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第五章
化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素
第二節(jié)
氮及其化合物
1940 年至 1960 年間，在美國洛杉磯，發(fā)生了嚴(yán)重的有毒煙霧污染大氣的事件 —— 光化學(xué)煙霧。那么光化學(xué)煙霧到底是什么，這一節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)和光化學(xué)煙霧污染有關(guān)的一種物質(zhì)——N。
氮元素位于元素周期表中第二周期第_____族，原子結(jié)構(gòu)示意圖為__________，最外層有_____個(gè)電子，在化學(xué)反應(yīng)中能獲得 3 個(gè)電子而表現(xiàn)出 －3 價(jià)。
提示：氮在元素周期表中的位置和原子結(jié)構(gòu)
ⅤA
5
+7
2
5
氮原子的最外電子層有5個(gè)電子，既不容易得到3個(gè)電子，也不容易失去5個(gè)電子。因此，氮原子一般通過共用電子對(duì)與其他原子相互結(jié)合構(gòu)成物質(zhì)。
在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空氣中，部分氮元素存在于動(dòng)植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)中，還有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸鹽和較鹽中。
氨是自然界各種生物體生命活動(dòng)不可缺少的重要元素自然界是怎樣通過氮的循環(huán)為生物體提供氮元素的呢
一
氮?dú)馀c氮的固定
由于氮分子內(nèi)兩個(gè)氮原子間以共價(jià)三鍵 (N≡N) 結(jié)合，斷開該化學(xué)鍵需要較多的能量，所以氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，通常情況下難以與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，無法被大多數(shù)生物體直接吸收。但在高溫、放電等條件下，氨分子獲得了足夠的能量，使 N≡N 斷裂，氮?dú)饽軌蚺c鎂氧氣、氫氣等物質(zhì)發(fā)生化合反應(yīng)，分別生成氮化鎂、一氧化氮和氨氣等。
氮?dú)獾男再|(zhì) ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
電子式
結(jié)構(gòu)式
N2
化學(xué)式
N

N



N
N
1、氮分子的結(jié)構(gòu)
2、氮分子的物理性質(zhì)
氮?dú)猓弘p原子分子
無色無味、低沸點(diǎn)
難溶于水 (1體積水溶解0.02體積N2)
密度比空氣略小，占空氣體積78%
數(shù)據(jù)
氮?dú)?br/>熔點(diǎn)：－210℃
沸點(diǎn)：－196℃
密度：1.25 g/L
3、氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)
① 鍵能比較
N
N
O
O
Cl
Cl
946KJ/mol
247KJ/mol
493KJ/mol
由鍵能數(shù)據(jù)可以推測：氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)______________
很不活潑(穩(wěn)定)
但在獲得了足夠能量情況下，氮?dú)膺€是能發(fā)生反應(yīng)的。因此氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)的條件往往是______或______
高溫
放電
② 化學(xué)性質(zhì)：
4、氮的固定：
自然界氮的固定三個(gè)主要途徑、原理：
(1) 大氣固氮；
(2) 生物固氮；
(3) 工業(yè)固氮.
(1) 大氣固氮；
大自然通過閃電釋放的能量將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為含氮的化合物.
N2＋O2 ────→ 2NO；
放電
(2) 生物固氮；
通過豆科植物的根瘤菌將氮?dú)廪D(zhuǎn)化成氨，從而實(shí)現(xiàn)自然固氮。
N2 ─────→ NH3 (銨態(tài)氮肥)
固氮酶
(3) 工業(yè)固氮.
人類則通過控制條件，將氮?dú)庋趸蜻€原為氮的化合物，實(shí)現(xiàn)人工固氮。
N2＋ 3H2 2 NH3
高溫、高壓催化劑
(工業(yè)合成氨)
5、認(rèn)識(shí)氮在自然界的循環(huán)
最重要的人工固氮途徑就是工業(yè)合成氨，它不僅為農(nóng)作物的生長提供了必需的氮元素，而且為其他化工產(chǎn)品 (如炸藥、農(nóng)藥、染料等 ) 的生產(chǎn)提供了重要的原料。
科學(xué)史話 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
合 成 氨
由于氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)很不活潑，以氮?dú)夂蜌錃鉃樵虾铣砂钡墓I(yè)化生產(chǎn)曾是一個(gè)較難的課題。1909年，德國化學(xué)家哈伯 (F. Haber，1868-1934) 經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，在500~600℃、17.5 MPa~20.0 MPa 和鋨為催化劑的條件下，反應(yīng)后氨的含量可超過6%，具備了工業(yè)化生產(chǎn)的可能性。
為了把哈伯合成氨的實(shí)驗(yàn)室方法轉(zhuǎn)化為規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)，德國工程師博施 (C. Bosch，1874－1940) 作出了重要貢獻(xiàn)。1913年，一個(gè)年產(chǎn)量7 000t的合成氨工廠建成并投產(chǎn)，合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)終于實(shí)現(xiàn)。從此，合成氨成為化學(xué)工業(yè)中迅速發(fā)展的重要領(lǐng)域。由于合成氨工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)和相關(guān)研究對(duì)化學(xué)理論與技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)，哈伯和博施都獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
合成氨是人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的一項(xiàng)重大成就，在很大程度上解決了地球上因糧食不足而導(dǎo)致的饑餓問題，是化學(xué)和技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展與進(jìn)步的巨大貢獻(xiàn)。
二
一氧化氮和二氧化氮
N 的氧化物的種類——它們都有毒，是大氣污染物。N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5六種，其化合價(jià)分別是＋1，＋2，＋3，＋4，＋4，＋5。
一氧化氮和二氧化氮是氮的兩種重要氧化物。
1、一氧化氮 （NO）
① 物理性質(zhì)：
無色、無味、有毒氣體 (和CO相同) ，不溶于水.
