化学必修 第二册第三单元 含氮化合物的合理使用学案

第三单元　含氮化合物的合理使用

基础课时10　含氮化合物的合理使用

知识点一　铵盐的性质

1．铵盐：由铵根离子与酸根离子形成的离子化合物。

2．物理性质：多为无色、易溶于水的晶体。

3．化学性质

(1)不稳定性

①NH4Cl受热容易分解：NH4ClNH3↑＋HCl↑(填化学方程式)。

②NH4HCO3受热容易分解：NH4HCO3NH3↑＋H2O＋CO2↑(填化学方程式)。

(2)与强碱的反应

①固体反应：NH4Cl与NaOH反应的化学方程式为NH4Cl＋NaOHNH3↑＋NaCl＋H2O。

②固体反应：NH4Cl与Ca(OH)2反应的化学方程式为

2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。

③溶液中铵盐与强碱反应的离子方程式(加热)为NH＋OH－NH3↑＋H2O。

稀溶液中铵盐与强碱反应的离子方程式(不加热)为NH＋OH－===NH3·H2O。

　判断下列说法是否正确。(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)NH4HCO3受热易分解，不可用作氮肥。 (×)

(2)铵盐受热时分解，都有NH3产生。 (×)

(3)加热盛有NH4Cl的试管，试管底部有固体消失，试管口有晶体凝结，说明NH4Cl固体可以升华。                            (×)

(4)取少量试液于试管中，加入浓NaOH溶液并加热，用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体，检验溶液中是否含NH。              (√)

　(1)有两瓶溶液是NH4Cl溶液和NaCl溶液，如何区分？

提示：取其中一种待测液于试管中，向其中滴加浓NaOH溶液，加热试管，将湿润的红色石蕊试纸置于试管口，若试纸变蓝则证明该溶液为NH4Cl溶液，否则为NaCl溶液。

(2)向某盐中加入强碱溶液，用湿润的红色石蕊试纸进行检验，若试纸没有变蓝，则说明盐中不含有NH，是否正确？

提示：不正确。若盐中含有NH，加入强碱溶液后，需要加热才能产生NH3。

知识点二　常见氮肥及其使用

1．常见氮肥

2.合理使用化肥

(1)考虑因素：土壤酸碱性、作物营养状况、化肥本身性质。

(2)过量施用化肥的危害

①长期使用化肥的土壤容易酸化、板结。

②部分化肥随着雨水流入溪水、河水和湖泊，造成水体富营养化，产生水华等污染。

微点拨：坚持优先保护环境，科学合理的使用化肥。

　(1)为什么硝态氮肥不宜在高温天气、多雨的水田区施用，而用于冷凉的旱地？

提示：在高温天气、土壤湿度过大、通气不良和有新鲜有机物存在的情况下，硝态氮肥在微生物作用下可还原成N2O、一氧化氮和氮气，这种反硝化作用是硝态氮肥损失的主要途径之一。因此，硝态氮肥适宜气候较冷凉的旱地。

(2)为什么适应在pH较高的石灰性土壤中生长的植物优先使用硝态氮肥，而适应在酸性土壤中生长的植物优先使用铵态氮肥？

提示：硝酸根带负电荷，不易被以带负电荷为主的土壤胶体吸附，在pH较高的石灰性土壤上生长的喜钙植物优先使用硝态氮肥；碱性条件下铵态氮肥遇碱性物质会分解，分解后释放出氨气而挥发，所以在酸性土壤中生长的植物优先使用铵态氮肥。

