
工业上制氨气通常采用哈伯法,即在高温高压条件下,通过氮气和氢气在催化剂存在下直接化合生成氨气。这个过程可以表示为:N2(g)+3H2(g)====2NH3(g)(可逆反应),催化剂的作用下,反应热为-92.4kJ/mol。
在实验室中,氨气的制备方法多样。最常用的是铵盐与碱作用或利用氮化物易水解的特性。例如,2NH4Cl(固态)+Ca(OH)2(固态)===2NH3↑+CaCl2+2H2O,Li3N+3H2O===LiOH+NH3↑。需要注意的是,不能用NH4NO3与Ca(OH)2反应制氨气,因为NH4NO3是一种氧化性铵盐,加热时会生成NH3和HNO3,随着温度升高,硝酸的强氧化性能进一步氧化生成的氨,使之转化为氮气和氮的氧化物。
此外,在实验室制备氨气时,不建议使用NaOH、KOH代替Ca(OH)2。虽然NaOH、KOH是强碱,但它们具有吸湿性,易结块,难以与铵盐充分接触反应。而且NaOH、KOH的强腐蚀性在加热情况下,会对玻璃仪器造成损害,因此不适合用作氨气的制备原料。
在收集氨气时,为了确保纯净,需要在试管口堵上棉花。这是因为NH3分子微粒直径较小,容易与空气发生对流,而棉花可以有效地阻止NH3与空气的对流。
在实验室中,除去氨气中的水蒸气,通常使用碱石灰作为干燥剂,而非浓H2SO4或固体CaCl2。这是因为NH3与浓H2SO4反应生成(NH4)2SO4,与CaCl2反应能生成CaCl2·8NH3(八氨合氯化钙),这会污染氨气。
最后,实验室快速制取氨气的方法是将浓氨水与固体NaOH混合,或者直接加热浓氨水。这种方法简单快捷,能够快速生成氨气。