上海高中化学-高一下学期-第五章第4节化学肥料中的主角

1 学科教师辅导讲义（教师版） 年 级：高一 辅导科目：化学 课时数：3 课 题 第五章 化学肥料中的主角 教学目的 1、 理解氨、铵盐的性质。 2、 理解工业合成氨的原理。 3、 知道常见的氮肥。 教学内容 一、 知识梳理 氮是植物体内蛋白质、叶绿素的重要组成元素，氮肥能使农作物枝叶茂盛，提高农作物产量，但氮肥并不 是从来就有的，你知道在没有氮肥之前，植物是怎样从自然界中吸收氮的吗？ (一)固氮的途径 2 1．氮元素存在形态 空气中含大量 N2，是工业生产中 N2 的主要来源。 2．N2 的物理性质 氮气难溶于水，难液化，密度比空气略小（与空气密度相近），只能用排水法收集 N2。 3．N2 的化学性质 由于氮分子的键能很大，所以氮气的性质很稳定，只有在高温条件下才能发生一些化学变化。 (1)与 H2 的反应：N2 + 3H2  高温、高压 催化剂 2NH3 (2)与 O2 的反应：N2 + O2 放电 2NO (3)与 Mg 的反应：3Mg + N2 点燃 Mg3N2 4．氮的固定 (1)定义：把大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程称为固氮。 (2)氮的同定的途径 ①生物固氮 豆科植物的根部常附有小根瘤，其中含有固氮菌，能把空气中游离的氮变成氨（铵态氮肥）作为养分吸 收，所以这些植物可以少施肥，甚至不施肥。 ②大气同氮 闪电时，大气中的氮转化为氮的氧化物，经降水生成极稀的硝酸（硝态氮肥），渗入土壤被植物根系吸收。 N2 + O2 放电 2NO 2NO + O2 → 2NO2 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO 【注意】生物固氮和大气固氮统称自然固氮。 ③工业固氮 氮气和氢气在高温、高压并有催化剂存在的条件下，可以直接化合生成氨(NH3)。 N2 + 3H2  高温、高压 催化剂 2NH3 工业上就是利用这个原理来合成氨的。 (二)氨气 1．物理性质 氨气是一种无色有刺激性气味的气体。密度比空气小，极易溶于水，易液化，液氨汽化时吸收大量的热， 因此液氨可作制冷剂。 2．分子结构 3 电子式： ，结构式： ，分子空间构型：三角锥型，键和键之间的夹角为 107°18′，为 极性分子。 3．化学性质 (1)与水反应 NH3 + H2O  NH3·H2O  NH4+ + OH- NH3 是中学化学中唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，常用此性质检验 NH3 的存在。 (2)喷泉实验（回顾 HCl 的喷泉实验） ①实验原理：如右图所示，圆底烧瓶中充满 NH3，由于氨极易溶于水，挤压胶头滴管，少量的水即可溶 解大量的氨(1 : 700)，导致烧瓶内压强减小，在外界大气压作用下使烧杯中滴有酚酞的 水压入烧瓶，形成美丽的红色喷泉。 ②实验现象：产生红色喷泉，这是因为氨溶于水后形成碱性溶液，遇酚酞显红色。 ③喷泉实验成败的关键： a．烧瓶、预先吸液的滴管及长直玻璃管的外部都要干燥； b．气体要充满圆底烧瓶； c．瓶塞要严密，不漏气，止水夹要夹紧。 ④说明问题：a．氨极易溶于水．b．氨气的水溶液显碱性。 ⑤实验拓展：a．从喷泉实验的实验原理可知，只要烧瓶内的气体能被胶头滴管中挤出的少量液体快速吸 收，使烧瓶内气体压强远远低于外界大气压，就可形成喷泉。因此理论上大多数气体都可做喷泉实验，关键 是胶头滴管中的少量液体要选得合适。如： 1 2 3 4 5 烧瓶中的气体 Cl2 CO2 H2S NO2 +NO HCl 滴管中的液体 浓 NaOH 浓 NaOH 浓 NaOH 浓 NaOH H2O b．此外，若改变喷泉实验装置，也可以使某些本来不能形成喷泉的气体形成喷泉，因此要从产生喷泉的 条件认识形成喷泉的本质。 (3)与酸反应 NH3 + HCl → NH4Cl(生成白烟) 2NH3 + H3SO4 → (NH4)2HSO4(俗称硫铵) NH3 + HNO3 → NH4NO3（俗称硝铵） NH3 + CO2 + H2O → NH4HCO3（俗称碳铵） (4)与 O2 反应 4NH3 + 5O2 Pt  4NO + 6H2O（该反应放热） 4 【注意】①通常状况下，氨在氧气中不反应。 ②反应条件：催化剂（如铂）、加热。 ③该反应放热。 ④该反应是工业上制硝酸的基础。 4．NH3 的实验室制法及工业制法 (1)工业制法 N2 + 3H2  高温、高压 催化剂 2NH3 【注意】①该反应为可逆反应，所以所得产品是 NH3、N2、H2 的混合物，利用 NH3 易液化的特点将 NH3 分离以后，N2、H2 可循环使用。 ②原料 N2 可通过蒸馏液态空气获得，而原料 H2 一般通过焦炭与高温水蒸气反应获得，有关反应方程式 为：C+H2O 高温 CO + H2，CO+H2O 高温 CO2 + H2，除去 CO2 即得 H2。 (2)实验室制法（此处归纳气体制备装置的选择。） ①原理：固态铵盐与碱加热反应。 2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2NH3↑+ 2H2O ②发生装置：加热固体制取气体的装置，与制氧气类同。 ③干燥：在干燥管中盛放碱石灰(CaO、NaOH 的混合物)作干燥剂。不能用浓硫酸、无水氯化钙作干燥剂， 因 CaCl2 吸收氨气生成 CaCl2·8NH3。 ④收集：向下排空气法。 ⑤验满：a．用湿润的红色石蕊试纸放在瓶口，若变蓝，则满；b．用蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口，若 产生白烟，则满。 5．氨的用途 (1)作制冷剂；(2)制氮肥；(3)制硝酸；(4)制纯碱；(5)在有机合成工业中作原料。 (三)铵盐与化学肥料 1．铵根离子的结构与铵盐的定义 电子式为 ，结构式为 ，空间构型为正四面体型，键和键之间的夹角为 109° 28′。铵盐是由铵根离子和酸根离子构成的盐。在 NH4+才中存在着共价键和配位键，形成铵盐的离子都是非 金属元素，但铵盐属于___离子__晶体，在铵盐中存在的化学键有：离子键、共价键和配位键。铵盐都是晶体， 都能溶于水。 2．铵盐的化学性质 (1)铵盐受热分解 5 如：NH4Cl  NH3↑+ HCl↑ NH4HCO3  NH3↑+ H2O↑+ CO2↑ 【注意】①并不是所有的铵盐受热分解都产生 NH3。 ②NH4Cl 在试管中受热分解的现象与碘的升华相似。但二者有本质的差别，前者是 NH4Cl 分解后又化合成 NH4Cl，属于化学变化过程。而后者是物理变化过程。 (2)铵盐与碱的反应 如：(NH4)2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2NH3↑+ 2H2O. NH4NO3 + NaOH  NaNO3 + NH3↑+ H2O。 【注意】铵盐与碱共热都能产生 NH3，这是铵盐的共同性质。实验室利用铵盐的这一性质来制取氨气和验 根离子的存在。 3．铵盐的用途及贮存 (1)用途：铵盐可作氮肥。常用的氮肥有硝酸铵(NH4NO3)、硫酸铵[(NH4)2SO4]、碳酸氢铵(NH4HCO3)和尿素 [(NH2)2CO]等。 (2)贮存：密封包装并放在阴凉通风处。 因为铵盐受热易分解。所以施肥时应将肥料埋在土下并及时灌水，以保证肥效。 4．尿素 (1)尿素[(NH2)2CO]是一种白色晶体，其中氮的质量分数为 47%左右，是目前同体氮肥中含氮量最高的一 种。尿素是一种中性肥料，适用于各种土壤和植物，是一种优质，高效的氮肥。尿素施入土壤后，受微生物 的作用，跟水缓慢反应生成碳酸铵，因此尿素的肥效比较持久。 (2)工业上尿素的合成 2NH3 + CO2 72.02 10 180 Pa℃ (NH2)2CO + H2O 5．化肥的利与弊及化肥的合理施用 (1)利：化学肥料为增加粮食产量，作出了重要的贡献。 (2)弊：长期使用化学肥料的土壤，容易酸化、板结。雨水的冲洗使肥料离开土壤，进入溪水、河水和湖 泊进入水中的肥料会使细菌和藻类迅速生成，并会消耗水中的氧气，严重时导致水中含氧量的迅速减少，使 许多水生生物死亡、腐烂，水会变黑发臭。 (3)化肥的合理施用 化学肥料的施用要适时、适地、适量，只有讲究科学种田，才能既达到农作物丰收，又减少对环境的负 面影响。 (四)建立人与自然的和谐关系 1．氮在自然界中的循环 6 2．硫在自然界中的循环 陆地中的含硫矿石被风化进入土壤，土壤中的硫可被植物吸收，或随水流进 入海洋。陆地中的硫可随水流进入大海，或随火山爆发进入大气。 海洋中的硫可沉积成矿物，也可被生物体吸收。生物体中的硫在生物体死亡、 腐败过程中进入土壤、大气或海洋。大气中的硫可被生物体吸收进入土壤或海洋。 二、 真题解析 【例 1】下列用途中，应用了氮气性质的不活泼性的是 ( ) ①金属焊接时用氮气作保护气，氮气和氩气的混合气体填充灯泡 ②用于合成氨 ③工业上以氮气作为原料之一制硝酸 ④用作粮食和水果贮存的保护气 (A)①② (B)①③ (C)②④ (D)①④ 【分析】焊接金属时为防止空气中的 O2 将金属氧化，可用不活泼的 N2 作保护气；用 N2 和 Ar 的混合气体 填充灯泡可防止灯丝被密封在其中的空气中的 O2 氧化而烧断；N2 用作粮食和水果贮存时的保护气，一是在无 氧环境中不易生虫，二是可减缓粮食、水果的代谢速率。 