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林口高中 103班 第五組分組實驗報告
製作人：103班 05號林珮君、08號姜怡茹、19號張惠琳
實驗名稱：氮氣的製備與性質
實驗目的：藉由簡單的實驗，讓我們了解氮氣的製造，以及氣體的收集方法，進而了解氮氣的化學特性。
實驗原理：空氣中的氮氣約佔總體積的78%，工業上由液態空氣分餾而得氮氣，實驗室裡則常利用亞硝酸鈉及氯化銨的混合物加熱製造氮氣。
△
NaNO2(s) ＋ NH4Cl (s) → NaCl (s) ＋ N2
氮氣難溶於水，可用排水集氣法收集。氮氣的化學性質很不活潑（即活性小），常溫時幾乎不與任何物質反應，但高溫時則可與氧、鋰及鎂等起反應。
（ 高溫中與氧）
N2 (g) ＋ O2 (g) → 2NO (g)
（ 高溫中與鋰）
6Li (s) ＋ N2 (g) → 2Li3N (s)
（ 高溫中與鎂）
3Mg (s) ＋ N2 (g) → Mg3N2 (s)
氮氣與鎂反應產生氧化鎂，遇水即生成氨，可用潮濕的紅色石蕊試紙檢驗。
Mg3N2 (s) ＋ 6H2O (l) → 3Mg(OH)2 (s) ＋ 2NH3 (g)
實驗器材：
（以組為單位）
硬試管（直徑約3公分，長約15公分) １支
實驗名稱：氮氣的製備與性質
實驗目的：藉由簡單的實驗，讓我們了解氮氣的製造，以及氣體的收集方法，進而了解氮氣的化學特性。
實驗原理：空氣中的氮氣約佔總體積的78%，工業上由液態空氣分餾而得氮氣，實驗室裡則常利用亞硝酸鈉及氯化銨的混合物加熱製造氮氣。
△
NaNO2(s) ＋ NH4Cl (s) → NaCl (s) ＋ N2
氮氣難溶於水，可用排水集氣法收集。氮氣的化學性質很不活潑（即活性小），常溫時幾乎不與任何物質反應，但高溫時則可與氧、鋰及鎂等起反應。
（ 高溫中與氧）
N2 (g) ＋ O2 (g) → 2NO (g)
（ 高溫中與鋰）
6Li (s) ＋ N2 (g) → 2Li3N (s)
（ 高溫中與鎂）
3Mg (s) ＋ N2 (g) → Mg3N2 (s)
氮氣與鎂反應產生氧化鎂，遇水即生成氨，可用潮濕的紅色石蕊試紙檢驗。
Mg3N2 (s) ＋ 6H2O (l) → 3Mg(OH)2 (s) ＋ 2NH3 (g)
實驗器材：
（以組為單位）
硬試管（直徑約3公分，長約15公分) １支
玻璃導管（直徑約0.5公分，長約15公分) 1支
廣口集氣瓶（容積約250立方公分) 2個
塑膠水槽（約30公分x40公分x15公分) 1個
玻璃片（約10公分x10公分) 2片
橡皮管（直徑約0.5公分，長約30公分) 1段
單孔橡皮塞 1個
燃燒匙 1支
廣口集氣瓶（容積約250立方公分) 2個
塑膠水槽（約30公分x40公分x15公分) 1個
玻璃片（約10公分x10公分) 2片
橡皮管（直徑約0.5公分，長約30公分) 1段
單孔橡皮塞 1個
燃燒匙 1支
鐵架（附鐵夾） 1組
酒精燈 1個
天平 1台
酒精燈 1個
天平 1台
秤量紙 數張
Ａ４紙 1張
實驗藥品：
亞硝酸納（NaNO2)
氯化銨（NH
鎂帶（Ｍｇ） 約
廣用試紙 數張
☆（實驗時，我們用紙張捲成細條狀，代替火柴）
實驗步驟：
１.分別用天平秤取3.5克的亞硝酸納和2.8克的氯化銨在秤量紙上，再將兩者倒置於白紙上，提起白紙的四角 做混合的動作，使兩種化合物均勻混合。
２.將此混合物倒入硬試管中，硬試管管口略微向下傾斜（10度較適中），並固定在鐵架上。
３.準備2個廣口集氣瓶，將瓶中裝滿水後倒置於水槽中備用（塑膠水槽中約裝一半的水）。
