一、氨水的特性
氨水,指氨的水溶液,有强烈刺鼻气味,具弱碱性。氨水中,氨气分子发生微弱水解生成氢氧根离子及铵根离子。氨在水中的电离可以表示为:NH3+H2O ⇌ NH3·H2O ⇌ NH4++ OH-, 反应平衡常数Kb=1.8×105。1M氨水的PH值为11.63,大约有0.42%的NH3变为NH4+。氨水是实验室中氨的常用来源。它可与含铜离子的溶液作用生成深蓝色的配合物,也可用于配置银氨溶液等分析化学试剂,熔点-77.75℃。溶于水、乙醇和乙醚。在高温时会分解成氮气和氢气,有还原作用。有催化剂存在时可被氧化成一氧化氮。用于制液氮、氨水、硝酸、铵盐和胺类等。
氨水易挥发出氨气,随温度升高和放置时间延长而挥发率增加,且随浓度的增大挥发量增加
氨水有一定的腐蚀作用,碳化氨水的腐蚀性更加严重。对铜的腐蚀比较强,钢铁比较差,对水泥腐蚀不大。对木材也有一定腐蚀作用
氨水中存在些化学平衡,因此仅有一小部分氨分子与水反应而成铵离子和氢氧根离子OH-,故呈弱碱性。另外,氨水的弱碱性,能使无色酚酞试液变红色,能使紫色石蕊试液变蓝色,能使湿润红色石蕊试纸变蓝。实验室中常用此法检验NH3的存在。还能与酸反应,生成铵盐。浓氨遇到与挥发性酸(如浓盐酸和浓硝酸)就会产生白烟,如果遇到不挥发性酸(如硫酸、磷酸)就不会有这种现象。
氨水是很好的沉淀剂,它能与多种金属离子反应,生成难溶性弱碱或两性氢氧化物。
氨水与Ag+、Cu2+、Cr3+、Zn2+等发生络合反应。
见氨水光受热易分解成NH3和水。实验室氨水应密封在棕色或深色试剂瓶中,并放在冷暗处。
氨水有弱的还原性,可用于SNCR或SCR工艺,也可被强氧化剂氧化。
氨水接触下列物质能引发燃烧和爆炸:三甲胺、氨基化合物、醇类、醛类、有机酸酐、烯基氧化物等。
二、氨水普遍的实验室制法
1、固体铵盐制取
加热固体铵盐和碱的混合物
反应原理:2NH4Cl+Ca(OH)2= CaCl2+2NH3↑+2H2O
反应装置:固体+固体加热制气体装置。包括试管、酒精灯、铁架台(带铁夹)等。(见图一)
收集装置: 向下排空气法,验满方法是用湿润的红色石蕊试纸置于试管口,试纸变蓝色;或将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口,有白烟产生。
尾气装置:收集时,一般在管口塞一团棉花球,可减少NH3与空气的对流速度,收集到纯净的NH3。
三、应用化学平衡移动原理改进实验室制取氨气的方法
反应原理:浓氨水中存在以下平衡:
NH3+H2O ⇌ NH3·H2O ⇌ NH4+ + OH-, (1)
浓氨水中大量NH3·H2O(一水合氨)
NH3·H2O ⇌ NH3+H2O (2)
可以分解成氨气和水,这是一个可逆反应。
NH3·H2O ⇌ NH4﹢+ OH﹣ (3)
一水合氨在水中可电离出铵根和氢氧根,这也是可逆反应。
当加入氢氧化钠时,氢氧化钠提供大量氢氧根,可逆反应(3)向左边进行(铵根和氢氧根结合生成一水合氨)生成一水合氨,一水合氨多了可逆反应(2)向右边进行,分解出氨气和水。反应装置见图二, 收集装置、尾气装置及原理与固体铵盐制取氨气相同。
四、装置改进的意义和作用
1、可根据实验需要,控制NH3的生成量。
由于NaOH是放置在园底烧瓶中,与之反应的NH3·H2O是装在分液漏斗中的,我们在实验中完全可以根据实验中NH3的需要量,通过调节分液漏斗的活塞控制NH3•H2O的量的加入,控制NH3的产生量,从而达到少污染或零污染的目的。
2、佐证化学平衡移动原理
勒夏特列原理(又称平衡移动原理)认为: 在一个已经达到平衡的反应中,如果改变影响平衡的条件之一(如温度、压强,以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。当打开分液漏斗旋钮,NH3•H2O进入园底烧瓶中,NH3•H2O电离出的水溶解NaOH物质,从而使得(1)的原平衡体系中OH﹣离子浓度增大,平衡被打破,化学反应向逆反应方向进行,也即朝(2)的反应方向进行,从而得到实验所需的NH3。从而用实验事实证明了勒夏特列原理的正确性。
四、应用氨气的性质做可做如下有趣实验,可提高学生学习兴趣和积极性
1、空瓶生烟:用滴管取几滴浓氨水,滴在玻片上,迅速盖在集气瓶上,上下振荡几下。浓氨水易挥发,形成一瓶氨气。同理,制得一瓶氯化氢气体。将两只带磨口玻片的集气瓶口对口放置,抽去两块玻片。集气瓶内产生大量的白烟。此白烟为氨气与氯化氢化合而成的氯化氨的固体小颗粒。
原理: NH3 + HCl = NH4Cl
可用该反应检验氨气管道是否泄露。同样也可以用浓氨水检验化氢管道是否泄露。即可以用于氨气和氯化氢的相互检验。
2、喷泉实验:按图3所示,把装有干燥氨气的烧瓶、长玻璃管、预先吸入水的胶头滴管、盛水的烧杯(滴加少量的酚酞试液)搭好。先打开橡皮管上的弹簧夹,无明显现象;再关闭弹簧夹,挤压滴管的胶头,使少量水进入烧瓶,打开弹簧夹。
现象:看到美丽的红色喷泉。烧杯里的水由玻璃管进入烧瓶,形成喷泉;烧瓶内液体呈红色,而烧杯内液体仍为无色。
原理:氨气极易溶于水(1:700),烧瓶内原先装满了氨气,当用滴管挤进去少量的水后,烧瓶内的氨气溶于挤进去的少量水,使得烧瓶内压强迅速减小。烧瓶内外形成一个压强差,从而外界大气压把水压到烧瓶里了。
参考文献:
[1] 黄惠.化学平衡移动原理在生活中的应用[J],化学自习室,2019,(8)
[2]蔡德友.氨的教学设计[EB/OL], https://wenku.baidu.com/view/5e7f1c9d0a1c59eef8c75fbfc77da26924c59600.htm