【种花家务·化学】2-5-02氨——『数理化自学丛书6677版』
【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』,此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版,并于1977年正式再版的基础自学教材,本系列丛书共包含17本,层次大致相当于如今的初高中水平,其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材,很多概念已经与如今迥异,因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外,黑字是教材原文,彩字是我写的备注。
【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版,即80年代的改开版,改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容,直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版,首先是因为6677版保留了很多古早知识,让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小,即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材,不该被埋没在故纸堆中,是故才打算利用业余时间,将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

第五章氮和磷,氮族元素
§5-2氨
【01】在上节我们知道【山注,化2-5-01,传送门CV21729057】,在一定条件下,氮气能跟氢气直接化合成氨。氨是一种很重要的氮氢化合物,这一节我们就来研究它。
【02】氨的分子式是NH₃。这个分子式的写法,与卤族、氧族元素跟氢的化合物,如HCl、H₂S等的分子式的写法不一样。这是因为性质上它们有所不同。例如氨不是酸,在水溶液里不会电离成H⁺离子。氨的分子式里虽然H写在N的后面,但氨分子里的氢的化合价仍是+1价,氮是一3价。
氨的物理性质
【03】氨是无色且有刺激性气味的气体(如厕所里闻到的那种臭味。这是因为人尿中有一种有机物,能分解产生氨的缘故)。它比空气轻,对同体积空气的重量比是0.59。
【04】氨很易溶解于水。在常温下,1体积的水大约可以溶解700体积的氨,它的溶解度比氯化氢还要大(常温下,1体积的水只能溶解约500体积的氯化氢)。所以,把充满氨的瓶子颠倒将瓶口浸入水里时,就能看到水迅速进入瓶里,直到充满全瓶为止。我们也可以用象做氯化氢“喷泉实验”(§1-4)【山注,化2-1-04第03/04段,传送门CV20935257】一样的方法,来证明氨的极易溶解于水的性质。
【05】氨的水溶液叫做氨水。溶解的氨容易从氨水里逸出,所以氨水总是有强烈的氨的气味。将氨水加热,氨在水里的溶解度减小,放出的速度更快。利用这个性质,在实验室里,有时为了方便起见,就用加热浓的氨水的方法来制取氨气(图5·1)。

【06】氨很容易液化。把氨冷到-33℃,或在常温下加压到7~8个大气压,就能使氨气凝结成无色液体,同时放出大量的热。相反,液态氨也很容易气化。减低压强,它就急剧蒸发,并吸收大量的热,使周围温度迅速降低。利用氨的这种性质,液态氨常用在冷冻设备里,例如冷藏库、电冰箱等。
氨的化学性质
1、氨跟水的反应
【07】滴一滴氨水到红色石蕊试纸上,试纸就变成蓝色,说明氨水是具有碱性的。这是因为溶解在水里的氨有一部分跟水发生了化学反应,生成了一种具有碱性的化合物——氢氧化铵:
【08】氢氧化铵能电离,产生OH⁻和NH₄⁺(铵离子):
【09】OH⁻的存在,可以说明氨的水溶液呈碱性的原因(§4-4)【山注,化2-4-04,传送门CV21610710】。
【10】氢氧化铵能跟酸起中和反应,生成盐和水,例如跟盐酸或硫酸的反应是:
【11】生成的盐——氯化铵和硫酸铵,统称铵盐。因为这些盐在水溶液中将电离成铵离子NH₄⁺和酸根离子。
【12】铵离子是带一个正电荷的原子团,它的性质和正一价的金属离子,如Na⁺、K⁺非常相似,所以它们的对应盐类的性质也非常近似。
【13】必须注意,铵和氨是不同的:铵NH₄⁺是一价的阳离子,不能单独存在;而氨NH₄是一种化合物。
【14】从上述的氢氧化铵的性质来看,它是一种碱。不过它是一种弱碱,在水溶液中仅能电离成少量离子,这在电离学说一章里已经提到过(§4-5)【山注,化2-4-05,传送门CV21610894】。并且,氢氧化铵只能在水溶液中存在,我们无法得到纯净的氢氧化铵,因为它一受热就会分解:
2、氨跟酸的反应
【15】不仅氢氧化铵能跟酸类起中和反应生成铵盐,而且氨也能直接跟酸化合生成铵盐。例如氨跟盐酸反应,生成氯化铵。我们来看下面一个实验:拿二根玻璃棒,分别在氨水和浓盐酸里蘸一下,把这二根玻璃棒接近(不要碰着)时,就有浓厚的白烟(图5·2)产生。这白烟是氨水里放出的氨气跟浓盐酸里放出的氯化氢相遇化合所生成的氯化铵的微小晶粒:

【16】氨同样能跟其他酸化合生成铵盐。例如把氨通入硝酸或硫酸,就会生成硝酸铵或硫酸铵:
3、氨跟氧的反应
【17】氨不能在空气中燃烧,但能在纯净的氧气里燃烧。如果用铂Pt做催化剂,氨也能跟空气中的氧反应。但在不同条件下,反应将得到不同的生成物。例如氨气在纯氧中燃烧,生成物是氮气和水蒸气:
【18】而在铂的催化作用下,反应的生成物是一氧化氮和水:
【19】后面的一个反应,叫氨的接触(催化)氧化,是工业制硝酸的基础化学反应之一,在后面将详细介绍(§5-7)。
氨的用途
【20】氨是现代化学工业的最重要的产品之一,可用来制造硝酸、铵盐、各种氮肥和某些炸药等。氨也是一种很好的致冷剂,这在讨论氨的物理性质时已经谈过了。在塑料工业、纯碱工业和制药工业等方面,氨也是常用的原料。另外,氨的水溶液是一种很重要的氮肥。但氨水有挥发性和腐蚀性,在运输、贮存和施肥过程中,要特别注意这一点。氨水在实验室里和医药上亦有广泛的用途。
氨的实验室制法
【21】在实验室里,除上面讲过的可用氨水加热来制取氨外,通常是加热氯化铵跟消石灰Ca(OH)₂的混和物来制取的,反应如下:
【22】实验仪器装置如图5·3所示。用作发生器的试管口应向下略作倾斜,以免生成的水蒸气在管口凝结后倒流到试管底的受热部分,致试管因冷热不匀而破裂。由于氨易溶于水,而且比空气轻,因此,用作收集器的试管要棉花干燥,管口要向下,用排空气法收集。

【23】如果需要得到干燥的氨,可在导管外口接一只干燥管(其中装有“碱石灰”——石灰与氢氧化钠的混和物,是一种干燥剂),这样可以吸去氨气中所含的水蒸气。
习题5-2
1、分别写出氨跟盐酸、硫酸、硝酸反应的化学方程式,并注上生成物的名称。这些反应的共同点是什么?写出简化离子方程式。
2、氨水如何制得?为什么它呈碱性反应?氨水中存在哪些分子和哪些离子?
3、在实验室里通常用什么方法制取氨?写出相应的化学方程式。画出制取时的实验装置图,并加说明:
(1)用作发生器的试管口为什么要向下略作倾斜?
(2)用作收集器的试管口为什么要向下?
(3)怎样知道收集器中已集满了氨气?[提示:用润湿的红色石蕊试纸检验]
4、浓硫酸常用作气体的干燥剂,是否可用作氨气的干燥剂?为什么?
5、用10.7克NH₄Cl跟过量的Ca(OH)₂加热反应生成的氨,溶解于水制成500毫升的氨水。计算这种溶液的克分子浓度。【0.4M】
6、如果用上题制得的氨与硫酸反应来制取硫酸铵,问需用多少克98%的硫酸?能生成94%的硫酸铵多少公斤?【10克,0.014公斤】