４.點燃酒精燈，加熱硬試管（加熱源體須不斷的來回移動，以達到平均受熱之效）。
５.橡皮管尾端深入水槽中，剛開始冒氣泡時先不要收集，因為其中含有原來存在管中的空氣。當有大量氣泡
產生時（約30秒後），將橡皮管伸入廣口集氣瓶中收集氣體。
６.集滿氣體的廣口集氣瓶用玻璃片蓋住，小心地移出水面之後，正立放置於桌面上（等待檢驗用）。
７.2個廣口集氣瓶接收及完畢後，將橡皮試管移出水面，之後才將酒精燈蓋蓋子熄滅。
實驗步驟：
１.分別用天平秤取3.5克的亞硝酸納和2.8克的氯化銨在秤量紙上，再將兩者倒置於白紙上，提起白紙的四角 做混合的動作，使兩種化合物均勻混合。
２.將此混合物倒入硬試管中，硬試管管口略微向下傾斜（10度較適中），並固定在鐵架上。
３.準備2個廣口集氣瓶，將瓶中裝滿水後倒置於水槽中備用（塑膠水槽中約裝一半的水）。
４.點燃酒精燈，加熱硬試管（加熱源體須不斷的來回移動，以達到平均受熱之效）。
５.橡皮管尾端深入水槽中，剛開始冒氣泡時先不要收集，因為其中含有原來存在管中的空氣。當有大量氣泡
產生時（約30秒後），將橡皮管伸入廣口集氣瓶中收集氣體。
６.集滿氣體的廣口集氣瓶用玻璃片蓋住，小心地移出水面之後，正立放置於桌面上（等待檢驗用）。
７.2個廣口集氣瓶接收及完畢後，將橡皮試管移出水面，之後才將酒精燈蓋蓋子熄滅。
實驗過程（寫實記錄）：
製造氮氣～
☆將亞硝酸納和氯化
銨倒置於白紙上，
使兩種化合物均勻
混合。
☆塑膠水槽裝一半滿
的水，廣口集氣瓶
裝滿水後倒置在水
槽中備用。 ☆倒置於水槽中的廣
口集氣瓶。
☆硬試管固定在鐵架
上並微向下傾斜10
度。
☆酒精燈需不斷地移 動加熱位置。 |
☆剛開始冒氣泡時先 不要收集，約過30 秒再收集。 |
檢驗氮氣性質～２
☆將一小段鎂帶置於
燃燒匙中。點燃鎂
帶，即有一道白色
亮光。
☆接著快速的把燃燒
匙放入廣口瓶中，
此時鎂帶則與氮氣
反應，等到燃燒完
畢、冷卻後，即留
下黃色的氮化鎂產
物。
☆在裝著氮化鎂的燃 燒匙上滴上幾滴蒸 餾水，並用廣用試 紙測驗。 |
☆試紙呈現藍色，表 示氮化鎂是屬於鹼 性的物質。 |
實驗結果（氮氣性質的檢驗）：
１.點燃捲狀的紙張（以代替火柴），吹熄火焰，趁還有餘煇時放入廣口集氣瓶中，紙張會立即熄滅。
→證明氮氣無助燃性。
２.將一小段置於燃燒匙上的鎂帶於空氣中燃燒，立即發出白色亮光；接著又快速的放入廣口瓶中，此時鎂帶則會與氮氣反應，等到燃燒完畢、冷卻後，即留下黃色的氮化鎂產物；在氮化鎂上滴上１～２滴蒸餾水，用廣用試紙進行檢驗，發現試紙由綠色變為藍色。
→說明氮化鎂是屬於鹼性的物質。
問題與討論：
１.收集氣體前，如何才能在倒置的廣口集氣瓶中裝滿水？
１.收集氣體前，如何才能在倒置的廣口集氣瓶中裝滿水？
Ａ：將廣口集氣瓶裝滿水後蓋上玻璃片，移到裝半分滿水的塑膠水槽內倒置，再小心地移開玻璃片備用。
2 .氣體收集完畢後，為何須先將橡皮管移出水面後，才關閉火源？若不如此做，會有什麼後果？
Ａ：避免水槽內的水倒灌回試管，讓硬試管破裂；如果先停止加熱會使試管內溫度快速下降，使得試管內壓力下降而把水倒抽至試管內，導致試管裂開甚至破掉。
3 .長時間加熱硬試管，常會導致硬試管破裂，有什麼方法可使硬試管較不易破裂？
Ａ：來回移動酒精燈，也讓試管受熱平均。
4 .點燃的紙張在氮氣中會發生什麼現象？此現象說明氮氣具有什麼性質？
Ａ：點燃的紙張在氮氣中立即熄滅，說明氮氣無助燃性。
5 .燃燒的鎂帶在氮氣中會發生什麼現象？燃燒匙中的產物加水後，會使置於其上 的潮濕石蕊試紙變成什麼顏色？