【答案】D 【例 2】将燃着的镁条插入下列气体中，镁条不能继续燃烧的是 ( ) (A) O2 (B)Cl2 (C) N2 (D) Ar 【分析】Mg 与氧气反应生成 MgO，与 Cl2 反应生成 MgCl2，与 N2 反应生成 Mg3N2，Ar 是稀有气体，性 质稳定，不与镁反应。 【答案】D 【例 3】农作物生长发育需要大量的氮养分，除了可用人工同氮方法（合成氨）获得氨态氮外，自然界雷 电现象也是一种固氮途径，经由雷电固定的氮是硝态氮（硝酸或硝酸盐形式），其相关的化学方程式为________ _____________________，____________________________，_____________________________。 【分析】空气中存在 N2、O2 以及其他少量气体。夏天有雷雨时，闪电可以使 N2 和 O2 直接化合： N2 + O2 放电 2NO；NO 很容易被空气中的 O2 氧化成红棕色的 NO2：2NO + O2 → 2NO2；NO2 又能和雨水 7 反应：3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO。HNO3 降到地面后和其他无机物反应生成硝酸盐进入土壤，就可以被植物 吸收利用。 【答案】N2 + O2 放电 2NO 2NO + O2 → 2NO2 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO 【例 4】有关氨的性质的叙述正确的是 ( ) (A)氨不能在空气中燃烧 (B)氨水呈碱性 (C)氨气和酸相遇都能产生白色烟雾 (D)在反应 NH3 + H+ → NH4+中，氨失去电子被氧化 【分析】氨与氧气反应需高温和催化剂；由于氨水中存在可逆过程： NH3 + H2O  NH3·H2O  NH4+ + OH-，从而使氨水呈碱性；氨气只有与挥发性酸相遇时才能生成白 烟；NH3 和 H+ 的反应为非氧化还原反应。 【答案】AB 【例 5】氨气可以做喷泉实验，这是利用氨气 ( ) (A)很易液化 (B)密度比空气小 (C)极易溶于水 (D)能跟水反应 【分析】由于 NH3 极易溶于水，少量水可溶解较多的 NH3，使圆底烧瓶内的压强明显减小，在大气压的作 用下，将烧杯中的水压入圆底烧瓶，形成喷泉。 【答案】C 【例 6】某化肥厂以氨为原料制备 NH4NO3。已知由氨制 NO 的产率是 96%，由 NO 制硝酸的产率为 92%， 求制硝酸所用去的氨的质量占总消耗氨气的质量分数是多少？ 【分析】反应原理：4NH3 + 5O2 催化剂 4O + 6H2O 2NO + O2 → 2NO2 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO NH3 + HNO3 → NH4NO3 为了解题方便，设最后一个反应中，NH3 的质量为 17 t，HNO3 的质量为 63 t，然后从 HNO3 逆向求 NH3 的质量。 设制 63 t HNO3 需 NH3 的质量为 x。 制 HNO3 的 NH3 的质量分数 = 19.25 19.25 17 ×100% = 53.1% 【答案】制 HNO3 用去的氨的质量占总消耗氨气的 53. 1%。 【例 7】下列说法不正确的是 (A)凡是铵盐均能与苛性钠共热产生 NH3 (B) NH4HCO3 受热分解产生的气体经碱石灰干燥后可得到纯净的氨气 (C) NH3 溶于水后，水溶液中存在大量 NH4 (D) NH3 在空气中燃烧可产生 NO 【分析】强碱与铵盐反应产生的 NH3·H2O 受热分解生成 NH3，故 A 正确；NH4HCO3 分解产生 H2O、CO2、 8 NH3 三种气体，碱石灰可吸收 H2O 和 CO2，余下 NH3 一种气体，所以 B 也正确；NH3 溶于水后，大部分生成 NH3·H2O，生成的 NH3·H2O 只有少部分电离，故 C 不正确；NH3 在 O2 中燃烧可产生 N2，NH3 与争气在加 热和催化剂作用下生成 NO，故 D 也错误。 【答案】CD 【例 8】将碳酸氢铵在试管中加热，使放出的气体依次通过盛有足量过氧化钠和水的容器，最后得到的气 体是 ( ) (A)氧气 (B)二氧化碳 (C)氨气 (D)水 【分析】NH4HCO3 的分解反应为：NH4HCO3  NH3↑+ CO2↑+ H2O↑，通过 Na2O2 发生反应 2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2 【答案】A 【例 9】下列各组混合物中，可用加热方法分离的是 ( j (A)碘和氯化铵 (B)硝酸钾与二氧化锰 (C)硫酸钾和氯酸钾 (D)氯化铵和氯化钾 【分析】A 项：碘受热发生升华，氯化铵受热分解，蒸气冷却后仍为混合物。 B 项：硝酸钾受热分解：2KNO3  2KNO2 + O2↑；二氧化锰无变化，加热后留下 KNO2 与 MnO2 的混 合物。 