高中化学人教版 (2019)必修 第二册第五章 化工生产中的重要非金属元素第二节 氮及其化合物优秀第二课时学案设计

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第五章 化工生产中的重要非金属元素第二节 氮及其化合物优秀第二课时学案设计，共16页。
[明确学习目标] 1.知道NH3的物理性质以及氨水显碱性的原因。2.学会氨气的实验室制取、收集和检验方法。3.学会铵盐的性质及NHeq \\al(＋,4)的检验方法。


学生自主学习





氨的性质及用途


1．氨的性质


(1)物理性质





(2)氨气易溶于水——喷泉实验





(3)化学性质





2．氨水的性质





3．氨的用途


(1)氨是氮肥工业、有机合成工业及制造硝酸、铵盐和纯碱的原料。


(2)氨易液化，可作eq \(□,\s\up3(10))制冷剂。


铵盐的性质


1．物理性质


绝大多数铵盐都是eq \(□,\s\up3(01))易溶于水的白色或无色晶体。


2．化学性质(写化学方程式)


(1)不稳定性，受热易分解，如


NH4Cl：eq \(□,\s\up3(02))NH4Cleq \(=====,\s\up15(△))NH3↑＋HCl↑；


NH4HCO3：eq \(□,\s\up3(03))NH4HCO3eq \(=====,\s\up15(△))NH3↑＋H2O＋CO2↑。


(2)与碱反应(如氢氧化钠与硝酸铵溶液反应)


NH4NO3＋NaOHeq \(=====,\s\up15(△))NaNO3＋NH3↑＋H2O。


氨的实验室制法


1．实验原理


eq \(□,\s\up3(01))2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up15(△))CaCl2＋2H2O＋2NH3↑。


2．收集方法


eq \(□,\s\up3(02))向下排空气法。


3．实验装置








1．根据NH3与H2O的反应原理分析：氨水中存在哪些微粒？


提示：氨水是氨气的水溶液，NH3溶于水发生了反应：NH3＋H2ONH3·H2O，所以氨水的主要成分为NH3·H2O，由于NH3·H2ONHeq \\al(＋,4)＋OH－，所以氨水中存在的微粒有①分子：NH3·H2O、H2O、NH3；②阳离子：NHeq \\al(＋,4)、H＋；③阴离子：OH－。


2．实验室能否用加热氯化铵的方法制取氨气？


提示：不能。氯化铵受热分解生成的氨气和氯化氢遇冷会重新结合成氯化铵。


3．实验室制取氨气时常在收集氨气的试管口塞一团疏松的棉花团，这么做的目的是什么？


提示：防止氨气与空气形成对流，以收集到较纯净的氨气。


课堂互动探究


知识点一 氨的性质





1．喷泉形成的原理


容器内外存在较大的压强差，在压强差的作用下，液体迅速流动，通过带有尖嘴的导管喷出来，即形成喷泉。


2．使容器内外产生较大压强差的两种方法


(1)减小内压法：如图Ⅰ所示。





例如：





(2)增大外压法：如图Ⅱ所示。





eq \x(\a\al(锥形瓶内,存在挥发,性液体或,其他液体))⇒eq \x(\a\al(液体受热挥发,或发生化学反,应产生气体))⇒eq \x(\a\al(锥形瓶内,气压增大))⇒eq \x(\a\al(锥形瓶内,液体迅速,流入烧瓶,形成喷泉))


例如浓盐酸、浓氨水、酒精等。


3．喷泉实验应注意的问题


(1)盛气装置要预先进行气密性检查，只有气密性良好才能使用。


(2)圆底烧瓶在充入氨气前应是干燥的，否则会浪费氨气。


(3)圆底烧瓶内要充满氨气，氨气过少往往不能形成喷泉。


(4)玻璃导管插入滴加酚酞溶液的水中的部分不能太短，以防导管过早地与水脱离而导致喷泉停喷。





1 在干燥的圆底烧瓶中充满氨气，用带有玻璃管和滴管(预先吸入水)的塞子塞紧瓶口，倒置烧瓶，使玻璃管插入盛有水(含酚酞)的烧杯中，轻轻挤压滴管的胶头，使少量水进入烧瓶，装置如图。





(1)挤压滴管的胶头后，立即形成红色喷泉，该实验能说明氨气的哪些性质？


(2)该喷泉实验中，引发喷泉的实验操作是什么？


(3)该喷泉实验成功的关键是什么？


[批注点拨]








[答案] (1)能说明氨气极易溶于水；氨气与水反应生成的氨水呈碱性。


(2)打开止水夹，挤压胶头滴管的胶头。


(3)①装置气密性良好。


②圆底烧瓶要干燥。


③装置内气体的纯度要高。


[练1] 如图是实验室进行氨溶于水的“喷泉实验”的装置，下列叙述不正确的是( )





