定义:
氨气,无机化合物,常温下为气体,无色有刺激性恶臭的气味,易溶于水,氨溶于水时,氨分子跟水分子通过氢键结合成一水合氨(NH3·H2O),一水合氨能小部分电离成铵离子和氢氧根离子,所以氨水显弱碱性,能使酚酞溶液变红色。氨与酸作用得可到铵盐,氨气主要用作致冷剂及制取铵盐和氮肥。
氨气的物理性质:
相对分子质量17.031
氨气在标准状况下的密度为0.771g/L
氨气极易溶于水,溶解度1:700
熔点-77.7℃;沸点-33.5℃
氨气的化学性质:
(1)跟水反应
氨在水中的反应可表示为:NH3+H2O=NH3·H2O
氨水中存在三分子、三离子
分子:NH3.NH3·H2O、H2O;
离子:NH4+、OH-、H+;
(2)跟酸反应
NH3+HNO3==NH4NO3
2NH3+H2SO4===(NH4)2SO4
NH3+HCl===NH4Cl
3NH3+H3PO4===(NH4)3PO4
NH3+CO2+H2O===NH4HCO3
(3)在纯氧中燃烧
4NH3+3O2==点燃==2N2+6H2O
4NH3+5O2=催化剂加热=4NO+6H2O(氨气的催化氧化)
(4)与碳的反应
NH3+C=加热=HCN+H2↑(剧毒氰化氢)
(5)与水、二氧化碳
NH3+H2O+CO2==NH4HCO3
该反应是侯氏制碱法的第一步,生成的碳酸氢铵与饱和氯化钠溶液反应生成碳酸氢钠沉淀,加热碳酸氢钠制得纯碱。
此反应可逆,碳酸氢铵受热会分解
NH4HCO3=(加热)=NH3+CO2+H2O
(6)与氧化物反应
3CuO+2NH3==加热==3Cu+3H2O+N2 这是一个氧化还原反应,也是实验室常用的临时制取氮气的方法,采用氨气与氧化铜供热,体现了氨气的还原性。
铵盐的化学性质:
(1)受热分解
所有的铵盐加热后都能分解,其分解产物与对应的酸以及加热的温度有关。分解产物一般为氨和相应的酸。如果酸具有氧化性,则在加热条件下,氧化性酸和产物氨将进一步反应,使NH3氧化为N2或其氧化物:
碳酸氢铵最易分解,分解温度为30℃:
氯化铵受热分解成氨气和氯化氢。这两种气体在冷处相遇又可化合成氯化铵。这不是氯化铵的升华,而是它在不同条件下的两种化学反应:
硝酸铵受热分解的产物随温度的不同而不同。加热温度较低时,分解生成硝酸和氨气: 温度再高时,产物又有不同;在更高的温度或撞击时还会因分解产物都呈气体而爆炸。
硫酸铵要在较高的温度才分解成NH3和相应的硫酸。强热时,还伴随有氨被硫酸氧化的副反应,所以产物就比较复杂。
(2)跟碱反应放出氨气
实验室里就是利用此反应来制取氨,同时也利用这个性质来检验铵离子的存在。铵盐在工农业生产上有重要用途,大量的铵盐用作氮肥,如NH4HCO3.(NH4)2SO4.NH4NO3等。NH4NO3还是某些炸药的成分,NH4Cl用于制备干电池和染料工业,它也用于金属的焊接上,以除去金属表面的氧化物薄层。
1. 喷泉实验
在常温,常压下,一体积的水中能溶解700体积的氨。 在干燥的圆底烧瓶里充满氨气,用带有玻璃管和滴管(滴管里预先吸入水)的塞子塞紧瓶口。立即倒置烧瓶,使玻璃管插入盛水的烧杯里(水里事先加入少量的酚酞试液),把实验装置装好后。打开橡皮管的夹子,挤压滴管的胶头,使少量的水进入烧瓶。观察现象。 实验的基本原理是使烧瓶内外在短时间内产生较大的压强差,利用大气压将烧瓶下面烧杯中的液体压入烧瓶内,在尖嘴导管口形成喷泉。