② 化學(xué)性質(zhì)：
在常溫下很容易與氧氣化合，生成二氧化氮 (易被O2氧化為NO2 ).
2NO ＋ O2 ══ 2NO2
③ 與NH3反應(yīng)：
④ 和 O2、H2O：
催化劑
加熱
6NO＋4NH3 ══════ 5N2＋6H2O 表現(xiàn)氧化性
4NO＋3O2＋2H2O ══ 4HNO3
2、二氧化氮 （NO2）
① 物理性質(zhì)：
紅棕色、有刺激性氣味的氣體，易液化，易溶于水.
② 化學(xué)性質(zhì)：
(1) 難被氧化，易與水反應(yīng)生成 HNO3 和 NO .
3NO2＋H2O ═══ 2HNO3＋NO
(2) NO2 的尾氣用 NaOH 溶液吸收
2NO2＋2NaOH ═══ NaNO3＋NaNO2＋H2O
(3) 常溫下易轉(zhuǎn)化為N2O4
2NO2 N2O4
(4) NO2具有較強(qiáng)的氧化性，可使?jié)駶櫟腒I淀粉試紙變藍(lán)還可將SO2氧化：
NO2＋SO2 ＝ SO3＋NO
思 考
NO2 和溴蒸氣都是紅棕色、有刺激性氣味的氣體，怎樣加以區(qū)別？
【提示】由于NO2和Br2在性質(zhì)上有不少相似性：
① 均具有氧化性；② 溶于水均有酸生成；
③ 均可與堿反應(yīng)；④ 均為紅棕色等。
所以不能用淀粉－KI 試紙、pH試紙、NaOH 溶液來鑒別，但二者性質(zhì)又有差別。
可以用下列方法鑒別：
① AgNO3溶液； ② CCl4； ③ 用水洗法。
3、氮的氧化物---NO與NO2 的性質(zhì)比較
NO NO2
物性 無色，無味 紅棕色，刺激性氣味
毒性 有毒(機(jī)理同CO) 有毒
與水
與O2 2NO＋O2 ＝ 2NO2
與O2、H2O 4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3 4NO2＋O2＋2H2O＝ 4HNO3
【實(shí)驗(yàn) 5－5】
如圖5-10所示，在一支50mL的注射器里充入 20mL NO，然后吸入5mL水，用乳膠管和彈簧夾封住管口，振蕩注射器，觀察現(xiàn)象，打開彈簧夾，快速吸入10mL空氣后夾上彈簧夾，觀察現(xiàn)象，振蕩注射器，再觀察現(xiàn)象。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：
加入水后，注射器內(nèi)水和 NO 的體積幾乎沒有變化，吸入空氣后，氣體的體積減少。
反應(yīng)方程式：2NO＋O2 ══ 2NO2，
3NO2＋H2O ══ 2HNO3＋NO
實(shí)驗(yàn) 5-5 中發(fā)生了哪些化學(xué)反應(yīng)？如果要將注射器中的 NO 充分轉(zhuǎn)化，可以采取什么措施？上述實(shí)驗(yàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)硝酸有什么啟示？
思考與討論
4、氮的氧化物溶于水的計(jì)算
① 有關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式：
3NO2＋H2O ═══ 2HNO3＋NO ①
2NO＋O2 ═══ 2NO2②
所以 ① X 2 ＋②得：
4NO2＋O2＋2H2O ══ 4HNO3 ③
② X3 ＋①X 2得 ：
4NO＋3O2＋2H2O ══ 4HNO3④
也就是按此比例的氣體可以和水完全反應(yīng)生成硝酸。
② 值得注意的是：4NO2＋O2和 4NO＋3O2 從組成上均相當(dāng)于 2N2O5 的組成。即③④兩情況中的總反應(yīng)式都與N2O5＋H2O ═══ 2HNO3等效。這不僅是記憶③④二式的方法，也為上述問題的解法提供了新的思路，即利用混合氣體中的N、O原子個(gè)數(shù)比進(jìn)行分析判斷：
N∶O＜2∶5　O2剩余 N∶O＝2∶5　完全反應(yīng)
N∶O＞2∶5　NO剩余
③ 如果不是恰好反應(yīng)，則剩余氣體只可能是氧氣或NO，不可能剩余NO2 (為什么？)
5、氮氧化物對(duì)環(huán)境的污染
(1) 光化學(xué)煙霧：NOx在紫外線作用下，與碳?xì)浠衔锇l(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了一種有毒的煙霧。
(2) 酸雨：NOx 排入大氣中后，與水反應(yīng)生成 HNO3和 HNO2，隨雨雪降到地面。
(3) 破壞臭氧層：NO2可使平流層中的臭氧減少，導(dǎo)致地面紫外線輻射量增加。
(4) NO與血紅蛋白結(jié)合使人中毒。
隨堂練習(xí)
1. NO吸收治療法可快速改善SARS重癥患者的缺氧狀況，緩解病情，病毒學(xué)研究同時(shí)證實(shí)，NO對(duì)SARS病毒有直接抑制作用。下列關(guān)于NO的敘述正確的是 (　 　)
A．NO是一種紅棕色氣體
B．常溫常壓下，NO不能與空氣中的氧氣直接化合
C．含等質(zhì)量的氧元素的NO和CO的質(zhì)量相等
D．NO難溶于水，可以用排水法收集
D
解 析
【解析】
NO是一種無色難溶于水的氣體，可以用排水法收集；常溫常壓下，NO易與氧氣直接化合生成NO2。
2．汽車尾氣主要含有CO2、CO、SO2、NOx 等物質(zhì)，這種尾氣逐漸成為城市空氣污染的主要來源之一。汽車尾氣中的 CO、NOx 在適宜溫度下采用催化轉(zhuǎn)化法處理，使它們相互反應(yīng)生成參與大氣循環(huán)的無毒氣體。
反應(yīng)的化學(xué)方程式可表示為:
____________________________________________。
2xCO＋2NOx ══════ 2xCO2＋N2
催化劑
加熱
3. 汽油中氮元素及其微量，為什么汽車排放的尾氣中因含有氮的氧化物，而污染大氣，造成產(chǎn)生氮的氧化物的主要原因是 ( ).
