高中 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 第3课时 NH3及常见气体的制备方法》教学设计

第3课时NH3及常见气体的制备方法[学习目标]1.掌握实验室制取NH3的方法。2.掌握实验室制取常见气体的原理、装置，收集、净化方法及制备方法的比较。任务一氨的实验室制法1．氨的实验室制法[交流研讨](1)实验室制取氨气时，碱不选用NaOH、KOH，其原因是什么？提示：原因是NaOH、KOH具有吸湿性，易结块，不利于产生氨气，在加热条件下还会腐蚀试管。(2)某同学根据铵盐受热分解的性质，认为可以采用加热NH4Cl来制备氨气，你怎么看？提示：不可以。NH4Cl分解得到NH3和HCl，两种气体在试管口遇冷反应又生成NH4Cl，得不到氨气。(3)实验室制取氨气时如何干燥氨气？能否使用氯化钙或浓硫酸干燥？为什么？提示：应该用碱石灰干燥。不能使用氯化钙或浓硫酸干燥，因为氯化钙或浓硫酸能与氨气反应。(4)并不是所有的铵盐分解都会产生氨，例如硝酸铵分解就不会产生氨。查阅资料可知，185～200℃时，硝酸铵分解得到两种氧化物，其中之一是水，请你写出该温度时硝酸铵分解的化学方程式（可不注明条件）。提示：硝酸铵分解的化学方程式为NH4NO3=N2O↑＋2H2O。2．实验室制取氨的简便方法简便方法装置反应原理加热浓氨水NH3·H2Oeq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋H2O浓氨水与固体烧碱或生石灰混合将浓氨水滴加到固态碱性物质（如CaO、NaOH、碱石灰等）上，消耗浓氨水中的水，同时反应放热，促进NH3·H2O分解产生NH31．在实验室里，某学习小组设计了下列制取纯净干燥氨气的方案，下列方案简易、可行的是()A．加热氯化铵固体，再通过碱石灰B．在氮气和氢气的混合气体中加入铁触媒，并加热至500℃，再通过碱石灰C．加热浓氨水，再通过浓硫酸D．在生石灰中加入浓氨水，再通过碱石灰答案：D2．实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置中，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、检验装置答案：B解析：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，A错误；③可用于NH3的发生装置，利用浓氨水和生石灰等制取NH3，B正确；②中的漏斗位置过低，不能防止倒吸，漏斗要紧贴水面，C错误；④的试管口应放一团干燥的棉花，减少NH3与空气的对流，D错误。任务二常见气体的制备方法比较1．常见气体的制备装置装置应用固体（或液体）＋液体eq\o(→,\s\up7(△))气体固体（＋固体）eq\o(→,\s\up7(△))气体固体（或液体）＋液体→气体[交流研讨]用上表中装置对应的字母填写下列空白：气体反应试剂及条件反应装置O2KMnO4或KClO3，加热Na2O2与H2O；H2O2与MnO2SO2Na2SO3与浓H2SO4Cu与浓H2SO4，加热Cl2浓盐酸与MnO2，加热浓盐酸与KMnO4H2稀盐酸与ZnCO2CaCO3与稀盐酸NH3NH4Cl与Ca(OH)2，加热浓氨水，加热浓氨水与CaO提示：BCCAACCCBAC2．气体的收集方法(1)一般方法收集方法收集气体的类型收集装置可收集的气体（举例）排水法难溶于水或微溶于水且不与水反应O2、H2、NO、CO等续表收集方法收集气体的类型收集装置可收集的气体（举例）排空气法向上排空气法密度大于空气且不与空气中的成分反应Cl2、SO2、NO2、CO2等向下排空气法密度小于空气且不与空气中的成分反应H2、NH3等(2)创新方法①从a管进气b管出水可收集难溶于水的气体，如H2、O2等。②若将广口瓶中的液体更换，还可以收集以下气体：换成饱和食盐水收集氯气，换成饱和碳酸氢钠溶液收集二氧化碳，换成四氯化碳（密度比水大，且与水不互溶）收集HCl或NH3。3．常用的防倒吸装置尾气处理时，有些气体要防倒吸，常见的防倒吸装置有：eq\a\vs4\al()实验室制备气体装置选择的基本思路1．（2024·云南开远高一期末）实验室里通过加热熟石灰与氯化铵的固体混合物来制备氨气。氨气密度小于空气，有刺激性气味。氨气极易溶于硫酸，下列氨气的制备、干燥、收集、检验的操作正确的是()答案：B解析：A．