氨气的制取和性质实验的绿色化研究，本文主要内容关键词为：氨气论文,性质论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
氨气的制取和性质实验是高二化学[1]、中学化学教学法实验[2]甚至大学无机化学实验[3]中的一个重要实验。现行教材中的实验都是采用氯化铵与氢氧化钙混合直接加热来制取氨气，然后用另一套装置进行喷泉实验。由于反应有水生成，在加热时或停止加热后，所用大试管极易炸裂，尤其是学生实验，试管破损率达70%以上，造成浪费。针对存在的弊端，有文献报道以氢氧化钠替代氢氧化钙与铵盐反应[4,5]或以氨水与碱反应[6]来制取氨气，就避免操作过程中试管炸裂现象而言，不失为几种较为有效的改进措施。
本实验设计方案从绿色化学理念出发[7]，改用氧化钙和氯化铵反应来制取氨气，并将氨气的制备、收集和性质实验组合为一体，形成半封闭式装置，防止了氨气的外逸而造成的空气污染和人体危害，提高了喷泉实验的成功率。所用氧化钙价廉易得，避免了因使用氢氧化钙在固体混合及向大试管中装入时呛人、加热时试管极易炸裂、造成浪费等弊端。经反复验证及学生实验，这种实验新方法反应速率快、集气量大，喷泉实验持续有力，实验时间短，经济易行，实现了氨气的制备及性质实验的绿色化。
一、实验原理
氧化钙是碱性氧化物，加热条件下可与氯化铵反应产生氨气，同时又是良好的干燥剂，可及时吸收反应中产生的水而放出大量的热，有利于氨气的生成。有关反应如下：
二、实验用品
大试管(30mm×200mm)、酒精灯、铁架台、铝制烧瓶夹、双顶丝、圆底烧瓶(1000mL)、烧杯 (500mL)、调节夹、三通管、玻璃管、玻璃导管、尖嘴玻璃管、乳胶管、橡胶塞。
氧化钙、氯化铵、酚酞试剂、红色石蕊试纸，其中氧化钙在使用前烘干。
三、实验操作及现象
(1)按图1所示实验装置安装好仪器，打开调节夹B，用小橡胶塞塞住T型三通管的A管口，使长颈圆底烧瓶密闭。
图1
(2)检查气密性：用酒精灯加热大试管，若盛适量水的烧杯中有气泡产生，则装置气密性良好。
(3)取下大试管，按一定质量比装入经研细、混合均匀的氧化钙和氯化铵，在试管底部铺开，塞紧橡胶塞，固定好装置。
(4)从T型三通管的A管口取下橡胶塞，关闭调节夹B，使圆底烧瓶经T型三通管的A管口与大气相通。
(5)点燃酒精灯，给大试管加热，立即有大量的氨气产生，并通过导管进入圆底烧瓶，圆底烧瓶中的空气经A管排出。
(6)将湿润的红色石蕊试纸靠近A管口，若试纸变蓝色，证明圆底烧瓶中已集满氨气。
(7)打开调节夹B，塞住T型三通管的A管口，使圆底烧瓶与烧杯内水相通。
(8)待导管c中滞留的空气被排尽，过量的氨气经导管C通入烧杯中，待水中有气泡产生时，熄灭酒精灯。当无气泡逸出时，给盛水的烧杯中滴加 2～3滴酚酞试剂，搅匀。随着导管C内的氨气不断溶于水，使导管C内的液面会不断上升，最后进入圆底烧瓶，形成持续有力的红色喷泉。
四、结果与讨论
为了在较短的时间内收集到足够量的氨气，反应物CaO与
的质量比是实验的关键，反应物质量比不同，反应所需时间和喷泉实验的效果也不同。根据反应方程式(1)，CaO与完全反应其理论质量比约为1:2，由于反应中有水生成，因此 CaO须过量。最佳实验条件的选择和实验结果见表1。
表1 反应物质量比对喷泉实验效果的影响
实验结果表明：
(1)当CaO的用量小于5.0g，即小于理论质量的2倍（表1，序号1～3）时，加热时间较长且喷泉实验效果不明显。可能是由于CaO用量少，反应主要发生在式(1)和式(2)之间，故在单位时间内产生的氨气量少。
(2)当Ca0的用量为6.5g，即为理论质量的2.5倍（表1，序号5）时，加热时间短且喷泉实验效果最好。从反应方程式可以看出，反应发生在3个方程式之间，故能在较短的时间内产生大量的氨气。
(3)当CaO的用量大于8.0g，即大于理论质量的3倍（表1，序号7、8）时，加热时间需延长才能获得较好的喷泉实验效果。这可能是由于在固体混合物中的相对含量减少，因此CaO的用量不能太多。
五、结论
在以CaO既做反应物又做干燥剂的条件下，可以大大加快氨气生成的速率。在半封闭装置中将 6.5g CaO与5.0g研细混匀，直接加热3～ 4min，可收集1000mL氨气，继而形成持续、有力的喷泉。如需收集500mL氨气进行喷泉实验，可将 CaO和用量减半，同样可以获得满意效果。