(3)有一位农民看到自己买的一袋碳酸氢铵化肥受潮了，就放在太阳下面晒，下午取的时候发现少了许多。为什么？

提示：在太阳光的照射下，碳酸氢铵受热分解生成NH3、CO2和水蒸气，故固体减少。即NH4HCO3NH3↑＋H2O↑＋CO2↑

知识点三　氮氧化物的无害化处理

1．氮氧化物(NOx)是大气污染物，主要包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)。

2．主要危害

(1)NO2会形成酸雨。

(2)氮氧化物与臭氧和一些碳氢化合物在紫外线的照射下发生作用后，产生一种有毒的烟雾，人们称它为光化学烟雾。

3．减少氮氧化物的措施

(1)以甲醇、液化气代替汽油。

(2)安装汽车尾气净化装置，将NOx转化为中性的、无污染的氮气；净化装置中有害气体NO、CO在催化剂作用下反应的化学方程式为2NO＋2CON2＋2CO2。

(3)使用以液化天然气(LNG)或高效燃料电池作为动力的新型环保汽车。

　(1)在一定条件下氨气可用来将氮氧化物转化为无污染的物质。写出氨气与二氧化氮、一氧化氮在一定条件下反应的化学方程式。

提示：8NH3＋6NO27N2＋12H2O；

4NH3＋6NO5N2＋6H2O。

(2)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：

①NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O；

②2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O。

在反应①中，氧化剂、还原剂分别是哪种物质？在反应②中，氧化剂和还原剂的物质的量之比是多少？

提示：NO2、NO　1∶1

材料1：1727年，英国化学家哈尔斯将氯化铵与熟石灰的混合物在水封闭的曲颈瓶中加热，只见水被吸入瓶中并没有气体放出。1774年，英国化学家普里斯特里重做这个实验，他采用汞代替水来密封曲颈瓶，即排汞取气法，制得了碱空气(氨气)。

材料2：1904年，哈伯开始研究合成氨的工业化生产。1908年，哈伯和助手设计了一种高压罐，将体系加压到200个标准大气压，并加热到550 ℃，用铀作催化剂，每小时可以生产几百毫升的液氨。哈伯成为第一个从空气中制造出氨的科学家，使人类从此摆脱了依靠天然氮肥的被动局面，加速了世界农业的发展。为表彰哈伯的这一贡献，瑞典科学院把1918年的诺贝尔化学奖颁给了哈伯。

[问题1]　英国化学家哈尔斯的实验为什么没有制得氨气？他的实验为现在实验室中制取氨气提供了哪些启示？

提示：氨气易溶于水，所以只见水被吸入瓶中并没有气体放出。他的实验提示我们不能用排水法收集氨气，而且将氨气通入水中时要防止倒吸。

[问题2]　化学家普里斯特里制得氨气后研究发现氨可以在纯氧中燃烧，该反应是一个置换反应，请写出该反应的化学方程式。

提示：4NH3＋3O22N2＋6H2O。

[问题3]　根据材料2：分析实验室为什么不选择哈伯制备氨气的方法来制备氨气？

提示：哈伯制备氨气的方法需要高温、高压，条件较高，实际操作比较困难，不适合实验室制备。

实验室制备氨气的方法

1．氨气的实验室制法

(1)原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。

(2)装置：

①发生装置：固体＋固体气体，与实验室利用氯酸钾和二氧化锰加热制取氧气的装置相同。

②净化装置：通常用碱石灰干燥氨气，不能用五氧化二磷、浓硫酸和无水氯化钙干燥。

(3)收集方法：向下排空气法收集，试管口塞一团疏松的棉花团，目的是防止氨气与空气形成对流，以收集到较纯净的氨气。

(4)验满方法：①方法一：用湿润的红色石蕊试纸放置在试管口附近，若变蓝，说明已经收集满。

②方法二：用蘸取浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟生成，说明已经收集满。

(5)尾气处理：多余的氨气要吸收掉(可在导管口放一团用水或稀硫酸浸润的棉花球)以避免污染空气。在吸收时要防止倒吸，常采用的装置如图。

2．实验室快速制氨气的方法

(1)加热浓氨水法：NH3·H2O不稳定，受热易分解生成NH3：NH3·H2ONH3↑＋H2O，故可直接加热浓氨水制备NH3。

(2)浓氨水加固体NaOH(或生石灰、碱石灰)法：固体NaOH溶于水放出大量的热，会促使氨水分解，而生石灰可与水反应生成Ca(OH)2，同时反应放热，也会促使氨水分解，故可在常温下向固体NaOH或CaO中滴加浓氨水来制备NH3。