固体混合物加热制取氨气时，试管口应向下倾斜，故A错误；B．氨气为碱性气体，可用碱石灰干燥，故B正确；C．氨气的密度小于空气，应用向下排空气法收集，应短管进气长管出气，故C错误；D．氨气极易溶于水，直接通入硫酸中会引起倒吸，故D错误。2．如图为常用玻璃仪器组成的六种实验装置，均可根据不同的实验需要在其中加入不同的液体或固体试剂，请用适宜装置的字母完成下列填空：(1)既能用于收集Cl2，又能用于收集NO的装置是。(2)能用于干燥CO2气体的装置是_________________________________________。(3)在实验室制取Cl2并检验Cl2部分性质的实验中，用于除去Cl2中HCl杂质的最佳装置是________________________________________________________________________。(4)用于尾气吸收并能防止液体倒吸入反应装置中的是。(5)接在气体制备的连续实验装置中间，用于控制气流平稳的装置是。答案：(1)AB(2)AEF(3)A(4)ACE(5)D1．（2024·南昌高一检测）下列是中学化学中常见气体，只能用排水法收集的是()A．Cl2 B．HClC．SO2 D．NO答案：D2．下列装置能达到实验目的的是()A．用装置甲制备氨B．用装置乙除去氨中少量水C．用装置丙收集氨D．用装置丁吸收多余的氨答案：D解析：用装置甲制备氨时试管口应该略向下倾斜，A错误；氨能被浓硫酸吸收，不能用装置乙除去氨中少量水，B错误；氨密度小于空气，用向下排空气法收集，但收集气体装置不能密闭，不能用装置丙收集氨，C错误；氨极易溶于水，用装置丁吸收多余的氨可以防止倒吸，D正确。3．（2023·云南玉溪一中高一月考）用所给试剂与图示装置能够制取相应气体的是（夹持仪器略）()选项ABCDX中试剂浓盐酸双氧水浓硫酸浓氨水Y中试剂MnO2MnO2CuNaOH气体Cl2O2SO2NH3答案：B4．下列气体的制备和性质实验中，由现象得出的结论错误的是()选项试剂试纸或试液现象结论A浓盐酸、浓硫酸湿润的pH试纸变红HCl为酸性气体B浓盐酸、二氧化锰淀粉碘化钾溶液变蓝Cl2具有氧化性C浓氨水、生石灰湿润的红色石蕊试纸变蓝NH3溶于水显碱性D亚硫酸钠、硫酸品红溶液褪色SO2具有还原性答案：D解析：浓盐酸易挥发，浓硫酸难挥发，且浓硫酸稀释放热，可制备HCl气体，盐酸可以使pH试纸变红，故A正确；浓盐酸与二氧化锰加热可制备氯气，氯气可氧化KI生成碘，遇淀粉变蓝，故B正确；浓氨水与CaO混合可制备氨气，氨水显碱性，因此氨气使湿润的红色石蕊试纸变蓝，故C正确；亚硫酸钠与硫酸反应生成二氧化硫，二氧化硫可使品红溶液褪色，体现其漂白性，故D错误。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方程式：________________________________________________________________________________________________________________。(2)实验装置和所用样品都正确且能得到干燥氨气的是（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）。答案：(1)Ca(OH)2＋2NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))2NH3↑＋CaCl2＋2H2O(2)丙(3)在试管口放一片湿润的红色石蕊试纸，若试纸变蓝色，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）解析：(1)氯化铵与氢氧化钙在加热条件下反应生成氯化钙、氨气和水，反应的化学方程式为Ca(OH)2＋2NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))2NH3↑＋CaCl2＋2H2O。(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，可与浓硫酸反应生成硫酸铵或硫酸氢铵，故乙肯定收集不到氨气。课时测评6NH3及常见气体的制备方法（本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！）