2. 氨气检验
方法一: 用湿润的红色石蕊试纸检验,试纸变蓝证明有氨气。
方法二: 用玻璃棒蘸浓盐酸或者浓硝酸靠近,产生白烟,证明有氨气。
固氮:
(1)人工固氮
工业上通常用H2和N2在催化剂、高温、高压下合成氨
最近,两位希腊化学家,位于Thessaloniki的阿里斯多德大学的GeorgeMarnellos和MichaelStoukides发明了一种合成氨的新方法(Science,2Oct.1998,P98)。在常压下,令氢与用氦稀释的氮分别通入一加热到570℃的以锶-铈-钇-钙钛矿多孔陶瓷(SCY)为固体电解质的电解池中,用覆盖在固体电解质内外表面的多孔钯多晶薄膜的催化,转化为氨,转化率达到78%;对比:几近一个世纪的哈伯法合成氨工艺通常转化率为10至15%!他们用在线气相色谱检测进出电解池的气体,用HCl吸收氨引起的pH变化估算氨的产率,证实提高氮的分压对提高转化率无效;升高电流和温度虽提高质子在SCY中的传递速度却因SCY导电率受温度限制,升温反而加速氨的分解。
(2) 天然固氮
①大气固氮
闪电能使空气里的氮气转化为一氧化氮,一次闪电能生成80~1500kg的一氧化氮。这也是一种自然固氮。自然固氮远远满足不了农业生产的需求。
②生物固氮
豆科植物中寄生有根瘤菌,它含有氮酶,能使空气里的氮气转化为氨,再进一步转化为氮的化合物。固氮酶的作用可以简述如下:
除豆科植物的根瘤菌外,还有牧草和其他禾科作物根部的固氮螺旋杆菌、一些原核低等植物——固氮蓝藻、自生固氮菌体内都含有固氮酶,这些酶有固氮作用。这一类属自然固氮的生物固氮。
注意事项:
氨对接触的皮肤组织都有腐蚀和刺激作用,可以吸收皮肤组织中的水分,使组织蛋白变性,并使组织脂肪皂化,破坏细胞膜结构。氨的溶解度极高,所以主要对动物或人体的上呼吸道有刺激和腐蚀作用,常被吸附在皮肤粘膜和眼结膜上,从而产生刺激和炎症。可麻痹呼吸道纤毛和损害粘膜上皮组织,使病原微生物易于侵入,减弱人体对疾病的抵抗力。氨通常以气体形式吸入人体,氨被吸入肺后容易通过肺泡进入血液,与血红蛋白结合,破坏运氧功能。进入肺泡内的氨,少部分为二氧化碳所中和,余下被吸收至血液,少量的氨可随汗液、尿液或呼吸排出体外。氨气泄露氨气泄露短期内吸入大量氨气后可出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、痰带血丝、胸闷、呼吸困难,可伴有头晕、头痛、恶心、呕吐、乏力等,严重者可发生肺水肿、成人呼吸窘迫综合症,同时可能发生呼吸道刺激症状。若吸入的氨气过多,导致血液中氨浓度过高,就会通过三叉神经末梢的反射作用而引起心脏的停搏和呼吸停止,危及生命。
长期接触氨气,部分人可能会出现皮肤色素沉积或手指溃疡等症状。
室内空气中氨气主要来自建筑施工中使用的混泥土添加剂。添加剂中含有大量氨内物质,在墙体中随着温度、湿度等环境因素的变化而还原成氨气释放出来。
混合物的分离和提纯(除杂)1. 分离与提纯的基本原理
(1)分离:就是用物理或化学的方法将混合物巾的各组分分开,并将物质恢复到原状态。