C 项：氯酸钾受热分解，2KClO3  2KCl + 3O2↑；K2SO4 受热不分解，加热后留下 KCl 与 K2SO4 的 混合物。 D 项：NH4Cl  NH3↑+ HCl↑，收集两种气体冷却后变成纯的 NH4Cl．加热后残留的固体是 KCl。 【答案】D 三、 课堂练习 1．在新疆与青海两省交界处有一狭长山谷，当地牧民经常遇到在风和日丽的晴天顷刻电闪雷鸣，狂风大作， 人畜常遭雷击而倒毙。奇怪的是这里牧草茂盛，四季常青，被当地牧民称为“魔鬼谷”。用化学方程式表示“魔 鬼谷”牧草茂盛，四季常青的原因。 9 2．如图所示装置，烧瓶中充满干燥气体 a，将滴管中的液体 b 挤入烧瓶内，轻轻振荡烧瓶，然后打开弹簧 夹 f，烧杯中的液体 b 呈喷泉状喷出，最终几乎充满烧瓶，则 a 和 b 分别是 ( ) 3．制取氨气并完成喷泉实验（下图中夹持装置均已略去）。 (1)写出实验室制取氨气的化学方程式： 。 (2)收集氨气应使用 法，要得到干燥的氨气可选用 作干燥剂。 (3)图甲装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥的氨气，引发水上喷的操作是 ，该实验的原理是 。 (4)如果只提供如图乙所示的装置，请说明引发喷泉的方法： 。 4．实验室常用 NH4Cl 和 Ca(OH)2 加热制取氨。 (1)写出反应的化学方程式： 。 (2)指出右图装置中的错误之处： ___________________________________________________________ ____________________________________________________。 5．设计一个不用任何试剂的实验方案，将 NaHCO3、Na2SO4、NH4HCO3、 NH4Cl 四种白色固体______________区分。 10 6．从某物质 A(正盐)的水溶液出发，有下图所示的一系列变化： 试回答：(1)写物质的化学式：A 是______，B 是 ，C 是 ，D 是______，E 是 ，F 是 。 (2)写出①、②、③三步反应的化学方程式。 7．写出以空气、水为原料合成硝酸铵的有关化学方程式。 9．农业生产实践已表明，施用化肥能增加农作物产量，如每 0.5 kg 氮肥能增产水稻 7.75 kg，小麦 5. 25 kg， 所以，毫不夸张地说，化肥是农业增产的重要手段之一，但是，盲目地过量使用化肥，不仅造成肥料的浪费， 同时还污染了环境，给生态系统和人类健康带来危害。 下面请你根据已学过的知识，回答有关化肥的一系列问题： (1)在农作物生长发育时期，需要量最多的三种矿质元素是什么？它们在植物生命活动中有什么作用？ (2)有一种复合化肥，含 NH4NO3、NH4H2PO4 和 KCl，其质量比为 1:2:2。问：①某农民要配制该复合肥料 100 g，需要 NH4NO3、NH4H2PO4 和 KCl 各多少克？③上述化肥是以什么形式被吸收的，一般需经过哪两个步 骤？ (3)在土壤呈酸性时，现有(NH4)2SO4 和 NH4NO3 两种化肥，你应使用哪种化肥最适宜，为什么？ (4)施用化肥后，由于地面径流冲刷或随着雨水流失会造成环境污染，主要表现在哪些方面？ 10．侯德榜制碱法是先把 NH3 通入饱和食盐水中而制成铵盐混合溶液，再通入 CO2 发生碳酸化反应，生 成 NaHCO3 沉淀和含大量 NH4Cl 及其他成分的母液，经过滤、洗涤、煅烧 NaHCO3 得纯碱，并设法使母液中 NH4Cl 结晶出来得化肥。根据以上叙述回答下列问题： (1)制碱的主要反应是 ，此复分解反应温度应控制在 30℃左右才能顺 利进行，这是因为在此温度下 的缘故。 (2)在母液中除含有大量 NH4Cl 和一部分 NaHCO3 外，还含有成分 。 11 (3)如饱和食盐水中含 NH3 为 10 mol，在通入 CO2 时为防止较多的(NH4)2CO3 生成，通入的 CO2 的量至少接 近 mol。理论上计算，当氨的物质的量与 CO2 的物质的量比值 3 2 ( ) ( ) n NH n CO 范围内会生成 NH4HCO3 和(NH4)2CO3 两种盐类，不利于 NaHCO3 生成，所以要通入过量 CO2。 (4)在分离母液中的 NH4Cl 时，为防止 NaHCO3 与 NH4Cl 同时结晶出来，采取通入少量 NH3 使 NaHCO3 转 变为 Na2CO3 的办法，其反应的化学方程式为_______________________。 11．(2008．