A．该实验说明氨气极易溶于水


B．进入烧瓶中的液体颜色由无色变为红色，说明氨水呈碱性


C．氨水很稳定，将烧瓶内的红色溶液加热颜色不会发生变化


D．形成“喷泉”的主要原因是氨气溶于水后，烧瓶内的气压小于大气压


答案 C


解析 由于氨气极易溶于水，当少量水进入盛有氨气的烧瓶会使烧瓶内压强迅速减小且小于大气压，使滴有酚酞的水喷入烧瓶形成喷泉，A、D正确；由于氨水有弱碱性，从而使酚酞由无色变为红色，B正确；氨水不稳定，受热易分解放出氨气，从而使碱性减弱，故滴有酚酞呈红色的氨水受热后红色变浅或褪去，C错误。


[练2] 制取氨气并完成喷泉实验(图中夹持装置均已略去)。





(1)用图中A所示装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥的氨气，引发喷泉的操作是_______________，该实验的原理是______________。


(2)如果只提供如图B所示装置，引发喷泉的方法是______________。


答案 (1)打开弹簧夹，挤出胶头滴管中的水 氨气极易溶于水，致使烧瓶内气体压强迅速减小，水迅速进入烧瓶，形成喷泉


(2)打开弹簧夹，用手(或热毛巾等)将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，赶出玻璃导管内的氨气，氨气与水接触，即产生喷泉


解析 (1)打开弹簧夹，从胶头滴管中挤入少量水后，因NH3极易溶于水，致使烧瓶中气压降低，形成喷泉。


(2)B装置与A装置相比，B装置没有胶头滴管，引发该喷泉可用热毛巾捂热圆底烧瓶，赶出导管内的氨气，使NH3与水接触，从而形成喷泉。


知识点二 铵盐 氨的实验室制法





一、铵盐的性质


1．铵盐易分解，因此贮存铵态氮肥时要密封保存，并放在阴凉通风处。


2．NHeq \\al(＋,4)的检验方法


(1)原理





(2)方法


取少量样品或溶液于试管中，再加入浓的NaOH溶液，加热产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体(或将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近管口，有白烟产生)，证明样品或溶液中含有NHeq \\al(＋,4)。


二、氨的实验室制法


1．加热铵盐和碱的固体混合物制取氨


(1)发生装置：固体＋固体eq \(――→,\s\up15(△))气体，与实验室利用氯酸钾和二氧化锰加热制取氧气一样(如图)。





(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。





CaCl2能与NH3反应，所以不能用CaCl2干燥NH3。


[特别提醒] (1)本实验中试剂的选取：NH4Cl可用(NH4)2SO4等代替，但不能用NH4HCO3或NH4NO3代替，因为NH4HCO3、NH4NO3受热分解产生杂质气体。


(2)消石灰不能用KOH或NaOH代替，因为KOH和NaOH易吸水、易结块，不利于产生NH3，且高温下腐蚀试管。


(3)收集装置


①收集方法：向下排空气法收集，不能用排水法收集。


②验满方法


方法一：用湿润的红色石蕊试纸放置在试管口附近，若变蓝，说明已经收集满；


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。


(4)尾气处理装置


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。但在吸收时要防止倒吸。常采用的装置有：





2．快速制取氨气的方法





续表








2 试管中盛有白色晶体，检验它是不是铵盐的方法中不可行的是( )


A．加热，将湿润的红色石蕊试纸放在管口


B．加氢氧化钠溶液，加热，将湿润的酚酞试纸放在管口


C．加氢氧化钠溶液，加热，将蘸有浓盐酸的玻璃棒放在管口


D．加氢氧化钠溶液，加热，将湿润的红色石蕊试纸放在管口


[批注点拨]





[答案] A


[练3] 下列关于氨、铵盐的说法正确的是( )


A．氨水是一种弱碱，可以使酚酞变红


B．所有铵盐都不稳定，均可分解得到NH3


C．实验室可用：N2＋3H2eq \(,\s\up15(高温、高压),\s\d15(催化剂))2NH3反应来制取NH3


D．可用加热的方法来分离NaCl和NH4Cl


答案 D


解析 氨水的溶质NH3·H2O为一种弱碱，而氨水为混合物，不是一种弱碱，A错误；铵盐不稳定，但分解产物并不是都有NH3，如NH4NO3分解发生氧化还原反应，无NH3产生，B错误；工业上以N2＋3H2eq \(,\s\up15(高温、高压),\s\d15(催化剂))2NH3来生产NH3，但实验室中难以达到该反应条件，不能用此原理产生NH3，C错误；利用NH4Cl的不稳定性，可分离二者。


规律方法


检验NHeq \\al(＋,4)时注意：(1)必须先加碱溶液，将NHeq \\al(＋,4)转化为NH3，而不能直接加热固体药品，因为有的铵盐受热分解不一定产生NH3，如NH4NO3分解产物较复杂，其中不含有NH3。


