氨与铵盐

概览

氨气（$\ce{NH3}$）是氮的 $-3$ 价氢化物，极易溶于水（喷泉实验）、显碱性、具有还原性，是高中最重要的气体之一。本章重点：喷泉实验原理、$\ce{NH3}$与水/酸的反应、氨的催化氧化、实验室制氨，以及铵盐的不稳定性与$\ce{NH4+}$ 的检验。

核心概念

1. 氨气的物理性质

• 无色、有刺激性气味的气体，密度比空气小。
• 极易溶于水（常温下 $1$体积水约溶解$700$体积$\ce{NH3}$）。
• 极易液化（液氨气化时吸收大量热，用作制冷剂）。
• 有毒（对人体有刺激作用）。

2. 喷泉实验

• 原理：$\ce{NH3}$ 极易溶于水，使烧瓶内气体急剧减少、压强急剧减小，外界大气压将烧杯中的水压入烧瓶，形成喷泉。
• 现象：烧杯中的水迅速进入烧瓶，形成红色喷泉（水中预先滴入酚酞）。
• 应用：能形成喷泉的气体需满足"极易溶于水"（如 $\ce{NH3}$、$\ce{HCl}$、$\ce{SO2}$、$\ce{NO2}$等）或与溶液中物质快速反应（如$\ce{CO2}$+$\ce{NaOH}$ 溶液）。

喷泉实验的定量

若烧瓶充满 $\ce{NH3}$ 且全溶于水，最终溶液充满烧瓶，$c(\ce{NH3·H2O}) \approx \dfrac{V/22.4\ \mathrm{L\cdot mol^{-1}}}{V\ \mathrm{L}} = \dfrac{1}{22.4}\ \mathrm{mol/L}$（忽略体积变化）。

化学性质

1. 与水反应（氨水）

$$\ce{NH3 + H2O <=> NH3·H2O <=> NH4+ + OH-}$$

• 氨水显碱性（一水合氨 $\ce{NH3·H2O}$ 是弱碱，部分电离）。
• $\ce{NH3·H2O}$ 不稳定，受热分解：$\ce{NH3·H2O ->[Δ] NH3 ^ + H2O}$。
• 氨水中含有的粒子：$\ce{NH3·H2O}$、$\ce{NH3}$、$\ce{H2O}$、$\ce{NH4+}$、$\ce{OH-}$、$\ce{H+}$（极少）。

2. 与酸反应

• 与盐酸：$\ce{NH3 + HCl -> NH4Cl}$（产生白烟）
• 与硝酸：$\ce{NH3 + HNO3 -> NH4NO3}$（白烟）
• 与硫酸：$\ce{2NH3 + H2SO4 -> (NH4)2SO4}$

现象"白烟"用于检验 $\ce{NH3}$（用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近，产生白烟 $\ce{NH4Cl}$）。

3. 还原性（$\ce{-3 -> 0}$ 或更高）

• 催化氧化（工业制硝酸第一步）： $$\ce{4NH3 + 5O2 ->[Pt][Δ] 4NO + 6H2O}$$
• 与氯气：$\ce{8NH3 + 3Cl2 -> N2 + 6NH4Cl}$（$\ce{NH3}$ 既被氧化又生成盐）
• 与氧化铜：$\ce{2NH3 + 3CuO ->[Δ] N2 + 3Cu + 3H2O}$

4. 与盐溶液反应（生成配合物）

$$\ce{CuSO4 + 4NH3·H2O -> [Cu(NH3)4]SO4 + 4H2O}$$

（深蓝色溶液，$\ce{Cu^{2+}}$ 的特征检验之一，见 常见离子的检验方法。）

氨的实验室制法

$$\ce{2NH4Cl + Ca(OH)2 ->[Δ] CaCl2 + 2NH3 ^ + 2H2O}$$

要点	说明
药品	氯化铵 + 消石灰（熟石灰 $\ce{Ca(OH)2}$）
装置	固固加热（试管口略向下倾斜）
收集	向下排空气法（$\ce{NH3}$ 密度小于空气、极易溶于水不能用排水法）
干燥	碱石灰（不能用浓硫酸——会反应；不能用无水 $\ce{CaCl2}$——生成 $\ce{CaCl2·8NH3}$ 加合物）
验满	湿润的红色石蕊试纸置于瓶口，变蓝
尾气处理	用水（防倒吸，可用倒扣漏斗）

