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第五章 化工生產(chǎn)中的重要非金屬原元素
第一節(jié) 氮及其化合物 課時(shí)2
合成氨是人類發(fā)展史上的一項(xiàng)重大突破，解決了因糧食不足而導(dǎo)致的饑餓和死亡問(wèn)題。
N2+3H2 2NH3
1918年，德國(guó)化學(xué)家弗里茨·哈伯因?yàn)榘l(fā)明合成氨方法而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
哈伯
(F.Haber，1868-1934)
1931年,德國(guó)化學(xué)家卡爾·博施改進(jìn)了高壓合成氨的催化方法，實(shí)現(xiàn)了合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)。于1931年，獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
卡爾·博施
(Carl Bosch，1874-1940)
2007年，德國(guó)化學(xué)家格哈德·埃特爾發(fā)現(xiàn)了哈伯－博施法合成氨的作用機(jī)理,并以此為開(kāi)端推動(dòng)了表面化學(xué)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，成為第三位合成氨研究領(lǐng)域諾貝爾獎(jiǎng)得主。
格哈德·埃特爾Gerhard Ertl
當(dāng)哈伯的合成氨工藝流程公眾于世后，立即引起了德國(guó)當(dāng)時(shí)的統(tǒng)治者們的注意，德國(guó)統(tǒng)治者為了達(dá)到吞并歐洲稱霸世界的野心，同時(shí)也利用哈伯想成為百萬(wàn)富翁的貪婪心理，請(qǐng)哈伯出任德國(guó)威廉研究所所長(zhǎng)，繼續(xù)他的研究。從1911年到1913年短短兩年時(shí)間內(nèi)，哈伯不僅提高了合成氨的產(chǎn)率，而且合成了1000噸液氨，并且用它制造出3500噸烈性炸藥TNT。
到1913年第一次世界大戰(zhàn)時(shí)，哈伯已為德國(guó)建成了無(wú)數(shù)個(gè)大大小小的合成氨工廠，為侵略者制造了數(shù)百萬(wàn)噸炸藥，從而導(dǎo)致并蔓延了這場(chǎng)禍秧全球的世界大戰(zhàn)，這也是第一次世界大戰(zhàn)德國(guó)為什么能堅(jiān)持這么久的謎底。當(dāng)事實(shí)真相大白于天下時(shí)，哈伯受到了各國(guó)科學(xué)家的猛烈抨擊，尤其是當(dāng)他獲得1918年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)時(shí)，更激起了世界人民的憤怒。
人工合成氨實(shí)驗(yàn)的成功令人歡心鼓舞，它對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防科技的重大意義是不言而喻的。但三位科學(xué)家留給后人的思考也是深刻的—科學(xué)必須造福于民！
1.知道氨氣能與水、酸發(fā)生反應(yīng)。
2.知道氨的催化氧化反應(yīng)是工業(yè)制取硝酸的基礎(chǔ)。
3.知道銨根離子的檢驗(yàn)方法。
4.通過(guò)對(duì)銨鹽性質(zhì)的學(xué)習(xí)，知道氨的實(shí)驗(yàn)室制法和銨鹽是重要的氮肥。
知識(shí)點(diǎn)一：氨氣
1.氨氣的物理性質(zhì)
顏色 氣味 狀態(tài) 溶解度 密度 特性
無(wú)色
刺激性氣味
氣體
極易溶于水
比空氣密度小
常溫常壓下1體積水能溶解約700體積氨氣
易液化（-33.5℃）
氨氣易液化， 液態(tài)氨汽化時(shí)要 周圍的熱量，使周圍的空氣迅速變
吸收
冷