(2)提纯和除杂:用物理或化学的方法把混合物中的杂质除去而得到纯物质。在提纯过程中,如果杂质发生了化学变化,不必恢复成原物质。二者的方法在很多情况下是相似的,但分离比提纯的步骤要多,因为各组分均要保留,绎过化学反应使混合物中各组分经转化而分离后还要复原为原来的组分物质提纯和除杂过程中经常用到分离操作,二者有时又密不可分。
2.分离和提纯应遵循的原则
(1)不能“玉石俱焚”:即试剂一般要求与杂质反应,不与要保留的物质反应。但在特殊情况下,所加试剂可和保留物质应应,但最终要转化成需要保留的物质如除去FeCl
3,溶液中的NaCl,可加过量的NaOH溶液→过滤→洗涤→加适量稀盐酸。
(2)“不增““不减”:即不增加新的杂质,不减少要保留的物质如除去FeCl
3中的少量Fe
2(SO
4)
3应选用BaCl
2而不应选用Ba(NO
3)
2,否则发生反应3Ba(NO
3)
2+Fe
2(SO
4)
3==3BaSO
4↓+2Fe(NO
3)
3溶液中又增加了Fe(NO
3)
3.
(3)易分离:反应后,物质的状态不同,便于分离。
(4)不污染环境:即耍求所选用的除杂方法不能产生可污染环境的物质。
(5)不能“旧貌变新颜”:即除杂结束前,要恢复保留物质的原有状态。
常见除杂的方法:CO
2(O
2):将气体通过灼热的铜网
CO
2(H
2或CO):将气体通过灼热的氧化铜
O
2或CO
2或H
2(含H
2O):将气体通过浓硫酸或氧化钙或氯化钙等干燥剂
O
2或H
2或CO(含CO
2或SO
2):将气体通入氢氧化钠溶液中
Cu(含Fe或Mg或Zn):加入足量的稀盐酸或稀硫酸,过滤
Fe(含Cu):用磁铁将铁粉吸引出来
Cu(含CuO),Fe(含Fe
2O
3):高温下与H
2或CO反应
CuO(含Cu或C):在空气中灼烧
CaO(含CaCO
3):高温煅烧(CaCO
3分解成CaO和CO
2)
CaCO
3(含CaO):加足量水溶解,过滤,取滤渣
Ca(OH)
2(含CaO)加足量水
FeSO
4溶液(含H
2SO
4或CuSO
4),FeCl
2溶液(含盐酸或CuCl
2):加过量铁粉,过滤,取滤液
NaCl溶液(含Na
2CO
3):加适量稀盐酸
Na
2SO
4溶液(含CuSO
4):加适量 NaOH 溶液
酸、碱、盐溶液的除杂技巧:
1.被提纯物与杂质所含阳离子相同时,选取与杂质中的阴离子不共存的阳离子,再与被提纯物中的阴离子组合出除杂试剂。如除去Na
2SO
4溶液中的NaOH:可选用稀H
2SO
4溶液为除杂试剂(2NaOH+ H
2SO
4==Na
2SO
4+2H
2O)、除去KCl溶液中的 K
2SO
4:可选用BaCl
2溶液为除杂试制(K
2SO
4+BaCl
2 ==2KCl+BaSO
4↓,过滤除去)
2.被提纯物与杂质所含阴离子相同时,选取与杂质中阳离子不共存的阴离子,再与被提纯物中的阳离子组合出除杂试剂,如除去NaCl溶液中的BaCl
2:可选用 Na
2SO
4溶液为除杂试剂(BaCl
2+Na
2SO
4=BaSO
4↓ +2NaCl,过滤除去).再如除去KNO
3溶液中的AgNO
3:可选用KCl溶液为除杂试剂(AgNO
3+KCl=AgCl↓ +KNO
3,过滤除去)。
3.被提纯物质与杂质所含阴离子、阳离子都不相同时,应选取与杂质中阴、阳离子都不共存的阳、阴离子组合出除杂试剂。如:除去NaCl溶液中的CuSO