反应装置图分别为

【例题】　氨气是化学实验室常需制取的气体。实验室制取氨气通常有两种方法：

方法一、固体氢氧化钙与氯化铵共热

方法二、生石灰与浓氨水反应

(1)下面的制取装置图中，方法一应选用装置________(填“A”或“B”，下同)，方法二应选用装置________。

A　　　　　　B

(2)写出生石灰与浓氨水反应制取NH3的反应方程式：__________________________________________________________________。

(3)在制取后，如果要干燥氨气，应选用的干燥剂是________(填字母，下同)，收集氨气的方法是________。

A．浓硫酸　B．碱石灰　C．五氧化二磷　D．向上排空气法　E．排水法　F．向下排空气法

(4)检验是否收集满氨气的方法是____________________________________

_______________________________________________________________。

【解题指南】　解答本题要明确以下两点

(1)制取气体时反应装置的选择。

(2)实验室制取氨气的原理及氨气的检验方法。

[解析]　A装置适用于固体与固体加热制气体，B装置适用于液体与固体(或液体)不加热制气体。NH3为碱性气体，只能用碱性干燥剂。检验NH3一般用湿润的红色石蕊试纸。

[答案]　(1)A　B

(2)CaO＋NH3·H2O===Ca(OH)2＋NH3↑

(3)B　F

(4)将湿润的红色石蕊试纸放在集气瓶口处，若试纸变蓝，说明气体已收集满

[变式旁通]

(1)实验室能否用CaCl2干燥氨气？

(2)实验室可以用下列哪个装置收集氨气？为什么？

a　　　　b　　　　　c　　　　　d

提示：(1)不能。由于氨气能与无水氯化钙发生反应得到CaCl2·8NH3，所以不能用无水氯化钙干燥。

(2)d。利用氨气的密度小于空气，采用短管进气长管出气来收集氨气。

1．实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置，其中正确的是(　　)

A．①是氨气发生装置 B．③是氨气发生装置

C．②是氨气吸收装置 D．④是氨气收集、检验装置

B　[①中NH4Cl受热易分解生成NH3和HCl，但在试管口附近两者又能结合生成NH4Cl，所以不能用于制取NH3；②中的漏斗位置过低，不能防止倒吸，漏斗要紧贴水面；③可用于NH3的发生装置，利用浓氨水和生石灰等制取NH3；④中试管口应放一团干燥的棉花，减少NH3与空气的对流。]

2．实验室用NH4Cl和Ca(OH)2制取氨气，图A和B是常用的气体发生装置。

(1)实验室制氨气时反应的化学方程式是______________________________

_______________________________________________________________，

应选用的装置是________；若改用浓氨水和NaOH固体制氨气时，应选取的装置是________。

(2)为了得到干燥的氨气，实验室常使用________做干燥剂(请从“碱石灰”“浓硫酸”“氯化钠”中选出一种物质)。

(3)实验室常用________法收集氨气。在标准状况下，将盛满氨气的集气瓶倒置于水中(假设溶质全部在集气瓶内)，则所得溶液的物质的量浓度为________。

[解析]　(1)实验室制氨气时利用熟石灰与氯化铵加热反应制取，反应的化学方程式是2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2H2O＋2NH3↑，反应需要加热，应选用的装置是A；若改用浓氨水和NaOH固体制氨气时，由于不需要加热，应选取的装置是B。

(2)氨气是碱性气体，因此为了得到干燥的氨气，实验室常使用碱石灰做干燥剂，氯化钠不能作干燥剂。(3)氨气极易溶于水，且密度小于空气，实验室常用向下排空气法收集氨气。在标准状况下，将盛满氨气的集气瓶倒置于水中(假设溶质全部在集气瓶内)，由于氨气极易溶于水，水充满集气瓶，则所得溶液的物质的量浓度为≈0.045 mol/L。

