。在实验室中可以利用喷泉实验，验证氨气等气体的溶解性。图1　　　图2　　　　图31．用图1装置进行喷泉实验，圆底烧瓶已充满干燥氨气，怎样操作可以形成喷泉？该实验的原理是怎样的？提示：打开弹簧夹，挤压胶头滴管。NH3溶于少量水中，使圆底烧瓶内压强减小，烧杯内的水进入圆底烧瓶，形成喷泉。2．如果只提供图2的装置，请说明引发喷泉的方法。提示：打开弹簧夹，用热毛巾捂住圆底烧瓶至有气泡从水中冒出，移去热毛巾。3．增大下方压强，也能形成喷泉。利用图3装置，在锥形瓶中分别加合适的物质，反应后可能产生喷泉。利用所学化学知识，试举一例。提示：在图3装置的锥形瓶中加入NH4HCO3与稀盐酸。4．若图1烧瓶中充满干燥NH3做喷泉实验，在标准状况下，所得溶液的物质的量浓度为多少？提示：设烧瓶容积为V L，则溶液充满为V L，故c＝＝ mol·L－1。5．若用NaOH的浓溶液代替图1装置中的水，CO2代替NH3，能发生喷泉实验吗？为什么？提示：能。因为CO2与NaOH反应，被吸收，压强减小，可以形成喷泉。6．用图1装置做喷泉实验，形成喷泉的原理是什么？提示：烧瓶内气体与液体接触→气体溶解或发生化学反应→烧瓶内压强减小→外部液体迅速进入形成喷泉。7．用图3装置做喷泉实验，形成喷泉的原理是什么？提示：锥形瓶内液体挥发或发生化学反应产生气体→锥形瓶内压强增大→锥形瓶内液体迅速流入烧瓶形成喷泉。如喷雾器、人造喷泉、火山喷发等均是此原理。通过对喷泉实验的原理和装置分析，培养学生“科学探究与模型认知”的核心素养。1．下列有关氨的叙述中，正确的是(　　)①氨气极易溶于水，可以用来做喷泉实验　②可用湿润的蓝色石蕊试纸检验氨气　③可用向上排空气法收集氨气　④氨易液化，工业上可用氨作制冷剂　⑤实验室制取的氨气用碱石灰干燥A．①②③　　 B．②③④　　C．③④⑤　　 D．①④⑤D　[氨气极易溶于水，使容器内压强减小，可以用来做喷泉实验，①正确；氨气的水溶液呈碱性，可用湿润的红色石蕊试纸检验氨气，②错误；氨气的密度比空气的小，可用向下排空气法收集氨气，③错误；氨易液化，工业上可用氨作制冷剂，④正确；氨气是碱性气体，实验室制取的氨气可用碱石灰干燥，⑤正确；故选D。]2．(素养题)标准状况下，在干燥的烧瓶中充满纯净的NH3，进行如图所示的喷泉实验，下列说法错误的是(　　)A．本实验之所以能够产生喷泉是因为氨气极易溶于水，导致烧瓶内外产生压强差B．若烧瓶内的氨气中混有少量空气，则喷泉实验后的水不能充满烧瓶C．本实验若将NH3换成HCl，也能产生红色的喷泉D．实验结束后，烧瓶中氨水的物质的量浓度为 mol·L－1C　[氨气极易溶于水，使烧瓶内气压迅速小于大气压，从而形成喷泉，A项正确；若烧瓶内的氨气中混有少量空气，由于空气中的氮气等难溶于水，也不与水反应，则喷泉实验后的水不能充满烧瓶，B项正确；若将NH3换成HCl，因HCl也极易溶于水，也能形成喷泉，但由于HCl的水溶液显酸性，故滴有酚酞的水形成的喷泉溶液显无色，C项错误；设烧瓶容积为V L，则标准状状况下烧瓶内氨气的物质的量n＝＝mol，由于氨水充满烧瓶，所以最终形成氨水的物质的量浓度c＝＝＝ mol·L－1，D项正确。]3．下列关于铵盐的叙述正确的是(　　)①所有铵盐中，氮元素化合价都是－3　②绝大多数铵盐都易溶于水　③铵态氮肥不宜与碱性肥料混合施用④铵盐是由离子构成的化合物　⑤铵盐都能与碱反应，不能与酸反应　⑥铵盐受热分解一定都会产生氨气A．①③④     B．②③④C．①②③④⑥     D．①②③④⑤⑥B　[①硝酸铵中氮元素既有－3价又有＋5价，错误；②绝大多数铵盐易溶于水，正确；③铵态氮肥中含有NH，能与OH－结合形成NH3·H2O，NH3·H2O受热分解产生氨气并逸出，使铵态氮肥的肥效降低，因此不应与碱性肥料混合施用，正确；④铵盐都是由铵根离子与酸根离子构成的，属于离子化合物，正确；⑤弱酸的铵盐(如碳酸铵等)能与酸反应，错误；⑥铵盐受热分解不一定生成氨气，如硝酸铵等，错误。]4．现欲分离氯化钠和氯化铵的混合物，可采用的方法是 (　　)A.加入NaOH溶液     B．加入AgNO3溶液C．加热并冷却     D．加入水C　[铵盐受热均易分解，NH4Cl加热分解，而NaCl受热没有明显变化，同时生成的NH3和HCl气体导出后又能迅速化合生成NH4Cl。]5．(素养题)实验室用NH4Cl和Ca(OH)2制取氨气，如图A和B是常用的气体发生装置。(1)实验室制氨气时反应的化学方程式是______________________________________________________________________________________________，应选用的装置是________；若改用浓氨水和NaOH固体制氨气时，应选取的装置是________。(2)为了得到干燥的氨气，实验室常使用________作干燥剂(请从碱石灰、浓硫酸、氯化钠中选出一种物质)。(3)实验室常用________法收集氨气。[解析]　(1)实验室制氨气时利用熟石灰与氯化铵加热反应制取，反应的化学方程式是2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2H2O＋2NH3↑，反应需要加热，应选用的装置是A；若改用浓氨水和NaOH固体制氨气时，由于不需要加热，应选取的装置是B。(2)氨气是碱性气体，因此为了得到干燥的氨气，实验室常使用碱石灰作干燥剂，氯化钠不能作干燥剂。(3)氨气极易溶于水，且密度小于空气，实验室常用向下排空气法收集氨气。[答案]　(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2H2O＋2NH3↑　A　B(2)碱石灰　(3)向下排空气