◇ 北京 王篤年

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與氨有關(guān)的一些問(wèn)題

◇ 北京 王篤年

1)NH3是否具有氧化性?

我們?cè)趯W(xué)習(xí)NH3的化學(xué)性質(zhì)時(shí),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?yàn)榉彩腔衔?必然含有正價(jià)元素與負(fù)價(jià)元素,而任何元素都具有0價(jià)態(tài)(單質(zhì)),由正價(jià)變0價(jià)則會(huì)獲得電子，顯示氧化性,由負(fù)價(jià)變0價(jià)則會(huì)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(guò)程中會(huì)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(jià)的氧元素具有還原性,但我們沒(méi)有看到過(guò)CO2被氧化為O2的實(shí)例．NH3則不然,液氨中溶解了金屬鈉后,微熱過(guò)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)時(shí),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(shuō)明觀察者非常認(rèn)真、仔細(xì)．如果實(shí)驗(yàn)時(shí)室內(nèi)空氣流動(dòng)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(wú)風(fēng)的狀態(tài)下做該實(shí)驗(yàn)時(shí),才能夠觀察到上述現(xiàn)象，如圖1所示，這與氣體的擴(kuò)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(shuō)明NH3的擴(kuò)散速率比HCl快．

1828年,英國(guó)科學(xué)家格雷姆通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出了氣體擴(kuò)散定律:在一定溫度和一定壓強(qiáng)下氣體通過(guò)小孔向真空擴(kuò)散或通過(guò)多孔壁擴(kuò)散的速率和其密度或摩爾質(zhì)量的平方根成反比,即:

通過(guò)該定律,可以算出NH3與HCl的擴(kuò)散速率之比為:

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

3)氨水并沒(méi)有酸性,為什么銅絲插入氨水中溶液會(huì)很快變藍(lán)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(shí)間內(nèi)很難覺(jué)察到暴露在空氣中的銅絲或者泡在水中的銅片表面會(huì)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(shí),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(lán)色,故若把銅絲插入氨水中,氨水會(huì)很快變?yōu)樗{(lán)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(gè)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(gè)幾乎“裸露”的質(zhì)子(氫原子),也就是說(shuō),這個(gè)氫原子的正電性越強(qiáng)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(duì),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(duì)(盡管它只有1對(duì)孤對(duì)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(duì)．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(qiáng)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(shí)驗(yàn)室制法的一些問(wèn)題.

a) 實(shí)驗(yàn)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(jiàn)的所有堿中,Ca(OH)2最便宜,在常見(jiàn)銨鹽中，NH4Cl最便宜．雖然實(shí)驗(yàn)室制法中不太需要考慮原料的價(jià)格,但在安全性、原料價(jià)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?yàn)樗谘心ミ^(guò)程中非常容易吸水變成黏稠的糊狀．

當(dāng)沒(méi)有NH4Cl時(shí),可以用(NH4)2SO4替代,但一般不用NH4NO3,因?yàn)镹H4NO3本身屬于炸藥,操作不當(dāng)時(shí)(受熱或受到撞擊)容易爆炸．

b) 為什么不可用無(wú)水氯化鈣干燥NH3?如果說(shuō)氯化鈣會(huì)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(shí),CaCl2·8NH3不穩(wěn)定,會(huì)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(shí),試管口處為什么要塞一團(tuán)棉花?

這團(tuán)棉花起到“節(jié)流”的作用．它的存在,使得試管口處氣體對(duì)流(里面的空氣、氨氣向外排放的同時(shí),外面的空氣也會(huì)向試管內(nèi)擴(kuò)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)