上海)如下图所示，将甲、乙两个装有不同物质的针筒用导管连接起来，将乙针筒内的物质压 到甲针筒内，进行下表所列的不同实验（气体在同温同压下测定）： 实验序号 甲针筒内物质 乙针筒内物质 甲针筒的现象 1 10 mL FeSO4 溶液 10 mL NH3 生成白色沉淀，后变色 2 20 mL H2S 10 mL SO2 3 30 mL NO2（主要） 10 mL H2O(l) 剩有无色气体，活塞自动 向内压缩 4 15 mL Cl2 40 mL NH3 试问答下列问题： (1)实验 1 中，沉淀最终变为 色，写出沉淀变色的化学方程式________________________。 (2)实验 2 甲针筒内的现象有：有 生成，活塞 移动（填“向外”、“向内”或“不”）。反应后 甲针筒内有少量的残留气体，正确的处理方法是将其通入____ 溶液中。 (3)实验 3 中，甲中的 30 mL 气体是 NO2 和 N2O4 的混合气体，那么甲中最后剩余的无色气体是 ，写出 NO2 与 H2O 反应的化学方程式_________________。 (4)实验 4 中，已知：3Cl2 + 2NH3 → N2 + 6HCl。甲针筒除活塞有移动，针筒内有白烟产生外，气体的颜色 变化为 ，最后针筒内剩余气体的体积约为 mL。 四、 易错题点拨 本节知识在理解与运用中常见的错误是： 1．不理解氮的固定的概念； 2．对氨水的成分及性质理解不准确； 3．不清楚铵盐与碱反应的实质。 12．起固氮作用的化学反应是 ( ) (A) N2 与 H2 在一定条件下反应生成 NH3 (B) NO 与 O2 反应生成 NO2 (C)氨气经催化氧化生成 NO (D)由 NH3 制碳酸氢铵和硫酸铵 12 13．氨水显弱碱性的主要原因是 ( ) (A)通常状况下，氨的溶解度不大 (B)氨水中的 NH3·H2O 电离出少量的 OH- (C)溶于水的氨分子只有少量电离 (D)氨本身的碱性弱 14．下列物质中，能使干燥的红色石蕊试纸变蓝色的是 ( ) (A)液氨 (B)氨气 (C)氨水 (D)氯化铵溶液 15．相同质量的下列铵盐，与足量氢氧化钠共热时，产生氨气最多的是 ( ) (A) NH4Cl (B) (NH4)2CO3 (C) (NH4)2SO4 (D) NH4HCO3 五、 解决疑难问题 一、氨水性质及拓展 1．液氨与氨水的区别 液氨 氨水 物质分类 纯净物 混合物 微粒种类 NH3 NH3、NH3·H2O、H2O、NH4+、 OH- 、H+ 存在条件 常温常压下不能存在 常温常压下可存在 2．NH3 与 NH 才的区别 氨(NH3) 铵(NH4+) 类别 分子（电中性） 阳离子（带 1 单位正电荷） 电子式、结构式 三角锥型 正四面体型 空间构型 存在 单独存在 只存在于氨水或铵盐中 13 性质 气态，可与水或酸反应 可与碱反应，能水解 化学键 共价键（无配位键） 共价键（含配位键） 相互转化 NH3 ( ) ( ) H OH   酸 碱 NH4+ 3．氨水的性质 (1)容易挥发，打开盛浓氨水的试剂瓶，瓶口有白雾产生，久置时溶液质量减小。 (2)氨水的密度小于 1g/cm3，其质量分数越大，密度越小，因此质量分数为 x%的氨水与质量分数为 x%的 氨水等体积混合后，所得氨水的质量分数小于 2x%。 (3)氨水具有碱性，是由于 NH3·H2O  NH4+ + OH-。 (4)氨水具有不稳定性，是由于 NH3·H2O  NH3↑+ H2O。 4．涉及氨水的离子方程式的书写 (1)氨水作反应物时用分子式 NH3·H2O 表示，如：Al3+ + NH3·H2O  AI(OH)3↓+ 3NH4+。 (2)生成一水合氨时， ①若反应物为浓溶液或在加热条件下，用下式表示：NH4+ + OH-  NH3↑+ H2O； ②若反应物为稀浴液且不加热，用下式表示：NH4+ + OH- →NH3·H2O。 二、氨与酸的反应及铵盐的分解规律 1．不稳定性酸的铵盐分解产物为 NH3、酸酐和水。如：NH4HCO3  NH3↑+CO2↑+ H2O↑。 2．挥发性酸对应的铵盐分解产物为 NH3 和相应的酸。如：NH3Cl  NH3↑+ HCl↑。 3．高沸点酸的铵盐分解产物为 NH3 和酸（或酸式盐）。如：(NH3)3PO4  3NH3↑+ H3PO4、 (NH4)2SO4  2NH3↑+ H2SO4。 4．氧化性酸的铵盐的分解产物随着温度高低不同而不同。如：NH4NO3 缓慢 N2O↑+ 2H2O、 NH4NO3 90 110 ℃ 2NH3↑+ HNO3、2NH4NO3 500℃ 2N2↑+ O2↑+ 4H2O。 三、NH4+的检验及注意事项 1．取少量样品与碱混合于试管中共热，将湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，若试纸变蓝，则证明样品中 含有 NH4+。 2．取少量样品于试管中，加入碱液后加热，用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟产生，则证明 样品中含有 NH4+。 