A．燃燒含氮化合物燃料引起的
B．燃燒含鉛汽油引起的
C．是由于燃燒不充分引起的
D．是在氣缸中N2被氧化生成的
【解析】汽車排放的尾氣中因含有氮的氧化物而污染大氣。 產(chǎn)生氮的氧化物的主要原因是在汽缸中 N2 被氧化生成的。
解 析
D
4. 一定溫度和壓強(qiáng)下，將裝有N2 和NO2 混合氣體的試管倒立在水中，經(jīng)足夠時(shí)間后，試管內(nèi)氣體體積縮小為原體積的3/5，則混合氣體中 N2 和 NO2 的體積比為 ( ).
A．2∶3 B．3∶2 C．3∶5 D．5∶3
【解析】3NO2＋H2O ═ 2HNO3 ＋ NO，所以設(shè) N2 為a體積，NO2為b體積，則總體積為 a＋b 。
反應(yīng)后為 a＋(1/3)b，因?yàn)樵嚬軆?nèi)氣體的體積縮小為原體積的3/5所以 [a＋(1/3)b]/(a＋b) ═ 3/5，a∶b ═ 2∶3
解 析
A
5. 下列反應(yīng)起了氮的固定作用的是 ( ).
A、N2、H2在一定條件下反應(yīng)生成NH3
B、NH3經(jīng)催化劑氧化生成NO
C、NO與O2反應(yīng)生成NO2
D、由NH3制碳銨和硫銨
【解析】將空氣中游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)變?yōu)榈幕衔锏姆椒ǎy(tǒng)稱氮的固定。
解 析
A
三
氨和按鹽
我們經(jīng)常在城市的廣場上看到美麗的噴泉，那么你知道，在實(shí)驗(yàn)室里也可以形成美麗的噴泉嗎？這一節(jié)課，我們就講一種可以形成噴泉的物質(zhì)——NH3。
一、氨——NH3 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
電子式：
結(jié)構(gòu)式：
1、氨分子的電子式和結(jié)構(gòu)式：
分子形狀：三角錐形
鍵 角：107°18′
分子極性：極性分子
氨分子的空間結(jié)構(gòu)：
2、物理性質(zhì)
氨是無色、有刺激性氣味的氣體；
密度比空氣的小；
氨很容易液化，液化時(shí)放熱。(液氨汽化時(shí)要吸收大量的熱使周圍溫度急劇降低。因此，液氨可用作制冷劑。)
極易溶于水 (1體積水溶解約700體積的氨氣1∶700)。
【啟發(fā)并實(shí)驗(yàn)】
氨極易溶解于水，用什么實(shí)驗(yàn)可以證明這一性質(zhì)呢？
【實(shí)驗(yàn) 5－6】
如圖5-11所示，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。
打開止水夾，擠出膠頭滴管中的水。
打開止水夾，用熱毛巾將燒瓶捂熱，氨氣受熱膨脹，排走導(dǎo)管中的空氣并溶于水，使燒瓶內(nèi)氣壓減少，產(chǎn)生噴泉。
【噴泉實(shí)驗(yàn)】 如何引發(fā)噴泉？
城市中常見的人造噴泉及火山爆發(fā)的原理與上述的原理相似嗎
思 考
(2) 溶液為什么變?yōu)榧t色？
(1) 氨為什么會(huì)形成噴泉 (該實(shí)驗(yàn)的原理)？
氨氣溶于水溶液顯堿性。
氨極易溶于水，使燒瓶內(nèi)外形成較大的壓差；
(3) 實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵是什么？
a. 燒瓶干燥；
b. 裝置的氣密性好；
c. 收集的氣體純度盡可能高。
氨是一種極易溶于水的氣體，在常溫常壓下，1 體積水大約可溶解 700 體積氨。氨溶于水時(shí)，會(huì)與水結(jié)合成一水合氨(NH3·H2O)，一水合復(fù)中有一小部分電離形成NH4＋和OH－。
NH3＋H2O NH3·H2O NH4＋＋OH－
3、氨水
氨氣溶于水時(shí) (氨氣的水溶液叫氨水)，大部分的 NH3 分子與 H2O 分子結(jié)合成 NH3·H2O (一水合氨)。
NH3·H2O 是弱堿，為弱電解質(zhì)，可以部分電離。
NH3·H2O 能使酚酞溶液變紅或者使紫色的石蕊試紙變藍(lán) 。
氨水具有弱堿性，具有堿的通性
用此來檢驗(yàn)氨氣的存在
氨水的化學(xué)性質(zhì)：
問題：氨水中含有哪幾種微粒？
說明：一水合氨很不穩(wěn)定，受熱易分解。
分子：NH3、H2O、NH3·H2O
離子：NH4＋、OH－、H＋
NH3·H2O ════ NH3↑＋H2O
△
4、氨跟酸的反應(yīng)
氨可以與酸反應(yīng)生成鹽。如氨遇到氯化氫時(shí)，會(huì)迅速反應(yīng)生成氯化按晶體。
NH3＋ HCl ＝ NH4Cl
2NH3＋H2SO4 ＝ (NH4)2SO4
NH3＋HNO3＝NH4NO3
(有白煙生成)。
可用來檢驗(yàn)氨氣或氯化氫是否泄漏.