不能用 $\ce{NH4NO3}$、$\ce{(NH4)2SO4}$ 代替？

受热易分解或产物不理想；实验室常用 $\ce{NH4Cl}$与$\ce{Ca(OH)2}$。另外不可用 $\ce{NaOH}$代替$\ce{Ca(OH)2}$（吸水结块、产率低）。

铵盐

• 定义：由 $\ce{NH4+}$（铵根）与酸根组成的盐。
• 物理性质：易溶于水，都是白色晶体。
• 化学性质：
  1. 受热分解（不稳定性）：
     • $\ce{NH4Cl ->[Δ] NH3 ^ + HCl ^}$（试管口遇冷又化合生成白烟 $\ce{NH4Cl}$）
     • $\ce{NH4HCO3 ->[Δ] NH3 ^ + H2O + CO2 ^}$
  2. 与碱反应（放出 $\ce{NH3}$，是 $\ce{NH4+}$ 检验的原理）： $$\ce{NH4+ + OH- ->[Δ] NH3 ^ + H2O}$$
• $\ce{NH4+}$检验：加浓$\ce{NaOH}$ 溶液并加热，产生使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体（$\ce{NH3}$）。

典型例题

例题 1

题目：实验室用氯化铵和消石灰制取氨气。（1）写出化学方程式；（2）如何检验氨气已收集满？

分析：（1）固固加热反应制氨。（2）$\ce{NH3}$ 是碱性气体，用湿润的红色石蕊试纸验满，变蓝即满。

解答： （1）$\ce{2NH4Cl + Ca(OH)2 ->[Δ] CaCl2 + 2NH3 ^ + 2H2O}$。 （2）将湿润的红色石蕊试纸置于集气瓶口，若试纸变蓝，说明已收集满。

点评：制氨实验是高频考点，注意收集方法（向下排空气法）、干燥剂（碱石灰）、验满方法（湿润红色石蕊试纸变蓝）。不要用排水法，因为 $\ce{NH3}$ 极易溶于水。

例题 2

题目：将 $\ce{NH3}$ 通入滴有酚酞的水中，溶液变红；加热后又变回无色。用平衡原理解释。

分析：$\ce{NH3}$ 溶于水生成一水合氨：$\ce{NH3 + H2O <=> NH3·H2O}$，$\ce{NH3·H2O}$部分电离出$\ce{OH-}$：$\ce{NH3·H2O <=> NH4+ + OH-}$，溶液显碱性，酚酞变红。加热时 $\ce{NH3·H2O}$分解并放出$\ce{NH3}$（$\ce{NH3·H2O ->[Δ] NH3 ^ + H2O}$），$\ce{OH-}$ 浓度下降，碱性减弱，红色褪去。

解答：因为氨水存在电离平衡 $\ce{NH3·H2O <=> NH4+ + OH-}$，溶液呈碱性使酚酞变红；加热促使 $\ce{NH3·H2O}$分解并逸出$\ce{NH3}$，平衡逆向移动，$\ce{OH-}$ 减少，故红色褪去。

点评：该题结合电离平衡解释氨水的性质，体现了"弱碱电离平衡"与"气体逸出"的综合，是必修一与选必一水溶液平衡衔接的常见考题。

易错提醒

WARNING

• $\ce{NH3}$ 极易溶于水（$1:700$），收集只能用向下排空气法，不能用排水法。
• 氨水显碱性，但 $\ce{NH3}$本身不是碱（是不含$\ce{OH-}$ 的化合物），是"碱性气体"。
• 干燥 $\ce{NH3}$用碱石灰，不用浓硫酸、无水$\ce{CaCl2}$、$\ce{P2O5}$。
• $\ce{NH4Cl}$ 受热"升华"是化学变化（分解后又化合），不是物理升华。
• 检验 $\ce{NH4+}$ 必须"加强碱 + 加热"并用湿润红色石蕊试纸检验气体。
• 氨的催化氧化生成 $\ce{NO}$（不是 $\ce{NO2}$，更不是 $\ce{N2}$），$\ce{NO}$再被氧化为$\ce{NO2}$。

与其他知识关联

• 氨催化氧化生成 $\ce{NO}$ → 氮气与氮的氧化物
• $\ce{NH3}$催化氧化 /$\ce{NH3}$ 氧化 → 工业制硝酸 → 硝酸
• $\ce{Cu^{2+}}$ 与氨水生成深蓝色配合物 → 常见离子的检验方法
• 合成氨（$\ce{N2 + 3H2 <=> 2NH3}$）是可逆反应 → 化学平衡
• 本章总览 → 00-氮及其化合物总览

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