4:可选用Ba(OH)
2溶液为除杂试剂[CuSO
4+Ba(OH)
2= BaSO
4↓+Cu(OH)
2↓,过滤除去]。
分离和提纯的方法: 物质的分离和提纯有两种主要的方法,即物理方法和化学方法。实际上在实验过程中往往需通过综合法来进行。
(1)物理方法主要包括过滤,蒸馏,结晶
方法 |
适用范围 |
举例 |
注意事项 |
过滤 |
分离不溶性固体和液体 |
粗盐提纯 |
①过滤时要“一贴、二低,三靠”; ②必要时要洗涤沉淀物 |
结晶 |
利用混合物中各组分在某种溶剂中溶解度随温度变化不同的性质来分离提纯物质 |
分离氯化钠和硝酸钾混合物 |
①一般先配较高温度下的浓溶液,然后降温结晶: ②结晶后过滤,分离出晶体 |
蒸馏 |
沸点不同的液体混合物 |
石油的分馏 |
①温度计水银球在蒸馏烧瓶的支管口处; ②加沸石(或碎瓷片); ③冷凝管水流方向 |
(2)化学方法
除杂方法 |
除杂原理 |
应用实例 |
化气法 |
与杂质反应生成气体而除去 |
除Na2SO4中的NaCO3,可加适量稀盐酸 NaCO3+H2SO4==Na2SO4+CO2↑+H2O |
沉淀法 |
将杂质转化为沉淀过滤除去 |
除去NaCl中的Na2SO4.可加适量的BaCl2 Na2SO4+BaCl2==BaSO4↓+2NaCl |
置换法 |
将杂质通过置换反应而除去 |
c除去FeSO4中的CuSO4可加过量的铁粉 CuSO4+Fe==Cu+FeSO4 |
溶解法 |
将杂质溶丁某种试剂而除去 |
除C粉中的CuO粉末,可加适量稀盐酸,再过滤 CuO+H2SO4==CuSO4+H2O |
加热法 |
杂质受热易分解,通过加热将杂质除去 |
除CaO中的CaCO3可加热 CaCO3CaO+CO2↑ |
转化法 |
将杂质通过化学反应转化为主要成分 |
除去CO2中的CO,可将气体通过灼热的CuO CO+CuOCu+CO2 |
(3)综合法
在进行混合物的分离或提纯时,采用一种方法往往不能达到目的,而要采用几种方法才能完成,这就是综合法。综合法主要有三种:
①物理方法的综合:主要是溶解、过滤、蒸发、结晶等方法的结合:
②化学方法的综合:当某物质所含杂质不止一种时,通常需加入多种试剂除去(或分离)不同的物质。
③物理与化学方法的综合:当某物质所含杂质不止一种,且有能用物理方法除去(或分离)的杂质时,首先应考虑用物理方法除去一种或几种杂质,然后再用化学方法除去其余杂质。
(4)除杂方法的几个优化原则
①若同时有多种方法能除去杂质,要选择那些简单易行、除杂彻底的方法。
②应尽量选择既可除去杂质,又可增加保留物质的方法,即“一举两得”。
③先考虑物理方法,再用化学方法。
常见的混合物类型及分类与提纯的方法见下表:
混合物类型采用的方法 |
物理方法 |
化学方法 |
固—固混合 |
可溶—可溶 |
结晶 |
把杂质变成沉淀、气体等除去 |
可溶—不溶 |
过滤 |
—— |
不溶—不溶 |
— |
把杂质变成可溶物除去 |
固—液混合 |
过滤 |
—— |
液—液混合 |
—— |
把杂质变成沉淀,气体或被提纯物 |
气—气混合 |
—— |
把杂质变成固体、溶液或被提纯物 |