因?yàn)榱蛩崾欠菗]發(fā)性酸
NH3＋ HCl ＝ NH4Cl
為什么沒有白煙？
5、氨與氧氣的反應(yīng)： （氨的催化氧化）
氨中氨元素的化合價(jià)為－3價(jià)。氨具有還原性，在加熱和有催化劑(如鉑)的條件下，能被氧氣氧化生成一氧化氮和水。氨的催化氧化是工業(yè)制硝酸的基礎(chǔ)。
4NH3＋5O2 ══════ 4NO＋6H2O
催化劑△
2NH3＋3Cl2 ═══ N2＋6HCl (少量NH3)
8NH3＋3Cl2 ═══ N2＋6NH4Cl (過量NH3)
(氨氣和氯氣不能共存)
加熱
2NH3＋3CuO ════ N2＋3Cu＋3H2O
6、氨的用途和保存：
NH3
硝酸
銨鹽
純堿
有機(jī)合成工業(yè)原料
用稀氨水治療
蚊蟲叮咬
消除
二氧化氮
的污染
吸收硫酸
生產(chǎn)中的
二氧化硫
致冷劑
2NH3＋H2O＋SO2 ═ (NH4)2SO3
NH3＋H2O＋SO2 ═ NH4HSO3
氨水的保存方法：
氨水對(duì)許多金屬有腐蝕作用，所以不能用金屬容器盛裝氨水。通常把氨水盛裝在玻璃容器、橡皮袋、陶瓷壇或內(nèi)涂瀝青的鐵桶里。
二、銨鹽 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1、銨鹽是 NH4+ 和酸根離子組成的化合物。
銨鹽都是晶體，易溶于水。
硫酸銨【(NH4)2SO4 ，俗稱硫銨，又稱肥粉】；
氯化銨【NH4Cl，俗稱氯銨】；
硝酸銨【NH4NO3，俗稱硝銨、炸藥】；
碳酸氫銨【NH4HCO3，俗稱碳銨】
銨鹽屬于銨態(tài)氮肥。
常用氮肥有銨態(tài)氮肥和尿素【 CO(NH2)2 】 。
氯化銨
2、常見銨鹽：
按鹽是農(nóng)業(yè)上常用的化肥.
3、銨鹽的性質(zhì):
① 受熱易分解
NH4Cl ═══ NH3↑ ＋ HCl↑
△
NH4HCO3 ═══ NH3↑＋H2O＋CO2↑
△
2NH4Cl＋Ca(OH)2 ═══ CaCl2＋2H2O＋2NH3↑
△
NH4NO3在400 ℃以上分解生成N2、NO2和H2O，
分解放出大量的熱.
注意：并不是所有銨鹽分解都產(chǎn)生氨氣.
思 考
NH4Cl中有少量的NaCl，如何提純
NH4Cl加熱分解，收集氣體然后又生成NH4Cl 。
② 與堿反應(yīng)會(huì)放出氨.
應(yīng)用：用來制取氨氣；NH4＋的檢驗(yàn)
2NH4Cl＋Ca(OH)2 ═══ CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
△
實(shí)質(zhì)：NH4＋ ＋OH－ ═══ NH3↑＋ H2O
△
【實(shí)驗(yàn) 5－7】
向盛有向盛有少量氯NH4Cl2溶液、(NH4)2SO4 溶液，NH4NO3溶液的三支試管中,分別加入氫氧化鈉溶液并加熱(注意通風(fēng))，用鑷子夾住一片濕潤的紅色石蕊試紙放在試管口，觀察現(xiàn)象，分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，寫出反應(yīng)的離子方程式。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：
三支試管中均產(chǎn)生氣泡，濕潤的紫色石蕊試紙變藍(lán)。
反應(yīng)的方程式：
NH4Cl＋NaOH ════ NaCl＋NH3↑＋H2O
加熱
(NH4)2SO4＋2NaOH ════ Na2SO4＋2NH3↑＋2H2O
加熱
NH4NO3＋NaOH ════ NaNO3＋NH3↑＋H2O
加熱
在實(shí)驗(yàn)室中，常利用鹽與強(qiáng)堿反應(yīng)產(chǎn)生氨這一性質(zhì)來檢驗(yàn)銨根離子的存在和制取氨。
NH4＋＋ OH－ ════ NH3 ↑＋H2O
△
4、NH4+ 的檢驗(yàn)：
(1) 檢驗(yàn)?zāi)嘲咨腆w是否為銨鹽的方法
①少許樣品和堿混合于試管中加熱，將濕潤的紫色石蕊試紙靠近試管口，若試紙變藍(lán)色，則證明樣品中含銨鹽(NH4＋)。
②取少許樣品和堿混合于試管中共熱，用蘸有濃鹽酸的玻璃棒檢驗(yàn)產(chǎn)生的氣體，若有白煙產(chǎn)生，則證明樣品中含銨鹽(NH4＋)。
(2) 檢驗(yàn)無色溶液中是否存在NH4＋的方法：
將待檢物取出少量置于：
試管中，加入NaOH溶液后，熱，用濕潤的紅色石蕊試紙?jiān)诠芸跈z驗(yàn)，若試紙變藍(lán)色，則證明待檢物中含銨鹽(NH4＋)。
思考與討論
圖5-13為實(shí)驗(yàn)室制取氨的簡易裝置示意圖。請仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)裝置，思考如何試管中已收集滿氨，如何吸收處理實(shí)驗(yàn)中多余的氨。
②藥品：氯化銨晶體、熟石灰固體
③裝置：固＋固，加熱型(與O2的發(fā)生裝置相同)
④干燥：用堿石灰(CaO與NaOH固體混合物)
⑤收集：向下排空氣法，并在試管口塞上棉花，防止
NH3和空氣對(duì)流，保證NH3的純度。
①原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2 ═══ CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
思考：干燥時(shí)，能否用濃硫酸、無水CaCl2或者P2O5來代替堿石灰？
氨氣顯堿性，不能用呈酸性的濃硫酸和五氧化二磷進(jìn)行干燥；氨氣能與氯化鈣發(fā)生反應(yīng)生成絡(luò)合物 (CaCl2·8NH3 )，因此也不能使用無水氯化鈣來干燥氨氣。
⑥驗(yàn)滿：
(1) 用濕潤的紅色石蕊試紙 (變藍(lán))
(2) 蘸有濃鹽酸(濃硝酸)的玻璃棒接近試管口 (產(chǎn)生白煙)。
⑦ 尾氣吸收：
氨氣不能直接排放到空氣中，可以用將多余的氨氣通入水中進(jìn)行吸收(要注意放倒吸)
⑧ 易溶于水的要用防倒吸裝置
實(shí)驗(yàn)室中還可以用哪些方法制氨氣
① 加熱濃氨水法原理：
加熱濃氨水法
NH3·H2O ═══ NH3↑＋H2O
△
② 濃氨水加堿石灰法 (氣體的溶解性規(guī)律 )
堿石灰吸水、溶解時(shí)放熱，增大OH－濃度平衡逆移.