3．实验室不用加热分解铵盐的方法检验 NH4+的存在。一是可能发生爆炸，二是并不是所有的铵盐分解都 产生氨气。 四、常见的化肥 肥料名称 形态 养分含量 酸、碱性 性能 14 氨水 液态 含 N 15%～17% 弱碱性 挥发性强，腐蚀性强，有刺激性臭味 碳酸氢铵 白色晶体 含 N 17% 弱碱性 易分解，易潮解 硫酸铵 白色晶体 含 N 21% 弱酸性 略有吸湿性 硝酸铵 白色晶体 含 N 35% 中性 易吸湿结块，有爆炸性 尿素 白色晶体 含 N 46% 中性 有吸湿性、腐蚀性 氯化钾 白色晶体 含 K2O 60%～65% 中性 不易吸湿、结块 草木灰 灰黑色晶体 含 K2O 10% 碱性 有吸湿性 六、 趣味阅读 海洋生物固氮新发现 有个问题一直困惑了海洋学者几十年：溶解在海里的氮气怎样转化为生物能利用的氮源？目前．，研究人 员发现一种浮游细菌发挥了重要作用。这种细菌的固氮量可能是以前所知的海洋生物固氮量的总和。几年以前， 加利福尼亚大学的 Jon Zehr 和同事发现了海水中的固氮基因，它似乎来自一些单细胞细菌。现在，该小组鉴定 了这些细菌，并观察到它们在实验室和海水里的固氮作用。经研究发现，这些固氮细菌分别属于两个家族—— 光合蓝细菌和另一种亲缘关系甚远的光合细菌。基于蓝细菌的大量存在和它们在固定实验室固氮的速率，研究 者估计 10%的海洋固氮是它们完成的。海洋生物学者 Tracy Villareal 说，这一结果完全改变了科学家对氮循环 的理解。 空气中的氮气 空气中游离的氮气，性情“孤傲懒散”，既不帮助燃烧，也不维持生命。人们利用氮气这懒惰的性情，来 为人类服务。电灯泡里灌满氮气可减慢钨丝的挥发速度；博物馆内常把贵重画页、书卷保存在充满氮气的圆筒 内，因为蛀虫在氮气中不能生存；粮库贮存粮食用巨大的塑料帐幕笼罩起来，抽走空气，充进氮气，这样可以 使霉菌、蛀虫无法生存，也可以抑制粮食的呼吸作用，使粮食保存的时间更长。在化学工亚上，氮的化合物非 常重要，是炸药、氮肥、染料与硝酸工业的主角。在大自然中，氮气在雷电的条件下，经一系列反应后变成硝 酸，落到土壤里变成硝酸盐，就成了如珍如宝的氮肥。据估计，每年因雷雨而落到大地怀抱的氮肥约有 4 亿吨！ 合成氨新法——电合成法 最近，两位希腊化学家，阿里斯多德大学的 George Marnellos 和 Michael Stoukides，发明了一种合成氨的 新方法。在常压下，令氢与用氦稀释的氮分别通入一加热到 570℃的以锶一铈一钇一钙钛矿多孔陶瓷( SCY)为 固体电解质的电解池中，用覆盖在固体电解质内外表面的多孔钯多晶薄膜的催化，转化为氨，转化率达到 78%； 近一个世纪的哈伯法合成氨工艺通常转化率只有 10%～15%。 七、 课后作业 1．工业上用来制取肥料和炸药的原料是 ( ) (A)碳 (B)硫 (C)氧气 (D)氮气 2．下列选项属于氮的同定的是 ( ) (A)植物从土壤中吸收含氮养料 (B)豆科植物把含氮化合物转变为蛋白质 (C)将氨转变为硝酸，再转变为其他含氮化合物 (D)将空气中的氮气转变为含氮化合物 15 3．检验 NH4+时，采用加入氢氧化钠溶液并加热后用试纸检验的方法，正确的操作为 ( ) (A)用湿润的蓝色石蕊试纸放在试管口外 (B)用干燥的红色石蕊试纸置于管口内 (C)用湿润的蓝色石蕊试纸置于管口内 (D)用湿润的红色石蕊试纸放在试管口外 4．下列电子式中，错误的是 ( ) (A)氮气 :N┆┆N: (B)氯化氢 : :H Cl  (C)氨气 : :H N H H  (D)氯化钠 [: :]Na Cl   5．将氨气溶于水发生的反应是 ，氨水 显 性，原因是 。 6．如右图所示，装置 a 中充满干燥的氯气，将 b 中浓氨水挤入 a 中，开始时，a 中发生的反 应中有氧化还原反应：2NH3 + 3Cl2 → N2+ 6HCl，同时生成白烟并发红光。请回答以下问题： (1)反应中生成的白烟是____。 (2)反应完成后，将 a 瓶的导管插入水槽的水面下，并打开止水夹 c，观察到有水吸入 a 瓶 中形成喷泉，当喷泉停止后，升入 a 中的水约占 a 瓶容积的 。 (3)标志 a 瓶中反应全部完成的化学方程式为：_____________________________。 7．列举氮气的用途，并指出这些用途各是利用了氮气的何种性质？ 8．雷雨中常含有微量 HNO3，这对农作物生长有利，用化学方程式解释 HNO3 的形成过程。 9．某种常见的白色晶体 A，与盐酸反应产生无刺激性气味的气体 B；将 B 通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊。 若在 A 的水溶液中加氢氧化钡溶液，则析出白色沉淀 C 和无色气体 D;D 可以使湿润的红色石蕊试纸变蓝。