7.3 含氮化合物的合理使用（Word导学案）-【步步高】2023-2024学年高一化学必修第二册学习笔记（苏教版2019）

第三单元　含氮化合物的合理使用 [核心素养发展目标]　1.能从物质的类别、氮元素价态的角度，预测铵盐的性质与转化，掌握铵盐的物理性质和化学性质，提高宏观辨识与模型认知能力。2.能够根据铵盐的性质提出探究问题，并会设计实验探究氨气的制法、铵根离子的检验等，培养科学探究与创新意识。 3.理解氮氧化物(NOx)的来源和性质，认识氮氧化物对人体健康、社会可持续发展可能带来的双重影响。 一、铵盐的性质 1．铵盐的性质 通常把由铵根离子与酸根离子形成的离子化合物称为铵盐，大多为无色、易溶于水的晶体。 (1)实验探究 实验装置及操作 现象 试管中固体逐渐减少，试纸变蓝 固体逐渐减少，产生刺激性气味气体，试管口有白色固体生成，试纸变蓝 试管中有刺激性气味气体产生，试纸变蓝 结论 NH4HCO3分解产生NH3 NH4Cl分解产生NH3且部分产物在试管口生成NH4Cl NH4Cl和Ca(OH)2反应生成NH3 (2)铵盐的化学性质 (3)NH的检验 ①原理 ②操作方法 取少量固体样品(或溶液)于试管中，加入浓氢氧化钠溶液，加热，用湿润的红色石蕊试纸靠近试管口(或将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口)，试纸变蓝(或产生白烟)，则证明固体样品(或溶液中)含有NH。 2.氨气的制法 (1)氨气的实验室制法 ①制备原理 铵盐(NH4Cl)与强碱[Ca(OH)2]反应生成NH3，其化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。 ②实验装置 固体＋固体→气体 或 ③收集和验满 收集：NH3极易溶于水，密度比空气小，可以用向下排空气法收集。 验满：把湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色；或将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有白烟产生。 特别提醒　①因为NH3为碱性气体，且能与CaCl2反应生成CaCl2·8NH3，所以不能用浓硫酸、无水氯化钙、P2O5等代替碱石灰干燥NH3。②收集NH3时，试管口处的干燥棉花可减缓NH3与空气的对流。 (2)氨气的简易制法 方法及装置 原理及化学方程式 氨水具有不稳定性和挥发性，受热易分解。 化学方程式为NH3·H2ONH3↑＋H2O NaOH固体具有吸水性，溶于水放出大量的热，促使氨水分解。 CaO与水反应，使溶剂(水)减少；反应放热，促使氨水分解。化学方程式为NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2 (1)加热盛有NH4Cl的试管，试管底部固体消失，试管口有晶体凝结，说明NH4Cl固体可以升华(　　) (2)NH4Cl受热分解，所以可用加热的方法分离NH4Cl和NaCl(　　) (3)某同学根据铵盐受热分解的性质，认为可以采用加热NH4Cl的方法来制取氨(　　) (4)由于氨极易溶于水，所以多余的氨可以用导管直接插入水中进行吸收(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)× 1．下列关于铵盐的叙述正确的是________(填序号)。 ①所有铵盐中，氮元素化合价都是－3；②绝大多数铵盐易溶于水；③铵盐都是由离子构成的化合物；④铵盐都能与碱反应，不能与酸反应；⑤铵盐受热分解一定都会产生氨气 答案　②③ 解析　①硝酸铵中氮元素既有－3价又有＋5价，错误；②绝大多数铵盐易溶于水，正确； ③铵盐都是由铵根离子与酸根离子构成的，属于离子化合物，正确；④弱酸的铵盐(如碳酸铵等)能与酸反应，错误；⑤铵盐受热分解不一定生成氨气，如硝酸铵等，错误。 2．(2023·山西太原期中)实验室制取少量氨气涉及下列装置，其中正确的是(　　) A．①是NH3制备装置 B．②是NH3吸收装置 C．③是NH3制备装置 D．