濃氨水加
堿石灰法
△
NH4＋＋OH－ ═══ NH3↑＋H2O
實(shí)驗(yàn)室中能否用如圖裝置制氧氣
能，可以用H2O2加MnO2的方法制取氧氣
氨的工業(yè)制備：
合成氨
工業(yè)： N2＋3H2 2NH3
高溫、高壓
催化劑
〖注意〗
① 制氨氣所用的銨鹽不能用 NH4NO3、NH4HCO3、(NH4)2CO3 等代替，NH4NO3 加熱時(shí)爆炸，而 NH4HCO3、(NH4)2CO3 極易分解產(chǎn)生CO2氣體使制得的 NH3 不純。
② 消石灰不能用NaOH、KOH等強(qiáng)堿代替，因?yàn)镹aOH、KOH具有吸濕性，易潮解結(jié)塊，不利于生成的氨氣逸出，而且 NaOH、KOH 對(duì)玻璃有強(qiáng)烈的腐蝕作用。
③ NH3極易溶于水，制取和收集的容器必須干燥。
隨堂練習(xí)
1. 如圖1為噴泉實(shí)驗(yàn)裝置。在燒瓶中充滿干
燥氣體，膠頭滴管及燒杯中分別盛有液體。
下列組合中不可能形成噴泉的是 ( )
A、HCl和H2O B、O2和H2O
C、NH3和H2O D、CO2和NaOH
B
解 析
【解析】 形成噴泉，使燒瓶內(nèi)外形成較大的壓差，要么是氣體溶解度比較大、要么是氣體可以和燒杯中溶液發(fā)生反應(yīng)。氧氣在水中溶液度較小，不能形成噴泉。
2. 下列裝置能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?( ).
① 制取并收集NH3 ② 吸收NH3
③ 檢查氣密性 ④ 排空氣法收集CO2
A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
①
②
③
④
B
解 析
【解析】
①氨氣密度比空氣小，可以采用向下排空氣法，但是試管口需要放置棉花；
②分液法可以用來吸收氨氣；
③可以利用壓強(qiáng)差檢測氣密性；
④氯氣密度比空氣大，可以采用向上排空氣法，要長進(jìn)短出。
3. 下列不屬于銨鹽的共同性質(zhì)是 ( )
A. 加熱時(shí)一定有氨氣生成
B. 與堿共熱時(shí)都產(chǎn)生氨氣
C. 都是晶體
D. 易溶于水
【解析】NH4NO3在400 ℃以上分解生成N2、NO2和H2O
解 析
A
4. 只用一種試劑，就可區(qū)別NH4Cl、(NH4)2SO4、KCl、Na2SO4 、 AlCl3 五種 無色溶液，這種試劑是( )
A、NaOH溶液 B、AgNO3溶液
C、BaCl2溶液 D、Ba(OH)2溶液
D
解 析
【解析】
A．NaOH溶液溶液和NH4Cl 、 (NH4)2SO4 反應(yīng)都產(chǎn)生氨氣，無法鑒別；和 KCl Na2SO4 、不反應(yīng)，無法鑒別；
B．AgNO3溶液和NH4Cl 、 (NH4)2SO4 、 KCl、 Na2SO4 、 AlCl3 均有白色沉淀，無法鑒別；
C．BaCl2溶液和(NH4)2SO4、Na2SO4反應(yīng)都生成白色沉淀；和NH4Cl 、 KCl 、 AlCl3 不反應(yīng)，不可鑒別；
D．Ba(OH)2 溶液和NH4Cl有氨氣產(chǎn)生；和(NH4)2SO4有氣體和沉淀；和KCl無現(xiàn)象，和Na2SO4有沉淀、和AlCl3四先產(chǎn)生沉淀，沉淀再溶液，現(xiàn)象不同，可以鑒別；
5. 下面是實(shí)驗(yàn)室制取氨氣的裝置和選用的試劑，其中錯(cuò)誤的是( )
A.只有① B.只有③ C.①③ D.②③
C
解 析
【解析】
實(shí)驗(yàn)室制備NH3的方法不只一種，除課本介紹的由NH4Cl與堿石灰反應(yīng)制取之外，其他的只要合理亦可。
①裝置中NH4Cl加熱分解產(chǎn)生的NH3、HCl很容易在管口重新化合成NH4Cl，而無法收集到NH3。
③裝置在加熱時(shí)，管口應(yīng)略向下傾斜，以防止冷凝水倒流使試管底部破裂。
四
硝 酸
玻爾巧藏諾貝爾金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?br/> 玻爾是丹麥的物理學(xué)家，曾獲得諾貝爾獎(jiǎng)。二戰(zhàn)中，玻爾被迫離開祖國，他決定將諾貝爾金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)氯芙庠谝环N溶液里，裝于玻璃瓶中。后來，納粹分子竄進(jìn)玻爾的住宅，那瓶溶有獎(jiǎng)?wù)碌娜芤壕驮谘燮さ紫拢麄儏s一無所知。戰(zhàn)爭結(jié)束后，玻爾又從溶液中還原提取出金，并重新鑄成獎(jiǎng)?wù)隆Ｐ妈T成的獎(jiǎng)?wù)?--它凝聚著玻爾對(duì)祖國無限的熱愛和無窮的智慧。
這種溶液是什么？？？？
硝酸的物理性質(zhì)
① 純硝酸是無色、易揮發(fā)、有刺激性氣味的液體。
注意
硝酸具有腐蝕性和揮發(fā)性，使用時(shí)須注意防護(hù)和通風(fēng)!