加 热同体 A，可生成水、B 和 D，而且 B 和 D 的物质的量之比为 1:1。根据以上事实，可以判断出 A 是 ， B 是_______，C 是________。加热同体 A 生成水、B 和 D 的化学方程式是 。 16 10．现有下列五种化肥：硫铵、碳铵、硝铵、氯化钾和氯化铵，为了鉴别这五种化肥，进行下网实验，先分 别编号 A、B、C、D、E，各溶于水中配成溶液，然后取试样实验。 试回答： (1)推断（写化学式）：A 是 ，B 是 ，C 是 ，D 是 ，E 是 。 (2)写出有关试液的名称：①是 ，②是 ，③是 。 (3)写出 4 个反应的离子方程式。 11．把 10 g 市售硫铵样品溶于水，加入过量烧碱溶液，加熟到氨气全部逸出，并将生成的氨气用 50 mL2.5 mol/L 硫酸完全吸收，此时溶液呈酸性，然后用滴定管滴人 40 Ml 2.5mol/L 苛性钠溶液后，刚好将剩余硫酸中和，求 该市售硫铵样品的纯度及含氮百分率。 17 课堂练习答案 1．【分析】此题表面看似神奇，但仔细思考不难作答。电闪雷鸣一般伴随降雨过程，同时电闪雷鸣给空气中的 N2 和 O2 化合提供了条件，生成的 NO 被 O2 氧化为 NO2，NO2 被雨水吸收转化为 HNO3，HNO3 随雨水降下给 大地增加硝态氮肥(即 NO3-)，所以“魔鬼谷”牧草茂盛，四季常青。 【答案】其化学反应方程式为：N2 + O2 放电 2NO；2NO+O2 → 2NO2；3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO。 2．【分析】气体 a 易溶于液体 b 或气体 a 易与液体 b 反应，易形成喷泉。 NO2 易溶于水，发生反应：3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO，能形成喷泉，但最终 H2O 只充满烧瓶容积的 2/3， 所以 A 项不符合题意；Cl2 难溶于饱和 NaCl 溶液，不能形成喷泉，所以 C 项不符合题意；CO2 与 NaOH 溶液 反应，最终烧瓶中气体全部被吸收，故能形成喷泉，且 NaOH 溶液充满烧瓶，所以 B 项符合题意；NH3 极易溶 于盐酸，发生反应 NH3 + HCl → NH4Cl，最终 NH3 被全部吸收，故能形成喷泉，且盐酸充满烧瓶，所以 D 项 符合题意。 【答案】BD 【点拨】 喷泉形成的原理为：容器内外存在较大的压强差且该压强差必须大于导管长度，即水柱形成的压强。 3．【分析】实验室利用铵盐与碱共热制氨气，一般用氯化铵与熟石灰共热，化学方程式为： 2NH4Cl + Ca(OH)2  2NH3↑+ CaCl2 + 2H2O 因为氨气的密度比空气的密度小，且极易溶于水，所以收集氨气用向下排空气法。 图甲是教材中同学们所熟知的喷泉实验操作。打开止水夹，挤出胶头漓管中的水，使少量的水进入烧瓶， 烧杯里的水由玻璃管进入烧瓶，形成喷泉。喷泉实验的原理是由于氨极易溶于水，使烧瓶内气体压强迅速减小， 烧杯中的水在外界大气压的作用下喷入烧瓶。 第(4)问变换了情境（隐去了胶头滴管），考查了学生的创新思维和临场解决问题的能力。从实验原理考虑， 形成喷泉必须产生压强差。打开止水夹，用手或热毛巾热敷烧瓶，氨受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨与 水接触，即形成喷泉。 【答案】 (1)2NH4Cl + Ca(OH)2  CaCl2 + 2NH3↑+ 2H2O (2)向下排空气 碱石灰(或固体 NaOH) (3)打开止水夹，挤出胶头滴管中的水氨极易溶于水，致使烧瓶内气体压强迅速减小，在外界大气压作用下， 把烧杯中的水压入烧瓶中，从而形成喷泉 (4)打开止水夹，用手（或热毛巾等）热敷烧瓶，氨受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨与水接触，即形 成喷泉（开放性问题，其他合理答案均可） 【点拨】本题属于高考常见题型，即以熟悉的问题为素材，以简答的形式要求学生叙述基本的实验操作、实 验原理及实验现象、设计实验方案。培养了学生的创新意识，多角度拓展，深层次挖掘，体现了近年来化学实 验命题在思路和手段上对实验知识客技能两右面的要求。 4．【答案】 (1) 2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2NH3↑+ 2H2O (2)发生反应的试管口向上倾斜，并夹持在离 试管底较近处；在发生反应的试管中导管伸入太长；用向上排空气法收集气体且用塞子；收集气体的试管中导 管伸入太短 5．【分析】分析以上四种物质可知，Na2SO4 受热不分解，NaHCO3、NH4HCO3、NH4Cl 受热均分解，同时生成 不同的气体，可用加热法来进行检验。 