学年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文档格式.docx
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N2+3H2
2NH3
(2)与O2的反应:
N2+O2
2NO
(3)与Mg的反应:
3Mg+N2
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
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
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
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
4
5
烧瓶中的气体
Cl2
CO2
H2S
NO2+NO
HCl
滴管中的液体
浓NaOH
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
4NO+6H2O(该反应放热)
【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
【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
CO+H2,CO+H2O
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
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
(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
(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
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。
【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:
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
2NO2NO+O2→2NO23NO2+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
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
4O+6H2O
2NO+O2→2NO23NO2+
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