深化对氨的还原性的认识

一. 氨在纯氧中燃烧

氨不能在空气中燃烧，但可以在纯氧中燃烧：

（氧气置换氮气）。工业上制硝酸的氧化炉内，大部分氨发生催化氧化反应（生成NO），同时少部分氨发生上述氧化反应（生成N₂）

例1. 资料显示：“氨气可在纯氧中安静燃烧……”。某校化学小组学生设计图1装置（图中铁夹等夹持装置已略去）进行氨气与氧气在不同条件下反应的实验。

图1

（1）用装置A制取纯净、干燥的氨气，大试管内碳酸盐的化学式是________；碱石灰的作用是________。

（2）将产生的氨气与过量的氧气通到装置B（催化剂为铂石棉）中，用酒精喷灯加热：

①氨催化氧化的化学方程式是________；

试管内气体变成红棕色，该反应的化学方程式是________。

②停止反 应后，立即关闭B中两个活塞。一段时间后，将试管浸入冰水中，试管内气体颜色变浅，请结合化学方程式说明原因：________。

（3）将过量的氧气与A产生的氨气分别从a、b两管进气口通入到装置C中，并在b管上端点燃氨气：

①两气体通入的先后顺序是________，其理由是________。

②氨气燃烧的化学方程式是________。

解析：本题考查了NH₃的制取、NH₃的性质、化学平衡等知识点，特别考查了NH₃与O₂在不同条件下所发生的反应。只有认真分析各装置特点，注意实验中的细节问题，才能完整正确地解答本题。

（1）加热(NH₄)₂CO₃或NH₄HCO₃可以制取NH₃，但反应同时也产生了CO₂和H₂O，所以碱石灰的作用是吸收H₂O和CO₂。

（2）①NH₃在过量的O₂和催化剂的作用下被催化氧化为NO：

，因为O₂过量，生成的NO与氧化反应生成红棕色的NO₂：

。

②NO₂气体中存在下列平衡：

热量，降低温度平衡正向移动，部分红棕色NO₂转化为无色的N₂O₄，所以气体颜色变浅。

（3）①实验中应先通入O₂，后通入NH₃。若先通氨气，氨在空气中不能点燃，逸出造成污染。

②

二. 氨被氯气氧化

氨与氯气不能共存：

（1）

若氨过量，又有

（2）

总方程式为：

（3）

由反应方程式可知，若起始时Cl₂与NH₃的物质的量（体积）之比不同，则反应后剩余气体的成分和体积各异。命题时常依据该反应编拟综合性讨论型计算题。

例2. 某温度下，在体积一定的密闭容器中适量的NH₃（气）和Cl₂（气）恰好完全反应。若反应产物只有N₂（气）和NH₄Cl（固），则反应前后容器中压强比应接近于（ ）

A. 1：11 B. 11：1

C. 7：11 D. 11：7

解析：因为NH₃（气）和Cl₂（气）恰好完全反应，产物只有N₂（气）和NH₄Cl（固），应根据上述总反应的方程式计算。反应前后气体的物质的量之比为11：1，在同温、同体积时，容器中的压强之比也为11：1。选B。

