制取氨气的实验改进

总第360期2021年4月实验教学与技术装备氨气的制取及性质检验一体化实验康泽伟 崔晓曼摘　要：通过一体化实验设计将氨气的制取、氨气的性质检验融合为一个综合实验，有利于学生对氨气进行综合分析，并逐步形成研究物质的一般思路和方法，激发学生学习化学的兴趣。

实验操作简单，绿色环保，适宜学生分组实验，培养学生科学探究与创新意识等学科核心素养。

关键词：氨气制备；性质检验；一体化；改进作者简介：康泽伟，硕士，二级教师；崔晓曼，本科，一级教师。

天津市静海区静海县第四中学，301600基金项目：天津市教育学会“十四五”教育科研规划课题《优化教学环节培养学生化学核心素养的实践研究》。

一、实验背景及问题提出氨气的制备及性质检验实验是人教版《化学(必修2)》第五单元第二节《氮及其化合物》的必做实验[1]，采用现行新课程标准教材所述的方法进行实验存在三方面的问题：一是需要事先收集好若干瓶氨气待用，准备时间较长，为开展实验增添了阻力。

二是喷泉实验效果有时不理想。

由于氨气易扩散，在制取和收集时，操作稍有不当就会有氨气泄漏，造成环境污染，且使用时容易使得喷泉效果不理想甚至实验失败；经典实验方法对氨气和收集氨气的装置的干燥程度要求高，稍有水分就易导致实验失败。

三是氨气的制备实验和性质检验实验大多需要分开进行。

基于以上问题，笔者设计了一体化实验装置[2-4]。

二、实验用品(1)实验仪器：250 mL 圆底烧瓶、铁架台、玻璃导管、橡胶导管、止水夹2个、250 mL 烧杯2个、500 mL 烧杯1个、药匙1个、红色石蕊试纸、5 mL 注射器3支、20 mL 注射器2支、改进双孔塞1个。

(2)实验药品：浓氨水、浓盐酸、氢氧化钠、酚酞溶液。

三、实验操作1.安装实验装置将两根带有止水夹的导管插入圆底烧瓶，呈一短一长放置，长管用于排水，倒吸形成喷泉，短管用于向下排空气并验满，注射器针头穿过胶塞呈悬空状态。

2.气密性检验关闭止水夹a ，打开止水夹b ，使用20 mL 注射器向圆底烧瓶内注入气体，产生连续的气泡，当向后拉动注射器活塞时，短导管内液面上升且一段时间内液面不下降证明气密性良好。

氨的制取和性质实验探讨
一、制取氨
1.原料：将合适量的精纯氯化铵、碳酸氢钠和硫酸铵加到实验瓶中，搅拌均匀。

2.加热：将加入的实验瓶放在一个已加热的间接加热器上进行加热，加热时要缓慢，防止溶液煮沸。

3.分离：待反应溶液放凉后，分离出以氯化铵和碳酸氢钠为主要成分的上清液，盛转label入绝热瓶中，同时把沉淀分离键滤，留出残留液。

4.结晶：将残留液分离时倚板加入适量的浓硫酸，在水浴锅中加热，待待合成液混汤时，显出有一白色悬浮物，即为氨晶代表，立即停止加热，搅拌均匀，冷却放凉，然后放入冰水中冷却，即可收集到氨结晶。