18 【答案】用热分解法区别。不能分解的是 Na2SO4，分解后又化合的是 NH4 Cl．分解产生刺激性气味的是 NH4HCO3，分解生成无色无味气体的是 NaHCO3。 6．【分析】本题涉及的物质多，变化复杂，难度较大。解题时要抓住题中几个关键信息：“A 是正盐”，A 既能 跟浓 H2SO4 反应产生气体 C，又能跟浓 KOH 溶液反应产生气体 D，气体 C 通入氨水得到 A 的溶液。可推知 A 是—种弱酸的铵盐，气体 D 是 NH3。 最后的突破是判断无色气体是 CO2 还是 SO2。通过国 可推知 E 为 K2SO3，被溴水氧 化后生成 F—K2SO4。逆向推理确定 A 是(NH4)2SO3。 【答案】(1)A 是(NH4)2SO3，B 是(NH4)2SO4，C 是 SO2，D 是 NH3，E 是 K2SO3，F 是 K2SO4。 (2)①(NH4)2SO3 +H2SO4 → (NH4)2SO4 + H2O + SO2↑ ②(NH4)2SO3+2KOH  K2SO4 + 2H2O + 2NH3↑ ③K2SO4 + Br2 + H2O → K2SO4 + 2HBr 7．【分析】可用倒推法分析。 【答案】 2H2O 通电 2H2↑+O2，N2 + 3H2 催化剂 高温高压 2NH3，4NH3 + 5O2 催化剂 4NO + 6H2O，2NO + O2 → 2NO2，3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO，NH3 + HNO3 → NH4NO3 8．【分析】(1)由图可知：100 mL NaOH 溶液跟 34.4 g 铵盐恰好反应。根据 NH4 + OH-  NH3↑+ H2O，可 知，c(NaOH) = 111.2 / 22.4 0.100 L L mol L   =5.00 mol/L。 (2)根据(1)知，若 51.6 g 固体混合物恰好与 NaOH 溶液完全反应，需 NaOH 溶液的体积为 51.6 34.4 g g ×100 mL = 150 mL，所以，140 mL NaOH 溶液是不足量的，计算 NH3 的体积以 NaOH 的量为准： V (NH3) = 22.4n(NaOH) =22.4 L.mol×5 mol/ L×0. 140 L=15. 68 L。 (3)根据(2)知，当 V(NaOH) =180 mL 时，铵盐混合物不足量，计算 NH3 的体积以铵盐混合物为准，所以 V(NH3) =11.2L× 51.6 34.4 g g =16.8 L。 【答案】(1)5. 00 mol/L (2)15. 68 (3)16.8 9．【分析】本题主要考查化肥的用途及危害。 【答案】 (1)植物生命活动需要量最大的三种矿质元素是 N、P、K。 氮是蛋白质的主要组成元素，它能加速细胞分裂和生长，使植物枝叶繁茂。磷能促进幼苗发育，促进开花、 结果、成熟。钾能使茎秆健壮、抗倒伏，促进淀粉的合成与运输。 19 (2)①配制该复合肥料 100 g，需要 NH4NO3 20 g，NH4H2PO4 40 g，KCl 40 g。 ②上述化肥是以离子状态被吸收的，主要吸收的有：NH4+、H2PO4-、K+，根细胞吸收肥料一般需要经过离 子交换吸附和主动运输两个步骤。 (3)应选用 NH4NO3。 因为根细胞吸收肥料是以离子交换吸附方式进行的，植物需要氮较多，故吸收 NH4+才多，吸收 SO42-少。 故交换下来进入土壤里的 H+多，使土壤显酸性。所以不宜在酸性土壤里使用生理酸性盐(NH4)2SO4。而 NH4NO3 是生理中性盐，根细胞对 NH4+才和 NO3-的吸收量是相同的，交换下来的 H+和 OH-的量也相同，不会再增加土 壤的酸性，所以应选用 NH4NO3。 (4)氮和磷元素进入地下水或地表水，污染水源，引起地下水、井水硝酸盐等含量增高，饮用会危害人类健 康。此外，氮、磷流入水中，造成水体富营养化（即水体养分过高），诱使藻类大量繁殖，又消耗大量 O2，使 水体中 O2 含量减少，这样又造成有机体大量死亡，水质变坏，对环境破坏作用很大。 10．【分析】CO2 通入氨水生成 NH4HCO3 还是生成(NH4)2CO3 是由通入 NH3 与 CO2 物质的量的比值 3 2 ( ) ( ) n NH n CO 决 定的： NH3 + CO2 + H2O → NH4HCO3 1 mol 1 mol 即 3 2 ( ) ( ) n NH n CO = 1，只生成 NH4HCO3 一种盐。 2 NH3 + CO2 + H2O → (NH4)2CO3 2 mol 1 mol 即 3 2 ( ) ( ) n NH n CO = 2，只生成(NH4)2CO3 一种盐。 可见当 1< 3 2 ( ) ( ) n NH n CO