三. 氨还原氧化铜

若将氨通过灼热的氧化铜，则发生反应：

。氨能还原CuO，此原理可应用于实验制备氮气，再进一步制取氮化镁等化合物；还可以根据此原理测定铜的近似相对原子质量、测定氨分子的组成（即氮氢原子个数比）等实验。

例3. 氨跟氧化铜反应可以制备氮气（

），而氮气跟镁在高温下反应可得到氮化镁，但氮化镁遇水即反应生成

和NH₃。下面是甲、乙两位学生提出的制备氮化镁的两种实验方案示意框图（实验前系统内空气已排除，图中箭头表示气体的流向）。

填空和回答问题：

（1）甲、乙两生提出的实验方案是否能制得氮化镁？（填“能”或“不能”）甲______，乙________。

（2）具体说明不能制得氮化镁的原因（如两个方案都能制得氮化镁，此小题不用回答）。

答：_________________。

解析：本题考查了学生处理信息和评价实验方案的能力，注意浓硫酸在装置中的作用和位置是解决问题的关键。

本题答案：

（1）甲不能，乙能；

（2）甲方案中反应产生的NH₃全部被H₂SO₄吸收，不能进行后续反应。

例4. 实验室用氨气还原氧化铜的方法测定铜的近似相对原子质量，反应的化学方程式为：

试回答：（1）如果选用测定反应物CuO和生成物H₂O的质量（

、

）时，请用图2仪器设计一个简单的实验方案：

图2

①仪器连接的顺序（用字母编号表示，仪器可重复使用）_________；

d中浓硫酸的作用是_______，_______；

实验完毕时观察到a中的现象是_________；

②列出计算Cu的相对原子质量的表达式___________；

③下列情况将使测定结果偏大的是________。（以下选择填空不限1个正确答案，均用字母编号填写）

（a）CuO未全部还原为Cu

（b）CuO受潮

（c）CuO中混有Cu

（2）如果仍采用上述仪器装置，其他方案可选用测定的物理量有__________。

（A）

和

 （B）

和

（C）

和

 （D）

和

解析：（1）①根据实验原理和要求，需要制备干燥的NH₃，再将NH₃通过加热的CuO，测定生成水质量，测定中要防止空气中的水蒸汽造成实验误差。所选的仪器连接的顺序应为：bcacd；d中浓硫酸的作用是吸收未反应的氨防止空气中水分进入干燥管；实验完毕时观察到a中的现象是固体由黑色转变为红色。

②根据化学方程式列式计算得Cu的相对原子质量的表达式为

。

③根据Cu的相对原子质量的表达式可知，当算式中CuO的质量比实际参加反应的质量大，水的质量比实际生成的水的质量小时，测定结果偏大。本题答案为（a）、（c）。

（2）如果仍采用上述仪器装置，可以测定的物理还有Cu的质量，联立CuO的质量或H₂O的质量都能求得Cu的相对原子质量。本题选（A）、（C）。

四. 氨还原NO、NO₂等氮的氧化物

氨与具有一定氧化性的NO、NO₂在一定条件下能发生如下反应：

（1）

（2）

通过归中反应使NO和NO₂转化成了无毒、无污染的N₂，因此，这是治理氮的氧化物造成的大气污染的理想方法之一。

例5. 在硝酸的生产过程所排放出来的气体中含有__________和________，它们污染环境，现用氨催化还原法将它们转化为无毒气体_______（填名称）直接排入空气中。写出有关的方程式___________。

假设_______和_______物质的量之比恰好为1：1，则两者的混合物相当于一种酸酐。写出用烧碱溶液吸收这种酸酐的方程式___________。

解析：硝酸的生产过程所排放出来的气体中含有NO和NO₂，它们能与NH₃发生归中反应生成氮气：

，

。

当NO和NO₂的物质的量之比为1：1时，两者的混合物相当于亚硝酸的酸酐N₂O₃，N₂O₃与NaOH反应的化学方程式为：

例6. 在一定条件下，NO跟NH₃可以发生反应生成N₂和H₂O。现有NO和NH₃的混合物1mol，充分反应后所得产物中，若经还原得到的N₂比经氧化得到的N₂多1.4g。

（1）写出反应的化学方程式并标出电子转移的方向和数目。

（2）若以上反应进行完全，试计算原反应混合物中NO与NH₃的物质的量可能各是多少。

解析：（1）

（2）6mol NO还原得到3mol N₂，4mol NH₃，氧化得到2mol N₂，两者相差1mol N₂。现相差1.4g，

，相当于0.3mol NO和0.2mol NH₃反应。

依题意NO和NH₃的总物质的量为1mol，其中必有一种为过量，所以有两种情况：

0.3mol NO和0.7mol NH₃；

0.2mol NH₃和0.8mol NO。