二、氨的性质实验
1.色谱分析：用氨溶液和一定浓度的稀硫酸以及一定温度和一定压力进行色谱分析，从而使氨在实验室中测定其有效成分含量。

2.uv光谱分析：将氨溶液在一定温度下放置在紫外线灯下，采用uv紫外光谱分析，可测定氨在紫外线灯下的放出量和吸收量，从而得出它的性质。

3.氨气测定：将一定的稀氨溶液在一定的温度和压力条件下煤气中进行加热，将煤气中的氨气逐步增加，然后通过火花电离法测定氨在煤气中的含量，以此来测定氨的性质。

4.酸度测定：将氨溶液在一定的室温下加入适量的洗碱液，通过盐酸和苯酚的反应，用 pH 试纸测定氨的酸度，从而测定出氨溶液的性质。

制氨实习总结在制氨的实习期间，我参与了制氨生产过程中的多个环节，并学到了许多实际的操作技巧和知识。

通过实际操作和观察，我对制氨的原理和工艺有了更深入的了解。

首先，在制氨的前期工作中，我学到了氨气的危害性及安全措施。

由于氨气具有刺激性和腐蚀性，对皮肤、眼睛和呼吸系统有伤害，因此在操作过程中必须戴上防护装备，如护目镜、手套和防护服。

同时，我还学会了使用氨气检测仪器，确保操作环境中氨气浓度不超过安全范围。

其次，在制氨的过程中，我了解到了气化反应和合成反应的关键步骤。

气化反应是将天然气和空气混合进入反应器中，在高温和高压下使气体分子发生化学反应，生成混合气体。

合成反应则是将混合气体与催化剂接触，通过相互作用作用生成氨气。

在实际操作中，我掌握了控制反应温度、压力和气体流量的技巧。

通过调节控制阀，我能够控制反应器内的温度和压力，保证反应的进行。

同时，我还学会了根据反应过程中氨气的产生速度，适时调整气体流量，确保反应的高效进行。

此外，在实习期间，我还学到了制氨中的设备操作和维护。

例如，我掌握了反应器的装填和清洗方法，了解了催化剂的更替和检修操作。

我还了解了制氨装置的常见故障及解决方法，培养了故障排除和维修设备的能力。

总的来说，通过制氨的实习，我不仅加深了对制氨原理和工艺的理解，更掌握了实际操作技巧和设备维护知识。

这些知识和技能对我今后的学习和工作将有着重要的帮助。

在实习期间，我也意识到安全意识的重要性，在以后的工作中将更加注重操作安全，并严格遵守安全操作规程，保证自己和他人的安全。

一、实验目的1. 熟悉氨气制备的原理和方法。

2. 掌握氨气的性质和实验室安全操作规程。

3. 提高化学实验技能和数据处理能力。

二、实验原理氨气（NH3）是一种无色、有刺激性气味的气体，具有强烈的还原性。

实验室常用固体氯化铵（NH4Cl）与固体氢氧化钙（Ca(OH)2）反应制备氨气。

反应方程式如下：2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3↑ + 2H2O三、实验仪器与试剂1. 仪器：锥形瓶、酒精灯、试管、试管夹、玻璃棒、铁架台、集气瓶、橡胶塞、水槽、毛玻璃片、滴管、天平等。

2. 试剂：固体氯化铵、固体氢氧化钙、稀盐酸、氢氧化钠、硫酸铜溶液、氨水等。

四、实验步骤1. 准备工作：将固体氯化铵和固体氢氧化钙分别称量，准确到0.1g。

2. 氨气制备：将称量好的固体氯化铵和固体氢氧化钙放入锥形瓶中，用玻璃棒搅拌均匀。

3. 加热反应：将锥形瓶放置在铁架台上，用酒精灯加热锥形瓶底部，观察反应情况。

当观察到有大量气泡产生时，表示氨气开始生成。

4. 收集氨气：将集气瓶倒置于水槽中，用毛玻璃片封住锥形瓶口，待氨气充满集气瓶后，用橡胶塞封住集气瓶口。

5. 氨气性质实验：取一支试管，加入少量稀盐酸，将集气瓶中的氨气导入试管中。

观察是否有大量气泡产生，证明氨气具有还原性。

6. 氨水制备：取一支试管，加入少量氢氧化钠溶液，将集气瓶中的氨气导入试管中。

观察氨水是否生成，证明氨气溶于水形成氨水。

7. 氨气实验结束：将实验装置拆解，清理实验台。

五、实验数据记录与处理1. 氯化铵质量：m(NH4Cl) = 0.5g2. 氢氧化钙质量：m(Ca(OH)2) = 0.5g3. 氨气生成量：V(NH3) = 100mL4. 氨气密度：ρ(NH3) = 0.77g/L5. 氨气摩尔质量：M(NH3) = 17g/mol根据实验数据，计算氨气的物质的量：n(NH3) = m(NH3) / M(NH3) = 0.77g / 17g/mol = 0.045mol六、实验结果与分析1. 实验过程中，观察到氯化铵和氢氧化钙混合后，加热产生大量气泡，证明氨气成功制备。

