在化学实验的奇妙世界里,氨气的制备是一个基础且重要的实验。无论是在中学化学课堂,还是大学的化学实验室,制备氨气的实验都屡见不鲜。今天,咱们就来详细唠唠实验室里制备氨气的那些事儿。
一、反应原理:氯化铵与消石灰的奇妙 “碰撞”
实验室制备氨气,常用的方法是让氯化铵固体和消石灰 [氢氧化钙] 来一场 “加热之约”。在加热的条件下,它们会发生化学反应,生成氯化钙、水和氨气,这个反应背后的原理,其实是铵根离子和氢氧根离子在加热的环境下,结合生成了氨气和水。消石灰在这里扮演着提供氢氧根离子的重要角色,而氯化铵则贡献出铵根离子,二者相辅相成,成功 “孕育” 出氨气。
二、发生装置:固体加热型装置的巧妙运用
既然是固体之间的反应,而且还需要加热,那咱们就得请出固体加热型装置了。这套装置主要由铁架台、酒精灯、大试管、带导管的橡皮塞组成。首先,把大试管固定在铁架台上,并且让试管口略微向下倾斜,这可是个关键操作,为啥呢?因为加热过程中,固体里可能会有一些水分蒸发出来,如果试管口向上,这些冷凝水就会倒流回试管底部,导致试管受热不均而炸裂,所以试管口略向下倾斜,能让冷凝水顺利流出,保障实验安全。接着,把混合均匀的氯化铵固体和消石灰装进大试管,然后用带导管的橡皮塞塞紧试管口,导管的另一端用来连接后续的装置。一切准备就绪,点燃酒精灯,均匀预热后,就可以对试管底部进行集中加热啦,随着温度升高,氨气就会源源不断地产生。
三、净化(干燥):碱石灰登场,为氨气 “除湿”
刚制得的氨气中,往往会混有水蒸气,这时候就需要对氨气进行干燥处理,让它变得 “纯净” 一些。在实验室里,我们常用碱石灰来担当这个 “除湿大任”。碱石灰是一种碱性干燥剂,它主要由氧化钙和氢氧化钠组成。氧化钙能与水发生反应,生成氢氧化钙,从而吸收水分;氢氧化钠则具有很强的吸水性,能把水蒸气牢牢吸附住。我们把碱石灰装进干燥管里,让含有水蒸气的氨气通过干燥管,在这个过程中,水蒸气就被碱石灰吸收掉了,从干燥管另一端出来的,就是干燥纯净的氨气啦。这里要特别注意,千万不能用无水氯化钙来干燥氨气哦。因为氯化钙会与氨气发生络合反应,这样氨气就被 “扣押” 在氯化钙里,无法得到我们想要的干燥氨气了,所以在干燥剂的选择上,一定要避开无水氯化钙这个 “坑”。
四、收集方法:向下排空气法,棉花团的 “小秘密”
氨气的密度比空气小,而且极易溶于水,所以我们采用向下排空气法来收集氨气。具体操作是这样的:准备一个集气瓶,瓶口向下,把导气管伸进集气瓶底部。为什么要伸到瓶底呢?这是为了让氨气能把集气瓶里的空气尽可能地 “挤” 出去,从而收集到更纯净的氨气。在收集的时候,还有一个小细节不容忽视,那就是要在集气瓶口塞一团棉花。这团棉花可不是随便塞的,它有着重要的作用,那就是防止氨气与空气发生对流。如果没有这团棉花,氨气和空气就会在瓶口附近相互混合,导致收集到的氨气不纯,所以这小小的棉花团,对提高氨气的收集纯度起着关键作用。
五、验满方法:两种妙招,轻松判断氨气是否收集满
1,方法一:湿润红色石蕊试纸显身手
当我们怀疑氨气已经收集得差不多的时候,可以用湿润的红色石蕊试纸来检验一下。把湿润的红色石蕊试纸放在集气瓶口附近,如果试纸变蓝了,那就说明氨气已经收集满了。这是因为氨气是碱性气体,它会与试纸上的水反应生成一水合氨,一水合氨会电离出氢氧根离子,使试纸周围环境呈碱性,从而让红色石蕊试纸变蓝。
2,方法二:浓盐酸玻璃棒来帮忙
除了用湿润的红色石蕊试纸,我们还可以用蘸取浓盐酸的玻璃棒来验满。把蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近集气瓶口,如果看到有白烟生成,那就意味着氨气已经收集满了。这是因为浓盐酸具有挥发性,会挥发出氯化氢气体,氯化氢气体与氨气相遇,会发生反应生成氯化铵固体,这些氯化铵固体小颗粒在空气中就形成了白烟,通过这个现象,我们就能轻松判断氨气是否收集满了。