② 能以任意比溶于水；
③ 密度比水大，(1.5027g/cm3)；
④ 沸點(diǎn)低：83℃；
⑤ 常用濃硝酸的濃度為69％，98％的濃硝酸叫作“發(fā)煙硝酸”。
不穩(wěn)定性
4HNO3 ══════ 4NO2 ↑＋O2 ↑＋2H2O
或光照
濃硝酸 久置濃硝酸
問題一： 久置的濃硝酸為何呈黃色？
問題二：如何保存硝酸？
盛放在棕色試劑瓶里，并貯放在黑暗且溫度低的地方
硝酸分解生成的NO2溶于硝酸中
硝酸具有強(qiáng)的氧化性
硝酸具有很強(qiáng)的氧化性，硝酸的濃度不同，與金屬反應(yīng)的產(chǎn)物也不同。
幾乎可以使所有金屬(金、鉑 除外)氧化而生成硝酸鹽。當(dāng)HNO3與金屬反應(yīng)時(shí)，HNO3被還原的程度(即氮元素化合價(jià)降低的程度)取決于硝酸的濃度和金屬單質(zhì)還原性的強(qiáng)弱。
【實(shí)驗(yàn) 5－8】
如圖5-14所示，在橡膠塞側(cè)面挖一個(gè)凹槽，并嵌入下端卷成螺旋狀的銅絲，向兩支試管中分別加入2mL濃硝酸和稀硝酸，用橡膠塞塞住試管口，使銅絲與硝酸接觸，觀察并比較實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，向上拉銅絲，停止反應(yīng)。
① Cu與濃硝酸的反應(yīng)
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：濃硝酸與銅能劇烈反應(yīng)，放出紅棕色的氣體，
銅不斷溶解，溶液變成綠色(NO2氣體融于水和Cu2＋
導(dǎo)致溶液為綠色)。
反應(yīng)產(chǎn)物：二氧化氮、硝酸銅和水
化學(xué)方程式：Cu＋4HNO3(濃) ＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
② Cu與濃硝酸的反應(yīng)
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：
銅與稀硝酸反應(yīng)較緩慢，溶液變成藍(lán)色(Cu2＋)，生成無色的氣體，遇空氣變?yōu)榧t棕色。
反應(yīng)產(chǎn)物：硝酸銅、一氧化氮、水
化學(xué)方程式：
3Cu＋8HNO3(稀)═ 3Cu(NO3)2＋ 2NO↑＋4H2O
思 考
① 在上述的兩個(gè)反應(yīng)中硝酸都表現(xiàn)出哪些性質(zhì)。
②上述兩反應(yīng)中，若有1molCu消耗，則被還原的硝酸
的物質(zhì)的量分別是多少？
氧化性和酸性
2mol和2/3mol
③寫出上述兩反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式
Cu＋4H＋＋2NO3－ ＝Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O
3Cu＋8H＋＋2NO3－＝ 3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
硝酸的化學(xué)性質(zhì)
① 常溫下，濃硝酸使鐵、鋁等金屬鈍化 (加熱時(shí)也會(huì)發(fā)
生反應(yīng))
② 硝酸與金屬反應(yīng)不放出氫氣。
③氧化性：濃硝酸＞稀硝酸 (均比濃硫酸強(qiáng))
④ 一般反應(yīng)規(guī)律為：
金屬＋HNO3(濃) → 硝酸鹽＋NO2↑＋H2O
金屬＋HNO3(稀) → 硝酸鹽＋NO↑＋H2O
較活潑的金屬
(如Mg、Zn等)＋HNO3(極稀) → 硝酸鹽＋H2O＋N2O↑ (或NH3或銨鹽等)
⑥ NO3－的檢驗(yàn)：
晶體或濃溶液與濃硫酸、Cu共熱時(shí)，若產(chǎn)生紅棕色氣體則含有 NO3－ ；
若為稀溶液則先濃縮后再檢驗(yàn)。
⑤ 變價(jià)金屬與硝酸反應(yīng)時(shí)
3Fe(過量)＋8HNO3(稀)＝3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
Fe(不足)＋4HNO3(稀)＝Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O
記憶方法 ：“三言(鹽)一笑(硝)”
資料卡片~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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王水
濃硝酸和濃鹽酸的混合物(體積比為1∶3 ) 叫做王水，能使一些不溶于硝酸的金屬如金、鉑等溶解。
與非金屬的反應(yīng)
將一塊紅熱的木炭投入濃硝酸中
現(xiàn)象：劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生紅棕色氣體
硝酸：是一元酸、強(qiáng)酸、氧化性酸、低沸點(diǎn)酸、不穩(wěn)定
性酸、易溶性酸。
反應(yīng)方程式：C＋4HNO3(濃) ══ CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
△
思考與討論
硝酸是重要的化工原料，用于制話費(fèi)、農(nóng)藥、炸藥、燃料等。工業(yè)上制硝酸的原理是將氨經(jīng)過一系列反應(yīng)得到硝酸，如下圖所示：
(1) 寫出每一步反應(yīng)的化學(xué)方程式。
(2) 請分析上述反應(yīng)中的物質(zhì)類別和氮元素化合價(jià)的變化情況，以及每一步反應(yīng)中含氮物質(zhì)發(fā)生的是氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)。