④是NH3收集、检验装置 答案　C 解析　氯化铵受热分解生成氨气和HCl，氨气和HCl在试管口遇冷重新生成氯化铵，应该用氯化铵和氢氧化钙加热制取氨气，故A错误；氨气极易溶于水，为防止倒吸，应该将倒置漏斗刚好接触水面，故B错误；NaOH溶解放出热量，放出的热量使一水合氨分解生成氨气，所以该装置能制取氨气，故C正确；氨气易与空气对流，收集不到纯净的气体，收集装置中应在试管口塞一团棉花，且使用湿润的红色石蕊试纸验满，故D错误。 3．氨是化学实验室常需制取的气体。实验室也可以用下列两种方法快速制备NH3： 方法一：加热浓氨水。 方法二：将浓氨水滴入生石灰(或碱石灰)固体中。 (1)请写出上述两方法中发生反应的化学方程式(原理)。 答案　方法一：NH3·H2ONH3↑＋H2O； 方法二：NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2。 (2)根据上述原理，该小组欲用下列装置制取氨，方法一应选择____(填字母，下同)，方法二应选择____。 答案　A(或D)　C (3)下图是该小组设计收集氨气的几种装置，其中可行的是________(填字母)，集气的原理是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　d　利用NH3的密度小于空气，采用短管进氨气，长管排空气的方法收集 二、常见氮肥及其使用　氮氧化物的无害化处理 1．常见氮肥及其使用 (1)常见氮肥 氮肥 主要成分 注意事项 铵态氮肥 含NH、NH4HCO3、(NH4)2SO4 低温保存、深施盖土，避免受热；不可以跟碱性物质(如草木灰)混合使用 硝态氮肥 NaNO3、Ca(NO3)2等 NO不易被以带负电荷为主的土壤胶粒所吸附，在潮湿的土壤中流动性大，容易被植物吸收。在土壤湿度大时，易被微生物还原为气体逸出，发生反硝化作用导致硝态氮肥损失 尿素 CO(NH2)2白色晶体 中性有机氮肥，被微生物水解成(NH4)2CO3或NH4HCO3，缓慢释放NH3被吸收利用，在农作物需肥期前4～8天施用。由于尿素肥效高、易保存、使用方便、长期使用对土壤的破坏作用小，是目前使用量最大的一种氮肥 (2)合理使用氮肥 ①长期使用化肥的土壤容易酸化、板结。 ②部分肥料随着雨水流入河流和湖泊，水中的肥料会使细菌、藻类迅速生长，并消耗水中的氧气，严重时导致水中含氧量减少，许多水生生物随之死亡、腐烂，水质下降。 2．氮氧化物的无害化处理 (1)氮氧化物的来源 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)。化石燃料的燃烧、硝酸生产等工业废气，机动车的尾气等都产生大量的氮氧化物产生大气污染。 (2)氮氧化物的危害 ①酸雨：NO2HNO3，随雨水降落的硝酸会危害动植物和建筑物等。 ②光化学烟雾：臭氧与氮氧化物和一些碳氢化合物在紫外线照射下发生反应形成光化学烟雾。具有特殊气味，刺激眼睛，对人体健康和植物生长有很大危害。 (3)预防和控制氮氧化物的污染 ①减少化石燃料使用并进行脱硝处理，积极寻找替代能源。 ②合理处理工业废气，减少有害气体排放。 ③汽车尾气：以甲醇、液化气代替汽油；安装汽车尾气净化装置，将NO、CO转化为无害气体，化学方程式：2NO＋2CON2＋CO2；使用液化天然气或高效燃料电池作为动力的新型环保汽车等方法，减少汽车尾气的排放。 (1)草木灰含钾元素和铵态氮肥混用效果更好(　　) (2)目前广泛使用的肥料有尿素、复合化肥(　　) (3)尿素是目前固态氮肥中含氮量最高的一种化肥(　　) (4)汽车尾气中的氮氧化物和碳氢化合物是造成光化学烟雾的元凶(　　) (5)“温室效应”加剧所带来的环境问题是形成光化学烟雾(　　) (6)严格控制汽车尾气的排放，可有效减少氮氧化物对大气的污染(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)×(6)√ 请根据氮肥的特性回答下列问题： (1)为什么硝态氮肥不宜在高温天气、多雨的水田区施用，而多用于冷凉的旱地？ 提示　硝态氮肥的特点：①易溶于水，②不易被土壤吸附，③湿度大的情况下易进行反硝化而损失，④受热易分解。 (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　硝态氮肥易溶于水，对作物吸收钙、镁、钾等养分无抑制作用，长期使用可有效改良碱性土壤。