(2)必须加热且用浓碱溶液，因为碱液浓度较小和不加热时生成NH3·H2O。





[练4] 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．②是氨气吸收装置


C．③是氨气发生装置 D．④是氨气收集、检验装置


答案 C


解析 ①NH4Cl受热分解为NH3和HCl，但在试管口NH3、HCl又会重新化合为NH4Cl，得不到NH3；②不能用于吸收氨气，会引起倒吸；④收集氨气的试管口应放置一团棉花，以防止氨气与空气形成对流。


规律方法


判断实验装置是否有错的一般方法


(1)看发生装置是否有错：①实验是否需要加热；②酒精灯部位是否有错(酒精量、外焰加热、是否缺灯芯)；③仪器放置是否有错；④夹持仪器的位置是否有错。


(2)看试剂是否符合实验原理(包括反应物、干燥剂、尾气吸收剂)。


(3)看收集方法是否有错(排水法、向上排气法、向下排气法、导管伸入的位置等)。


(4)看是否缺少尾气吸收装置，对于有毒气体，一定要设计尾气吸收装置，并选择合适的吸收剂，同时注意防倒吸。


本课归纳总结


1.NH3极易溶于水，是能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的唯一气体。


2．牢记4个方程式：


(1)N2＋3H2eq \(,\s\up15(高温、高压),\s\d15(催化剂))2NH3。


(2)NH3·H2ONHeq \\al(＋,4)＋OH－。


(3)NHeq \\al(＋,4)＋OH－eq \(=====,\s\up15(△))NH3↑＋H2O。


(4)4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up15(催化剂),\s\d15(△))4NO＋6H2O。


3．实验室常用加热NH4Cl与Ca(OH)2固体混合物的方法制备NH3，干燥NH3用碱石灰，检验NH3常用湿润的红色石蕊试纸，并用向下排空气法收集，制取反应方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up15(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。


4．NHeq \\al(＋,4)的检验方法：取少量待测溶液于试管中，再加入浓的NaOH溶液，加热产生能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体(或将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，有白烟产生)，则该溶液中存在NHeq \\al(＋,4)。


学习效果检测


1．下列反应属于氮的固定的是( )


A．空气在雷电作用下产生NO


B．NO和O2生成NO2


C．铜与浓硝酸反应产生NO2


D．NH4Cl与Ca(OH)2反应生成NH3


答案 A


2．氨水显弱碱性的主要原因是( )


A．通常状况下，氨的溶解度不大


B．氨水中的NH3·H2O电离出少量的OH－


C．溶于水的氨分子只有少量电离


D．氨本身的碱性弱


答案 B


解析 氨气溶于水后，大部分与水结合生成一水合氨(NH3·H2O)，NH3·H2O仅有少部分电离成NHeq \\al(＋,4)和OH－，因此显弱碱性。


3．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 NH4NO3中的NOeq \\al(－,3)，氮元素是＋5价，①错误；NH4HCO3也能与酸反应，⑤错误；草木灰主要成分为K2CO3，显碱性，混合使用会产生NH3，从而降低肥效，③正确。


4．只用一种试剂就能将NH4Cl、(NH4)2SO4、NaCl、Na2SO4四种溶液区分开，这种试剂是( )


A．NaOH溶液 B．AgNO3溶液


C．Ba(OH)2溶液 D．BaCl2溶液


答案 C


解析 四种盐溶液中有四种离子：NHeq \\al(＋,4)、Na＋、Cl－、SOeq \\al(2－,4)，区分Na＋与NHeq \\al(＋,4)使用碱溶液，区分Cl－和SOeq \\al(2－,4)用Ba2＋，故选用Ba(OH)2溶液。





5．有A、B、C三种气体，A气体在一定条件下能与O2反应生成B；B不溶于水，但易与O2反应生成C；A、C气体皆易溶于水，所得的溶液可以相互反应生成盐和水，则A是________，B是________，C是________(写化学式)。


答案 NH3 NO NO2


解析 由“A、C气体皆易溶于水，所得的溶液可以相互反应生成盐和水”推知A、C的水溶液一个显碱性，一个显酸性，显碱性的气体只有NH3。


6．在50 mL锥形瓶中盛有20 mL浓氨水，向氨水中鼓入空气并迅速将烧红的铂丝伸入瓶中并接近浓氨水的液面。





试回答：


(1)向浓氨水中鼓入空气的目的是__________________________。


(2)这个反应叫______________，化学方程式为______________________。


(3)铂丝保持红热，说明此反应是________反应，生成的红棕色气体是________，该反应的化学方程式是________________________________________。


(4)实验中，有时看到白烟，此白烟是________，生成的原因是____________。


答案 (1)补充O2并将NH3吹出


(2)氨的催化氧化 4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up15(Pt),\s\d15(△))4NO＋6H2O


(3)放热 NO2 2NO＋O2===2NO2


(4)NH4NO3 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，NH3＋HNO3===NH4NO3


解析 浓氨水有挥发性，鼓入空气一是通入O2，二是将NH3吹出。铂丝为NH3与O2反应的催化剂，二者反应生成NO，NO再与O2反应生成NO2，NO2与水蒸气反应生成HNO3，HNO3遇NH3产生NH4NO3小颗粒而产生白烟。