题点一氨气的制备1．下列制氨气的装置和所选试剂，错误的是()答案：C解析：A．该装置是固固加热型制取气体，试管口应略向下倾斜，A正确；B．浓氨水受热分解生成氨气，B正确；C．受热分解氯化铵固体得到氨气和氯化氢，二者在试管口冷却又反应生成氯化铵，不能制取氨气，C错误；D．氧化钙易吸水，同时放出热量加热体系，浓氨水分解出氨气，D正确；故选C。2．实验室制备气体后，在收集气体时，往往根据气体的性质选择不同的收集方法，下列收集NH3的方法正确的是()A．向上排空气法B．向下排空气法C．排水法D．向上排空气法或排水法答案：B解析：NH3是一种密度比空气小且极易溶于水的一种物质，所以实验室收集NH3时只能采用向下排空气法收集，不能采用向上排空气法或排水法收集。3．实验室常用如图装置制备氨气，下列试剂中最适宜代替NH4Cl的是()A．(NH4)2SO4B．NH4NO3C．(NH4)2CO3D．浓氨水答案：A解析：A．在加热的条件下硫酸铵可以和氢氧化钙反应生成氨气和硫酸钙，A正确；B．硝酸铵受热容易爆炸，B错误；C．碳酸铵受热分解生成氨气、水和二氧化碳，则氨气中会混入二氧化碳，C错误；D．浓氨水是液体，试管口不能向下，D错误。4．关于实验室制备并收集氨气的说法正确的是()A．试剂A是NH4Cl固体B．棉花的作用是防止收集的气体逸出C．用清洗后未经干燥的试管收集气体D．用湿润的红色石蕊试纸验满答案：D解析：A．NH4Cl固体受热分解生成NH3和HCl气体，但NH3和HCl气体在试管口会化合生成NH4Cl固体，堵塞导气管，NH4Cl固体加热分解法不适于实验室制备氨气，实验室常用加热NH4Cl和熟石灰固体混合物制备氨气，选项A错误；B．NH3收集时易与空气发生对流，试管口塞棉花的目的是防止NH3与空气对流，确保收集纯净NH3，选项B错误；C．氨气极易溶于水，未干燥试管会使氨气大量溶解，选项C错误；D．氨气是碱性气体，所以可用湿润红色石蕊试纸靠近试管口，若红色石蕊试纸变蓝，说明氨气已集满，选项D正确。题点二常见气体的制备方法5．下列气体中，既不能用浓硫酸干燥，又不能用碱石灰干燥的气体是()A．HBr B．NO2C．SO2 D．NH3答案：A解析：A．HBr是酸性气体，具有还原性，既不能用浓硫酸干燥，又不能用碱石灰干燥，A符合题意；B．NO2不能用碱石灰干燥，能用浓硫酸干燥，B不符合题意；C．SO2是酸性气体，能用浓硫酸干燥，不能用碱石灰干燥，C不符合题意；D．NH3是碱性气体，不能用浓硫酸干燥，能用碱石灰干燥，D不符合题意。6．下列气体在实验室中常用如图所示装置制备的是()A．Cl2 B．O2C．H2 D．NH3答案：A解析：A．二氧化锰和浓盐酸加热反应生成氯气，A正确；B．双氧水和二氧化锰反应制取氧气不需要加热，B错误；C．活泼金属和酸反应制取氢气不需要加热，C错误；D．浓氨水和氧化钙反应制取氨水不需要加热，且氯化铵和氢氧化钙反应制取氨气不能使用该装置，D错误。7．（2023·四川南充高一统考）关于实验装置与试剂选择，下列说法正确的是()A．装置①可用作MnO2与浓盐酸反应制Cl2的发生装置B．用装置②吸收NH3可防倒吸C．装置③可用于验证氨气在水中的溶解性D．装置④可用于收集NO2气体答案：C解析：A．MnO2与浓盐酸反应制Cl2的反应需要加热，A不正确；B．NH3易溶于水，装置②中的煤油不能起到防止倒吸的作用，所以装置②不可用于吸收NH3，B不正确；C．装置③中，往烧瓶内滴入水，看到气球体积膨胀，则表明烧瓶内气体压强减小，从而表明NH3易溶于水，所以装置③可用于验证氨气在水中的溶解性，C正确；D．NO2易与水反应生成HNO3和NO，所以装置④不可用于收集NO2气体，D不正确。8．用于干燥、收集并吸收多余尾气的装置如图，下列方案正确的是()选项X收集气体YA碱石灰NH3稀硫酸BP2O5Cl2NaOH溶液CP2O5H2NaOH溶液D碱石灰NONaOH溶液答案：B解析：A．氨气密度比空气小，收集时应“短进长出”，故A错误；B．五氧化二磷是酸性干燥剂，氯气用五氧化二磷干燥，氯气密度比空气大，收集时“长进短出”，尾气用氢氧化钠溶液吸收，注意防倒吸，故B正确；C．氢气密度比空气小，收集时应“短进长出”，多余的氢气不与氢氧化钠溶液反应，故C错误；D．NO和碱石灰不反应，NO和氧气反应生成二氧化氮，NO不能用排空气法收集，NO不与氢氧化钠溶液反应，故D错误。9．