氨气的制取及其性质检验实验的改进作者：陈昭玉来源：《中小学班主任》 2019年第10期陈昭玉化学是一门以实验为基础的学科，化学实验的科学性、安全性对于激发学生学习化学的兴趣，培养严谨认真的科学态度，提高动手操作能力和创新能力有着极其重要的意义。

现行人教版高中《化学》必修一教材中，将“氨气的制取及其性质检验实验”分为三个实验进行，既耗时又费力，氨气容易泄漏，污染环境，影响师生健康，制取过氨气的试管容易炸裂，造成资源浪费。

根据这些不足，笔者设计了一套既安全又环保，具有观赏性、趣味性的实验装置。

1.实验原理在教材中，用NH4Cl和Ca(OH)2固体加热制取氨气，产生氨气速度慢，加热过的试管容易炸裂。

因此，笔者改用浓氨水与氢氧化钠固体混合制取氨气，快捷、不需要加热，制得氨气的浓度较大，非常适合喷泉实验。

氢氧化钠固体溶于浓氨水中的水，放出大量的热，产生氢氧根离子，使氨气的溶解度降低，促使平衡向右移动，为一水合氨分解产生氨气提供条件。

2.实验仪器及试剂250mL蒸馏烧瓶2个、50mL烧杯1个、500mL烧杯1个、250mL锥形瓶1个、分液漏斗1个、小气球1个、Y型管1根、双孔橡皮塞3个、铁架台2套、胶头滴管2支、止水夹4个、药匙1个、玻璃导管若干、橡皮导管若干等；浓氨水、氢氧化钠固体、浓盐酸、蒸馏水、酚酞试剂、红色石蕊试纸。

3.实验目的（1）认识氨气及其性质。

（2）初步学会氨气的检验。

（3）通过氨气的喷泉实验感受化学实验的美，激发学习化学的兴趣，联系氨气的喷泉实验原理，体会相关的自然现象和人工现象。

（4）将氨气的制取、收集和物理、化学性质的实验合二为一，做到实验简单、操作方便、现象明显、效果良好。

（5）重视环境教育，树立环保意识。

4.实验仪器装置图5.实验操作（1）检查装置的气密性：按照上图组装仪器，关闭分液漏斗活塞，关闭K2、K4，打开K1、K3，向50mL烧杯加水至浸没导管口，用热毛巾裹住发生装置的蒸馏烧瓶，一会儿，烧杯出现气泡，松开热毛巾，烧杯上面的导管出现一段水柱；同理，关闭K3，打开K4，用热毛巾裹住发生装置的蒸馏烧瓶，一会儿，锥形瓶上的小气球变胀，松开热毛巾，小气球变瘪，说明整套装置的气密性良好。

氨气的制备和性质的实验设计【实验教学目标】1、使学生知道氨气的工业制法和主要用途。

2、使学生了解实验室里制取氨气的一般原理并直观地感受并掌握氨气的主要性质。

3、通过实验探索过程体验，培养学生的自主研究精神和创新、归纳自学能力。

【实验教学重点】氨气的制备原理和氨气的物理、化学性质【实验设计意图】氨气的制取及性质实验是中学化学实验教学的重点之一。

由于氨气极易溶于水，不能采用排水集气法收集氨气，通常用向下排空气法收集氨气，但收集到的氨气不纯，氨气浓度不大，会影响氨气的喷泉实验效果；氨气具有刺激性恶臭的气味，在实验过程中氨气很容易逸出，污染空气，同时也浪费药品。