硝酸合成過程裝置圖
(1) N2 和 H2 反應(yīng)生成氨氣
硝酸的工業(yè)制法－氨的催化氧化法
N的化合價(jià)由0變?yōu)椋?，發(fā)生還原反應(yīng)
N2＋3H2 2NH3
高溫高壓
催化劑
(2) 氨氧化生成一氧化氮——氧化爐
4NH3＋5O2 ═════════ 4NO＋6H2O
鉑銠合金
800℃
N的化合價(jià)由─3變?yōu)椋?，發(fā)生氧化反應(yīng)
(3) 一氧化氮的氧化和硝酸的生成——吸收塔
2NO＋O2 ══ 2NO2 (循環(huán)使用)
N的化合價(jià)由 ＋2 變?yōu)?＋4 ，發(fā)生氧化反應(yīng)
(4) NO2和水反應(yīng)生成硝酸
3NO2＋H2O ══ 2HNO3＋NO
氮的化合價(jià)由＋4變?yōu)椋?和＋2價(jià)，既發(fā)生氧化反應(yīng)也發(fā)生還原反應(yīng)。
想一想：尾氣包括哪些氣體？怎樣處理？
寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。
NO2 ＋ NO＋2NaOH ═ 2NaNO2 ＋ H2O
尾氣中包含NO2和NO氣體，所以需要用氫氧化鈉溶液來吸收尾氣
HNO3 實(shí)驗(yàn)室制法
NaNO3＋H2SO4(濃) ═══ NaHSO4＋HNO3↑
△
高沸點(diǎn)酸
制
低沸點(diǎn)酸
思考1：溫度如何控制？
溫度不能太高，否則硝酸會(huì)分解。故生成物是NaHSO4 。
思考2：能否采用制氯化氫的裝置制硝酸？
如圖，不能，因硝酸蒸汽腐蝕橡膠塞和膠管。
HCl制取裝置
五
酸雨及防治
煤、石油和某些金屬礦物中含有硫，在燃燒或冶煉時(shí)往往會(huì)生成二氧化硫。
在機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃料燃燒產(chǎn)生的高溫條件會(huì)使空氣中的氮?dú)馀c氧氣反應(yīng)，生成氮氧化物。
它們會(huì)引起呼吸道疾病，危害人體健康，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使人死亡。
二氧化硫、氮氧化物以及它們在大氣中發(fā)生反應(yīng)后的生成物溶于雨水會(huì)形成酸雨。
正常雨水由于溶解了二氧化碳，其pH約為5.6，而酸雨的pH小于5.6。
酸雨有很大的危害，能直接損傷農(nóng)作物，破壞森林和草原，使土壤、湖泊酸化，還會(huì)加速建筑物、橋梁、工業(yè)設(shè)備、運(yùn)輸工具和電纜的腐蝕。
二氧化硫和二氧化氮都是有用的化工原料，但當(dāng)它們分散在大氣中時(shí)，就成了難以處理的污染物。
因此，工業(yè)廢氣排放到大氣中之前，必須進(jìn)行適當(dāng)處理，防止有害物質(zhì)污染大氣，并充分利用原料。
~~~~~~~~~~~~~~~ 研究與實(shí)踐~~~~~~~~~~~~~~~
測定雨水的 pH
[研究目的]
酸雨對(duì)環(huán)境危害巨大，人們已經(jīng)采取多種措施來防治酸雨。通過以下活動(dòng)了解測定雨水 pH 的方法，認(rèn)識(shí)酸雨的危害，激發(fā)保護(hù)環(huán)境的緊迫感。
[研究任務(wù)]
(1) 收集資料
以“酸雨”為關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索，了解酸雨的形成原因、基本類型、相關(guān)危害及預(yù)防和治理措施。
(2) 測定雨水的PH
根據(jù)收集的資料，確定測定雨水 pH 的過程和方法并進(jìn)行實(shí)踐，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。可參考如下過程：
① 下雨時(shí)用容器直接收集一些雨水作為樣品，靜置，以蒸餾水或自來水作為參照，觀察并比較它們的外觀；
②用pH試紙 (或pH計(jì))測量雨水和蒸餾水的酸度并記錄；
③ 有條件的話，可連續(xù)取樣并測定一段時(shí)間( 如一周)內(nèi)本地雨水、地表水或自來水的pH，將得到的數(shù)據(jù)列表或作圖，確定你所在地區(qū)本時(shí)間段內(nèi)雨水等的平均酸度。
[結(jié)果與討論]
(1) 通過測定數(shù)據(jù)判斷降雨是否為酸雨。若是酸雨，分析形成原因，并提出減輕酸雨危害的建議。
(2) 本次實(shí)踐活動(dòng)及結(jié)果對(duì)你有什么啟發(fā)？撰寫研究報(bào)告，并與同學(xué)討論。
練習(xí)與應(yīng)用
解 析
1. 下列關(guān)于 N2 的敘述錯(cuò)誤的是 ( )。
A. N2 既可作氧化劑又可作還原劑
B. 在雷雨天，空氣中的 N2 與 O2 可反應(yīng)生成NO
C. 氮的固定是將 N2 轉(zhuǎn)化成含氮的化合物
D. 1mol N2 可與 3 mol H2 完全反應(yīng)生成 2 mol NH3
【解析】N2和H2生成氨氣的反應(yīng)時(shí)可逆反應(yīng)，不能完全轉(zhuǎn)化
D
2. 在 NO2 與水的反應(yīng)中，( )。
A. 氮元素的化合價(jià)不發(fā)生變化
B. NO2 只是氧化劑
C. NO2 只是還原劑
D. NO2 既是氧化劑，又是還原劑
解 析
【解析】3NO2＋H2O ═ 2HNO3＋NO，反應(yīng)中NO2的化合價(jià)由＋4價(jià)變?yōu)椋?和＋2價(jià)既是氧化劑又是還原劑。
D
3. 只用一種試劑，將 NH4C1、(NH4)2SO4、Na2SO4、