（2023·广州白云中学高一期中）实验室可以用如图所示装置制备、干燥、收集气体的是()A．以MnO2、浓盐酸为原料，制备Cl2B．以石灰石、盐酸为原料，制备CO2C．以氯化铵和熟石灰两种固体为原料，加热制备NH3（碱性气体）D．以锌粒、稀盐酸为原料，制备H2答案：B解析：A．以MnO2、浓盐酸为原料，制备Cl2需要加热，缺少加热装置，A错误；B．以石灰石、盐酸为原料，制备CO2，固体、液体不加热制备气体，CO2密度比空气大，采用向上排空气法收集，且收集时“长进短出”，尾气用NaOH溶液吸收，B正确；C．以氯化铵和熟石灰两种固体为原料，加热制备NH3（碱性气体），该装置不是固固加热制备气体的装置，且氨气和浓硫酸反应，不能用浓硫酸干燥，C错误；D．以锌粒、稀盐酸为原料，制备H2，H2密度比空气小，应该采用向下排空气法收集H2，或收集时“短进长出”，尾气不与NaOH溶液反应，D错误。10．（2024·湖北宜昌高一期中）实验室模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3，反应原理为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl（NH3极易溶于水）。下列说法正确的是()A．装置A中使用“多孔球泡”的作用是防止倒吸B．装置B中X溶液为饱和Na2CO3溶液，主要作用是吸收混合气中的HClC．装置C中发生反应的离子方程式为COeq\o\al(2-,3)＋2H＋=CO2↑＋H2OD．利用锥形瓶中所得物质制备Na2CO3固体，还需经历过滤、洗涤、干燥及焙烧等过程答案：D解析：A．使用“多孔球泡”可增大气体与溶液的接触面积，加快NH3的吸收速率，不能防止倒吸，A项错误；B．Na2CO3溶液与CO2、HCl均能发生反应，X溶液应为饱和NaHCO3溶液，B项错误；C．装置C中发生反应的离子方程式为CaCO3＋2H＋=Ca2+＋CO2↑＋H2O，C项错误；D．NaHCO3固体受热分解得到Na2CO3固体，利用锥形瓶中所得NaHCO3制备Na2CO3固体时，需进行过滤、洗涤、干燥及焙烧等过程，D项正确。11．室温下，用收集到的氯气与氨按如图所示装置进行实验（实验前K1、K2关闭）。(1)为使两种气体充分混合，气体a是（填化学式）。(2)填充下列表格：操作步骤实验现象解释原因打开K1，缓缓推动注射器活塞，向试管中注入气体a（约是气体b的3倍），关闭K1，恢复室温试管内出现白烟并在试管内壁凝结①反应的化学方程式为________________________________________________________________________打开K2②_______________________③_______________________答案：(1)NH3(2)①8NH3＋3Cl2=N2＋6NH4Cl②烧杯中的水倒吸入试管中③该反应是气体体积减小的反应，试管内压强降低，在大气压的作用下烧杯中的水发生倒吸解析：(1)为使两气体充分混合，则应将密度小的NH3从注射器经长导管进入试管底部，NH3上升的过程中，与Cl2充分混合。(2)打开K1，缓缓推动注射器活塞，向试管中注入约3倍于b气体的a气体，氨过量；关闭K1，恢复室温，试管中可观察到的现象是生成白烟，而后有白色固体凝结在试管内壁，发生反应的化学方程式为8NH3＋3Cl2=N2＋6NH4Cl。再打开K2，可观察到的现象是烧杯中的水倒流进入试管中，原因是该反应是气体体积减小的反应，试管内压强降低，在大气压的作用下烧杯中的水发生倒吸。12．（2023·山东菏泽高一期末）氮化铬(CrN)难溶于水，常用作耐磨涂层。添加到机械部件能够增强它们的润滑性和耐磨损性。实验室可用无水氯化铬(CrCl3)与氨气在高温下反应制备，装置如图所示（夹持与加热装置省略）。已知无水CrCl3易潮解，高温下能被氧气氧化。回答下列问题：(1)连接以下部分装置制取干燥的NH3，相应的连接顺序是→→（填接口字母编号，按气流从左到右的方向）。(2)实验开始时，通入NH3一段时间后再加热装置A，目的是________________________________________________________________________。(3)装置A玻璃管中产生大量白烟，则A中发生反应的化学方程式为_______________________________________________