與氨有關(guān)的一些問題

◇ 北京 王篤年

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與氨有關(guān)的一些問題

◇ 北京 王篤年

1)NH3是否具有氧化性?

我們在學(xué)習(xí)NH3的化學(xué)性質(zhì)時,主要講它具有堿性和還原性,那么氨是否具有氧化性呢?

當(dāng)然有．從氧化還原的概念出發(fā)看,一切化合物都應(yīng)該既具有氧化性,也具有還原性.因為凡是化合物,必然含有正價元素與負(fù)價元素,而任何元素都具有0價態(tài)(單質(zhì)),由正價變0價則會獲得電子，顯示氧化性,由負(fù)價變0價則會失去電子，顯示還原性.不管得、失電子多么困難,理論上總是有此可能性的,但是學(xué)習(xí)過程中會發(fā)現(xiàn)這樣的反應(yīng)不一定能發(fā)生．比如CO2,理論上其中-2價的氧元素具有還原性,但我們沒有看到過CO2被氧化為O2的實例．NH3則不然,液氨中溶解了金屬鈉后,微熱過程中可以放出H2,可認(rèn)為NH3把金屬鈉氧化了:2Na+2NH3=2NaNH2+H2↑．從這點上看,NH3與H2O是相似的,但是NH3比水更難電離出H+,氧化性也更弱一些．

2)為什么做濃鹽酸與濃氨水作用形成白煙的實驗時,總是看到白煙出現(xiàn)在離鹽酸近的一側(cè)?

圖1

能夠觀察到這樣的現(xiàn)象說明觀察者非常認(rèn)真、仔細(xì)．如果實驗時室內(nèi)空氣流動性大,則不一定能夠確認(rèn)白煙出現(xiàn)在離鹽酸近的一側(cè),只有在無風(fēng)的狀態(tài)下做該實驗時,才能夠觀察到上述現(xiàn)象，如圖1所示，這與氣體的擴散速率不同有關(guān)．大量的白煙出現(xiàn)在靠近鹽酸試劑瓶的一方,說明NH3的擴散速率比HCl快．

1828年,英國科學(xué)家格雷姆通過實驗總結(jié)出了氣體擴散定律:在一定溫度和一定壓強下氣體通過小孔向真空擴散或通過多孔壁擴散的速率和其密度或摩爾質(zhì)量的平方根成反比,即:

通過該定律,可以算出NH3與HCl的擴散速率之比為:

NH3分子和HCl分子在擴散過程中,會與空氣中的氣體分子發(fā)生碰撞,因此,我們觀察到的擴散速率只是NH3分子與HCl分子二者的相對比較．

3)氨水并沒有酸性,為什么銅絲插入氨水中溶液會很快變藍色?

通常情況下,銅被空氣中的O2或水溶液中溶解的O2氧化的速率很慢,以至于我們短時間內(nèi)很難覺察到暴露在空氣中的銅絲或者泡在水中的銅片表面會發(fā)生什么變化,但是銅與O2的反應(yīng)是自發(fā)傾向很大的反應(yīng)．當(dāng)把銅絲浸泡在氨水里時,溶液中溶解的O2把Cu氧化成Cu2+后,Cu2+隨即與NH3分子發(fā)生配位化學(xué)反應(yīng),轉(zhuǎn)化為[Cu(NH3)4]2+,使得游離的Cu2+濃度迅速降低,促使上述氧化反應(yīng)不斷發(fā)生,總的反應(yīng)式可以寫作:

2Cu+O2+8NH3+2H2O=2[Cu(NH3)4]2++4OH-.

產(chǎn)物[Cu(NH3)4]2+具有深藍色,故若把銅絲插入氨水中,氨水會很快變?yōu)樗{色,銅絲被腐蝕．

4)NH3和H2O分子間氫鍵如何形成?

氨水中,NH3與H2O分子中的各個原子都符合形成氫鍵的條件,那么理論上分析,NH3與H2O之間可以形成如下2類不同的氫鍵:

這2種氫鍵以哪種為主呢? 根據(jù)氫鍵的形成條件，從理論上分析:形成氫鍵的一方應(yīng)該有1個幾乎“裸露”的質(zhì)子(氫原子),也就是說,這個氫原子的正電性越強就越有利于氫鍵的形成,顯然H2O中氫原子的電子云受到電負(fù)性大的氧原子吸引,要比NH3中的氫原子“裸露”得徹底一些;而形成氫鍵的另一方要能夠給出電子對,氮原子與氧原子相比,氮的電負(fù)性要小一些,它更容易給出電子對(盡管它只有1對孤對電子),從NH3具有堿性而H2O為中性可知,NH3中的氮更易給出電子對．由此不難判斷NH3、H2O分子間的氫鍵應(yīng)該以上述II式為主．

當(dāng)然,就結(jié)合質(zhì)子(H+)的能力而言,OH-要比NH3強得多,故NH3·H2O只可能有極少的分子發(fā)生電離作用(常溫下0.1 mol·L-1的氨水中,只能電離約1.3%)．

5)關(guān)于氨氣實驗室制法的一些問題.

a) 實驗室里,為什么一般選擇Ca(OH)2與NH4Cl反應(yīng)制備氨氣而不是其他銨鹽或堿?

首先,在常見的所有堿中,Ca(OH)2最便宜,在常見銨鹽中，NH4Cl最便宜．雖然實驗室制法中不太需要考慮原料的價格,但在安全性、原料價格等方面相當(dāng)?shù)臈l件下,有便宜的還是不去用貴的．其次,該反應(yīng)為固體間的反應(yīng),考慮反應(yīng)速率,需要把固體研磨成粉末狀,故一般不用NaOH,因為它在研磨過程中非常容易吸水變成黏稠的糊狀．

當(dāng)沒有NH4Cl時,可以用(NH4)2SO4替代,但一般不用NH4NO3,因為NH4NO3本身屬于炸藥,操作不當(dāng)時(受熱或受到撞擊)容易爆炸．

b) 為什么不可用無水氯化鈣干燥NH3?如果說氯化鈣會吸收氨氣,那么制取氨反應(yīng)的產(chǎn)物中不也有氯化鈣嗎?

常溫下,有如下反應(yīng):CaCl2+8NH3=CaCl2·8NH3,故不宜用中性干燥劑CaCl2干燥．該反應(yīng)與CuSO4和H2O結(jié)合的反應(yīng)類似,屬于配位化學(xué)反應(yīng)．但加熱時,CaCl2·8NH3不穩(wěn)定,會分解為CaCl2和NH3．這又與濃硫酸常溫下吸收乙烯氣體(不可用濃硫酸干燥，反應(yīng)為CH2=CH2+H—OSO3H(濃) → CH3CH2—OSO3H(硫酸氫乙酯)),但170℃下卻可以用濃硫酸制取乙烯的道理非常相似．

c) 收集氨氣時,試管口處為什么要塞一團棉花?

這團棉花起到“節(jié)流”的作用．它的存在,使得試管口處氣體對流(里面的空氣、氨氣向外排放的同時,外面的空氣也會向試管內(nèi)擴散,在管口處形成渦流)速度減緩,這樣隨著NH3的通入,里面的氣體慢慢向外排出,有利于收集到濃度較大的NH3．

北京十一學(xué)校)