Ａ：燃燒的鎂帶在氮氣中會持續的與氮氣反應 （雖然氮氣活性小，但在高溫時則可與鎂起反應），並生成黃色的氮化鎂；加水後的氮化鎂會使廣用試紙變成藍色，說明氮化鎂是鹼性的。
6 .分別寫出鎂帶在氮氣中燃燒及其燃燒產物加水的化學方程式。
（高溫）
3Mg (s) ＋ N2 (g) → Mg3N2 (s)
3Mg (s) ＋ N2 (g) → Mg3N2 (s)
Mg3N2(s) ＋ 6H2O (l) → 3Mg(OH)2 (s) ＋ 2NH3 (g)
7 .除了本實驗所使用的方法之外，請再舉出一種可用來製造氮氣的方法。
Ａ：
（１）將氨氣通過灼熱的氧化銅
2NH3(g) + 3CuO(s) --> 3Cu(s) +3 H2O + N2(g)
原理: 以氧化銅將氨氧化以生成氮氣
目的:製造並收集氨氣供實驗用途
（２）加熱亞硝酸鈉與氯化銨的混合物
NaNO2(s) + NH4Cl(s) --> NaCl(s) + 2H2O + N2(g)
原理: 以亞硝酸鈉將氯化銨氧化以生成氮氣
目的:製造並收集氨氣供實驗用途
（３）氮化鎂
Mg(s) + N2(g) --> Mg3N2(s)
4.氨與氫氧化鎂
Mg3aN2(s) + 6H2O(l) --> 3Mg(OH)2(s) + 2NH3(g)
9. 試管為何須向下傾斜10度角？
Ａ：這樣比較容易排水，如果是垂直90度，水壓較大比較不易排水。
2NH3(g) + 3CuO(s) --> 3Cu(s) +3 H2O + N2(g)
原理: 以氧化銅將氨氧化以生成氮氣
目的:製造並收集氨氣供實驗用途
（２）加熱亞硝酸鈉與氯化銨的混合物
NaNO2(s) + NH4Cl(s) --> NaCl(s) + 2H2O + N2(g)
原理: 以亞硝酸鈉將氯化銨氧化以生成氮氣
目的:製造並收集氨氣供實驗用途
（３）氮化鎂
Mg(s) + N2(g) --> Mg3N2(s)
4.氨與氫氧化鎂
Mg3aN2(s) + 6H2O(l) --> 3Mg(OH)2(s) + 2NH3(g)
9. 試管為何須向下傾斜10度角？
Ａ：這樣比較容易排水，如果是垂直90度，水壓較大比較不易排水。
硬試管開口向下傾斜，是想避免水氣在硬試管中凝結成水然後向下流回(重力影響)反應處，那就變成水煮反應物了；水氣凝結成水後溫度較低，若是突然流回加熱中高溫的試管底部，可能會讓硬試管受熱不均而突然裂開。為了避免反應產生的水氣凝結成水後對實驗造成影響，因此試管就必須傾斜了。
注意事項（親身經歷）：
１. 橡皮管塞入硬試管中，以不會脫落為原則，不需太用力。
＊ 然而，如果塞太鬆，即會讓氣體跑出，如下圖。
☆由於橡皮管塞的不 夠緊，以致於加熱 中的氣體跑出來。 |
實驗心得：
這次的實驗雖然忘了穿防彈衣(實驗衣)，但好險沒什麼大事發生。這次的實驗是收集氮氣和了解氮氣的性質，很久沒進實驗室，感覺是說不出的興奮！這次的實驗不但了解了氮氣的性質是鹼性，也知道如何用排水及氣法收集氮氣，在這次的實驗中我們這組雖然在實驗的過程中有點錯誤 : 我們因為橡皮塞沒塞好導致氮氣大量外洩，在混亂的情況下也忘了「先將橡皮管移出水面後，才可關閉火源」就七手八腳的把火移開，而且硬試管的角度放得太斜，導致亞硝酸鈉及氯化銨的混合物在燃燒過程中下滑，影響實驗進行的精確度；還有人用手去扶硬試管，差點燙傷。但是最後還是順利的作完了，幸好實驗結果沒有太大的影響，此外我們的動作太慢了，以後如果有機會再觸碰此實驗，相信不會再是如此的陌生。
經過這次的實驗以後我們會更注意的這次疏失會讓我們再下次的實驗中更細心。
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