（液氨可用作制冷劑）
【實(shí)驗(yàn)5-6】噴泉實(shí)驗(yàn)
在干燥的圓底燒瓶里充滿NH3，用帶有玻璃管和膠頭滴管（預(yù)先吸入水）的橡膠塞塞緊瓶口。倒置燒瓶，使玻璃管插入盛有水的燒杯中（預(yù)先在水里滴入少量酚酞溶液）。打開(kāi)彈簧夾，擠壓膠頭滴管，使水進(jìn)入燒瓶。觀察并描述現(xiàn)象，分析出現(xiàn)這些現(xiàn)象的可能原因。
視頻
【現(xiàn)象】
【原因】
【結(jié)論】
燒杯里的液體由玻璃管進(jìn)入燒瓶，形成美麗的噴泉；
燒瓶中的液體呈紅色。
當(dāng)?shù)喂苤械乃當(dāng)D入到燒瓶中時(shí)，燒瓶?jī)?nèi)的氨溶解，使瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)迅速降低，瓶外的空氣將燒杯內(nèi)的溶液很快壓入到燒瓶，形成噴泉。
①氨氣極易溶于水(1:700)。使燒瓶?jī)?nèi)氣壓急劇下降。
②氨氣水溶液呈堿性。
（1）滴有酚酞試液的水做噴泉實(shí)驗(yàn)，為何會(huì)出現(xiàn)紅色噴泉？寫(xiě)出涉及的反應(yīng)方程式。
NH3·H2O NH4+OH—
+
一水合氨可以部分電離，可使酚酞溶液變紅。
NH3+H2O NH3·H2O
一水合氨
（2）氨水中所含微粒有哪些？
NH3、H2O、NH3·H2O、NH4、OH—、H+（極少量）
+
可逆反應(yīng)
氨溶于水溶液呈弱堿性
（1）氨的噴泉實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是什么
①裝置的氣密性良好;②燒瓶和氣體必須是干燥的;③氨氣充滿整個(gè)燒瓶。
（2）若用下圖裝置進(jìn)行NH3的噴泉實(shí)驗(yàn),打開(kāi)止水夾后,燒杯中的液體不能進(jìn)入燒瓶。至少寫(xiě)出一種引發(fā)噴泉實(shí)驗(yàn)的操作方法：
①用熱毛巾捂住圓底燒瓶底部
②在燒瓶底部淋一些熱水
③用冰袋包住燒瓶底部
④在燒瓶底部淋少量酒精
深度思考
【思考與交流】
氨水與液氨有什么區(qū)別？
液氨是純凈物，成分為液態(tài)氨。
氨水是混合物，成分為NH3、H2O、NH3·H2O、NH4、OH—、H+（極少量）。
+
NH3 · H2O === NH3 ↑ + H2O
△
不穩(wěn)定性
工業(yè)上利用氨氣來(lái)檢驗(yàn)輸送氯氣的管道是否漏氣,如果漏氣則會(huì)有白煙(氯化銨)生成。試用氧化還原理論寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式，其中氨表現(xiàn)出什么性質(zhì)？
3Cl2+8NH3
=== N2+6NH4Cl
氨表現(xiàn)出還原性和堿性。
-3
0
視頻
【氨與氯化氫反應(yīng)】
沾有濃鹽酸的玻棒
沾有濃氨水的玻棒
HCl
NH3
現(xiàn)象：產(chǎn)生大量白煙
NH3 + HCl ＝ NH4Cl
NH4Cl
氨跟酸的反應(yīng)
NH3+HCl = NH4Cl (現(xiàn)象：白煙）
2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4
NH3+HNO3 = NH4NO3 (現(xiàn)象：白煙）
與揮發(fā)性的酸反應(yīng)有白煙
（氨與酸反應(yīng)的本質(zhì)）
——生成銨鹽
氨氣不能用濃硫酸干燥
寫(xiě)出上述反應(yīng)的離子方程式
NH3 + H+ = NH4
+
NH3
-3
具有還原性
工業(yè)上常用氨氣制取硝酸，其物質(zhì)轉(zhuǎn)化流程：NH3→NO→NO2→HNO3。寫(xiě)出涉及化學(xué)方程式，并指明其中氮元素化合價(jià)的變化情況。
2NO+O2 = 2NO2
3NO2+H2O = 2HNO3+NO
4NH3+5O2 4NO+6H2O
催化劑