[答案]　(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2H2O＋2NH3↑　A　B　(2)碱石灰　(3)向下排空气　0.045 mol/L

1．下列关于铵盐的叙述中正确的是(　　)

①所有铵盐中氮元素的化合价都是－3价　②所有铵盐都溶于水　③铵态氮肥不应与草木灰混合使用　④铵盐都是离子化合物　⑤铵盐都能与碱反应，不能与酸反应

A．①③④　　　 B．②③④

C．①②③④ D．①②③④⑤

B　[NH4NO3中氮元素有－3价和＋5价，①错误；NH4HCO3既能与碱反应，也能与酸反应，⑤错误。故B项正确。]

2．月季花适宜在酸性土壤中生长。某同学给月季花施肥前，对下列氮肥溶液的pH进行了测定，结果如下：

该同学最好选用(　　)

A．尿素　　 B．碳酸氢铵

C．硫酸铵 D．氨水

C　[根据题意应选择水溶液显酸性的化肥。]

3．下列离子方程式书写正确的是(　　)

A．实验室用氯化铵和熟石灰制氨：NH＋OH－NH3↑＋H2O

B．NaOH溶液与NH4Cl溶液混合加热：NH＋OH－NH3·H2O

C．氨水中加盐酸：NH3·H2O＋H＋===NH＋H2O

D．氨水中加入氯化铁溶液：Fe2＋＋2NH3·H2O===2NH＋Fe(OH)2↓

C　[A项，该反应属于固体间的加热反应，不能书写相应的离子方程式；B项，加热条件下NH3·H2O应分解为NH3和H2O，离子方程式应为NH＋OH－NH3↑＋H2O；C项，符合反应原理及离子方程式书写要求；D项，向氨水中滴加FeCl3溶液应生成Fe(OH)3沉淀，离子方程式为Fe3＋＋3NH3·H2O===Fe(OH)3↓＋3NH。]

4．检验试管中盛有的少量白色固体是铵盐的方法是(　　)

A．加氢氧化钠溶液，加热，用湿润的红色石蕊试纸在试管口检验，看试纸是否变蓝

B．将固体加热，产生的气体通入紫色石蕊溶液，看是否变红

C．加水溶解，用pH试纸测溶液的酸碱性

D．加入氢氧化钠溶液，加热，再滴入酚酞试液

A　[检验铵盐的方法：将某固体(或其溶液)与强碱共热，若产生刺激性气味的气体，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则原固体为铵盐。]

5．某学习兴趣小组探究氨气的制取实验：

(1)甲同学拟用下列实验方法制备氨气，其中合理的是________(填字母)。

A．将氯化铵固体加热分解

B．将浓氨水滴入氢氧化钠固体中

C．将氢氧化钠固体加入浓氨水中

D．将氯化铵稀溶液滴入氢氧化钠固体中

(2)根据上述正确的原理，该同学欲用下列常见的实验室制气装置制取氨气，适宜的装置是________(填字母)。

(3)气体的性质是气体收集方法选择的主要依据，下列性质与收集方法无关的是________。

①密度　②颜色　③溶解性　④热稳定性　⑤与氧气反应

(4)下图是甲同学设计收集氨气的几种装置，其中可行的是________，集气的原理是____________________________________________________________

___________________________________________________________________。

[解析]　(1)加热氯化铵产生氯化氢和氨气，遇冷又转化为氯化铵固体，不能制取氨气；用浓氨水与氢氧化钠固体混合制氨气时，将氨水滴入氢氧化钠固体中更方便操作，而且节约氨水的用量；氨气极易溶于水，若用稀溶液制取，产量较少。(2)根据所给试剂看，不需要加热条件。(3)收集气体可采用排空气法(密度、气体不能被氧气氧化等)，也可采用排水法(不易溶于水)，与其他性质无关。(4)氨气极易溶于水且其密度小于空气，采用向下排空气法收集。

[答案]　(1)B　(2)C　(3)②④　(4)d　利用氨气密度小于空气，采用短管进氨气，长管出空气，即可收集氨气