NaCl 4 種物質(zhì)的溶液區(qū)分開，這種試劑是 ( )。
A. NaOH溶液 B. AgNO3 溶液
C. BaCl2 溶液 D. Ba(OH)2 溶液
解 析
D
【解析】A．氯化銨、硫酸銨均與NaOH反應(yīng)生成氨氣，氯化鈉、硫酸鈉均與NaOH不反應(yīng)，不能鑒別；
B．均與硝酸銀反應(yīng)生成白色沉淀，不能鑒別；
C．硫酸銨、硫酸鈉均與氯化鋇反應(yīng)生成白色沉淀，氯化銨、氯化鈉均與氯化鋇不反應(yīng)，不能鑒別；
D．氯化銨、硫酸銨、氯化鈉、硫酸鈉四種溶液分別與Ba(OH)2溶液反應(yīng)的現(xiàn)象為：刺激性氣體、白色沉淀和刺激性氣體、無現(xiàn)象、白色沉淀，現(xiàn)象不同，可鑒別；
4. 根據(jù)圖5-11“氨溶于水的噴泉實(shí)驗(yàn)”裝置圖，以下說法不正確的是( )。
A. 該實(shí)驗(yàn)證明氨氣極易溶于水
B. 燒瓶充滿氯氣，膠頭滴管和燒杯中加入濃堿液也可能形成噴泉
C. 紅色噴泉說明氨水顯堿性
D. 燒杯中換成其他液體無法形成噴泉
解 析
D
【解析】
噴泉反應(yīng)的原理是可以快速溶解或者反應(yīng)形成壓強(qiáng)差，所以換成其他液體也可以.
5. 工業(yè)上可以廢銅屑為原料制備硝酸銅，下列 4 種方法中，適宜采用的是哪一種 請從節(jié)約原料和環(huán)境保護(hù)的角度說明原因。
① Cu＋HNO3(濃) ──→ Cu(NO3)2
② Cu＋HNO3(稀) ──→ Cu(NO3)2
③ Cu ──→ CuO ───→ Cu(NO3)2
空氣
△
HNO3
④ Cu ────→ CuO ─────→ Cu(NO3)2
濃硫酸
△
Ba(NO3)2
解 析
【解析】
根據(jù)反應(yīng)的方程式可知，選項(xiàng) ①②④ 中都能產(chǎn)生大氣污染物NO2、NO、SO2，③中沒有污染物產(chǎn)生，且原料利用率高，所以正確的答案選③
6. 利用圖5-14所示裝置進(jìn)行銅與硝
酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。
(1) 硝酸一般盛放在棕色試劑瓶中，
請用化學(xué)方程式說明其原因：
__________________________________________________________________________________________________
4HNO3 ═════ 4NO2 ↑ ＋ O2 ↑ ＋ 2H2O
△
或光照
(2) 使用稀硝酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：反應(yīng)開始后，銅絲逐漸變細(xì)，有氣泡產(chǎn)生，溶液變藍(lán)。
① 銅與稀硝酸反應(yīng)的離子方程式為： ________________________________________________
② 實(shí)驗(yàn)中觀察到試管中的氣體略有紅棕色，其原因是_______________________ ( 用化學(xué)方程式表示 )。
3Cu＋8H＋＋2NO3－ ══ 3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
2NO＋O2 ══ 2NO2
(3) 使用濃硝酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：反應(yīng)劇烈進(jìn)行，銅絲逐漸變細(xì)，溶液變綠，試管上方出現(xiàn)紅棕色氣體。
① 銅與濃硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為：
________________________________________________________________________________________________
Cu＋4HNO3(濃) ══ Cu(NO3)2 ＋ 2NO2↑ ＋ 2H2O
② 某同學(xué)推測反應(yīng)后溶液綠色的原因是 NO2 在溶液中達(dá)到飽和，NO2 的飽和溶液呈黃色，硝酸銅溶液呈藍(lán)色，兩者混合后呈綠色。他取少量該綠色溶液，向其中加人適量水后溶液變?yōu)樗{(lán)色，可能的原因是_______________________________________ (用化學(xué)方程式表示 )。
3NO2＋H2O ══ 2HNO3＋NO
7. 汽車尾氣中含有 CO、NO 等多種污染物，已成為城市空氣的主要污染源。汽車尾氣中的 NO 是如何產(chǎn)生的 請推測可能的原因，并寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。
解答：N2＋O2───→ 2NO；
放電
8. 根據(jù)圖 5-9 簡單描述氮在自然界的循環(huán)過程，并思考和討論以下問題。
(1) 氮在自然界中主要以哪些形式存在
(2) 人體蛋白質(zhì)中的氮是從哪里來的
(3) 自然界中有哪些固定氮的途徑
(4) 人類的哪些活動(dòng)參與了氮的循環(huán)
(1) 氮在自然界中主要以哪些形式存在
(2) 人體蛋白質(zhì)中的氮是從哪里來的
(3) 自然界中有哪些固定氮的途徑
(4) 人類的哪些活動(dòng)參與了氮的循環(huán)
氮在自然界中主要以單質(zhì)和化合態(tài)形式存在；
從食物中來
生物固氮、高能固氮；
工業(yè)固氮、人的排遺。
本課結(jié)束
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