对氨气的性质实验上，教材只是在传统意义上设计了氨气的喷泉实验，使指示剂变色及与HCl反应。

但对于氨中氮元素的化合价为-3，在一定条件下有失去电子的倾向而显还原性只是在理论上进行分析，在催化剂的作用下被氧化的实验要求比较高，实验的难度比较大，且实验的次数较多的需要搭建仪器需要消耗宝贵的课堂时间。

为了解决以上问题，特设计了一套氨气的制取及性质实验装置并探究氨气的性质。

一、实验原理利用浓氨水和生石灰作用产生氨气：NH3·H2O=== NH3↑+ H2O再在加热条件下用氨气还原氧化铜：2NH3 + 3CuO === N2 + 3Cu + 3 H2O 二、仪器药品微型气体实验仪、塑料滴管、微型具支烧瓶、酒精灯、带弯头导管的单孔橡皮塞、烧杯、胶皮管等。

浓氨水，生石灰(新制)，氧化铜，浓盐酸，酚酞溶液，FeCl3溶液。

三、实验装置（见下图1、2）图1剪去塑料滴管的下部图2 氨气的组合实验装置图四、操作步骤和实验现象1、检查装置的气密性如图1所示，取一支塑料滴管，用剪刀剪去滴管胶头底部。

然后按照图2所示组装连接仪器，把剪去底部的塑料滴管向下插入水面以下，过一会儿，如果滴管内的水面明显低于烧杯内的水面，说明装置不漏气；反之如果二者水面相平，说明装置漏气。

氨气的实验室制取及性质的研究1．氨气的实验室制法（1）用铵盐和碱制取①实验装置②实验分析（2）用浓氨水制取2．喷泉实验中学教材中喷泉实验装置如上图所示。

实验操作是：打开橡皮管上的夹子，挤压滴管的胶头，则烧杯中的水由玻璃管进入烧瓶，形成喷泉。

（1）喷泉实验的原理因为烧瓶内气体易溶于水或易与水反应，使瓶内压强减小，形成压强差，大气压将烧杯中的水压入烧瓶而形成喷泉。

（2）能形成喷泉的条件从原理上讲，气体要易溶于水或易与水反应，以形成足够大的压强差；从实验条件上讲，烧瓶内气体要充满，气体和仪器均要干燥，装置的气密性要好。

（3）形成喷泉的气体与液体组合①极易溶于水的气体(NH3、HCl等)与水可形成喷泉；②酸性气体与NaOH溶液组合能形成喷泉。

（4）喷泉实验成功的关键①盛气体的烧瓶必须干燥；②气体要充满烧瓶；③装置不能漏气(实验前应先检查装置的气密性)；④所用气体能大量溶于所用液体或气体与液体能快速反应。

（5）常见的喷泉实验装置喷泉实验的本质是形成压强差而引发液体上喷，为此可设计多种不同的装置和采用不同的操作(如使气体溶于水、热敷、生成气体、发生气体体积减小的反应等)来产生喷泉。

装置Ⅰ：打开止水夹，挤压胶头滴管的胶头，使少量水进入烧瓶，导致大量的NH3溶解。

烧瓶内形成负压而产生喷泉。

装置Ⅱ：挤压气球，即可使少量的溶液沿导管进入烧瓶，导致大量的NH3溶解，烧瓶内形成负压而产生喷泉。

装置Ⅲ：去掉了胶头滴管。

打开止水夹，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨气受热膨胀，使氨气通过导管与水接触，即产生喷泉。

(或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶，烧瓶内氨气溶于水)装置Ⅳ：在锥形瓶中加入能产生气体的物质，使锥形瓶内气体的压强明显增大，将液体压入烧瓶而产生喷泉。

装置Ⅴ：在水槽中加入使水温度升高的物质，致使锥形瓶内酒精因升温而挥发，锥形瓶内气体压强增大而产生喷泉。

装置Ⅵ：向烧瓶中通入H2S(或SO2)，然后通入SO2(或H2S)，有淡黄色粉末状物质生成，瓶内壁附有水珠，NaOH溶液喷到烧瓶内。