工業(yè)制硝酸的基礎(chǔ)-氨的催化氧化
知識(shí)點(diǎn)二：銨鹽
1.物理性質(zhì)
易溶于水的白色晶體
碳酸氫銨
氯化銨
施用銨態(tài)氮肥時(shí)，應(yīng)埋在土下，避免強(qiáng)光，且不能和草木灰等堿性肥料共同施用，這是為什么？
2.化學(xué)性質(zhì)
（1）受熱易分解
NH4Cl
NH3↑+HCl↑

NH4HCO3

NH3↑+H2O+CO2↑
加熱試管中的氯化銨晶體，沒(méi)有熔化就直接變成氣體，氣體在試管上方又變成氯化銨晶體，這個(gè)變化是升華過(guò)程嗎？
【思考與交流】
不是。加熱氯化銨晶體直接變成氣體，是由于氯化銨受熱分解成氨氣和氯化氫氣體；氣體在試管上方又變成氯化銨晶體，是由于氨氣和氯化氫氣體又反應(yīng)生成了氯化銨晶體。
密封保存，放置于陰涼干燥處
(2)與堿反應(yīng)——銨鹽的通性
【實(shí)驗(yàn)5-7】
+OH-

NH3↑+H2O
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
試管中有氣泡產(chǎn)生，濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)。
濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙
藍(lán)色
溶液
NaOH溶液
加熱
銨根離子的檢驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)室制取氨氣的方法
視頻
知識(shí)點(diǎn)三：氨氣的實(shí)驗(yàn)室制法
1.實(shí)驗(yàn)裝置
圖為實(shí)驗(yàn)室制取氨的簡(jiǎn)易裝置示意圖。請(qǐng)仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)裝置，思考如何檢驗(yàn)試管中已收集滿氨，如何吸收處理實(shí)驗(yàn)中多余的氨。
【思考與討論】
2.實(shí)驗(yàn)操作
反應(yīng)原理
2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O

制備裝置
凈化裝置
用堿石灰干燥
固+固→氣

（不能用濃硫酸，無(wú)水CaCl2干燥）
收集裝置
向下排空氣法
尾氣處理
驗(yàn)滿方法
可在導(dǎo)管口放一團(tuán)用水或稀硫酸浸濕的棉花
①把濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙置于試管口
②將蘸有濃鹽酸的玻璃棒置于試管口，有白煙產(chǎn)生
（可以減小NH3與空氣對(duì)流速度，收集到純凈的NH3）
還有別的制取氨氣的方法嗎
方法一：
NH3·H2O NH3↑+H2O
方法二：
加熱濃氨水制氨氣
濃氨水滴入生石灰(或NaOH)中制氨氣
【快速簡(jiǎn)易制法】
濃氨水
方法一
CaO或NaOH
濃氨水
方法二
N2+3H2 2NH3
高溫高壓
催化劑
【氨氣的工業(yè)制法】
1.判斷正誤。
(1)NH3溶于水能導(dǎo)電,所以NH3是電解質(zhì)。 (　　)
(2)實(shí)驗(yàn)室常用排水法收集純凈的NH3。 (　　)
(3)NH3中氮元素為-3價(jià),處于最低價(jià)態(tài),在一定條件下可被O2氧化。 (　　)
(4)實(shí)驗(yàn)室可用加熱NH4Cl的方法獲得NH3。 (　　)
(5)除去NaCl中少量的NH4HCO3雜質(zhì),可用加熱法。(　　)
x
x
√
x
√
練一練
2.氨氣可以做噴泉實(shí)驗(yàn),這是因?yàn)榘睔? (　　)
A.易液化 B.比空氣輕
C.極易溶于水 D.能跟水反應(yīng)
3.下列現(xiàn)象中不能用于檢驗(yàn)NH3泄漏的是 (　　)
A.氣體遇濃鹽酸產(chǎn)生白煙
B.氣體使?jié)駶?rùn)的藍(lán)色石蕊試紙變紅
C.氣體通入酚酞溶液中,溶液變紅
D.氣體使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)
C
B
4.關(guān)于實(shí)驗(yàn)室制取氨氣的說(shuō)法中正確的是 (　　)
A.雖然氨水受熱分解可產(chǎn)生氨氣,在實(shí)驗(yàn)室也不能用加熱濃氨水的方法制得氨氣
B.通常可選擇濃硫酸為干燥劑,除去氨氣中的水蒸氣
C.既可用向下排空氣法收集NH3,又可用排水法收集NH3
D.用堿石灰代替消石灰與NH4Cl固體加熱制取NH3,可使反應(yīng)速率加快
D
氨和銨鹽
氨
物理性質(zhì)
銨鹽
氨水
氨氣的實(shí)驗(yàn)室制法
化學(xué)性質(zhì)
用途
混合物
性質(zhì)
化學(xué)性質(zhì)
反應(yīng)裝置
干燥裝置
收集與驗(yàn)滿
尾氣吸收
刺激性氣味、易溶于水
與水反應(yīng)
與酸反應(yīng)
與氧化劑反應(yīng)（還原性）
液氨作制冷劑
制氮肥、硝酸、銨鹽等
弱堿性
不穩(wěn)定性
受熱分解
與堿反應(yīng)

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