铵态氮肥在碱性环境中氨易挥发损失，作物吸收过量铵态氮对钙、钾的吸收有一定的抑制作用。 1．施用氮肥能促进作物生长，并能提高作物中蛋白质的含量。下列关于氮肥的说法错误的是(　　) A．尿素[CO(NH2)2]是一种氮肥 B．储存碳酸氢铵时，应密封并置于阴凉通风处 C．铵态氮肥不能与碱性物质如草木灰等混合使用 D．氮肥溶于水，其中的氮元素均以铵根离子形式存在 答案　D 解析　尿素[CO(NH2)2]是一种常用的高效的氮肥，A正确；由于碳酸氢铵在温度较高时易分解，则储存碳酸氢铵时，应密封并置于阴凉通风处，B正确；铵态氮肥与碱性物质反应生成氨气而降低肥效，C正确；氮元素在尿素中以分子形式存在，不是铵根离子，硝态氮肥中氮元素以NO形式存在，D错误。 2．肥田粉是我国最早使用的氮肥，主要成分(NH4)2SO4易溶于水，其水溶液呈弱酸性。有关(NH4)2SO4的说法错误的是(　　) A．能与BaCl2溶液反应 B．长期使用会导致土壤酸化 C．能与NaOH溶液反应 D．其水溶液中的阳离子只有H＋ 答案　D 解析　硫酸铵与氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，A正确；(NH4)2SO4的水溶液呈弱酸性，长期使用会导致土壤酸化，B正确；(NH4)2SO4能与NaOH溶液发生复分解反应生成一水合氨，C正确；硫酸铵溶液中的阳离子有铵根离子和氢离子，D错误。 3．(2023·福建福州期中)(1)汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式：_____________ _____________________________________________________________________________。 (2)工业尾气中氮的氧化物常采用碱液吸收法处理。 ①NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，写出该反应的化学方程式：___________________________________________________________________________。 ②NO与NO2按物质的量之比为1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，该钠盐的化学式是____________。 答案　(1)2NO＋2CON2＋2CO2 (2)①2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O　②NaNO2 解析　(2)①NO2被烧碱溶液吸收时，生成两种钠盐，其物质的量之比为1∶1，根据原子守恒可知应该是硝酸钠和亚硝酸钠，同时还有水生成，该反应的化学方程式为2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。 ②NO与NO2按物质的量之比为1∶1被足量NaOH溶液完全吸收后只得到一种钠盐，属于＋2价和＋4价氮元素之间的归中反应，所以该钠盐的化学式是NaNO2。 题组一　铵盐的性质、氮肥 1．给装有下列少量固体物质的试管加热，试管底部的物质不可能完全消失的是(　　) A．碳酸氢铵 B．碳酸氢钠 C．氯化铵 D．碳酸铵 答案　B 解析　碳酸氢铵受热分解生成氨气、二氧化碳和水，氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢，碳酸铵受热分解生成氨气、二氧化碳和水，碳酸氢钠受热分解生成二氧化碳、水和固体碳酸钠，试管底部的物质不可能完全消失。 2．下列关于铵盐的说法正确的是(　　) A．将NH4Cl固体加热，NH4Cl发生了升华 B．铵盐的溶液能使石蕊试液变蓝色 C．铵盐大多都易溶于水 D．要密封保存铵盐，防止氨气泄漏 答案　C 解析　氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢，A错误；氯化铵是强酸弱碱盐，其水溶液显弱酸性，能使紫色石蕊试液变红，B错误；铵盐大多都易溶于水，C正确；要密封保存铵盐，防止分解，D错误。 3．检验铵盐的一般方法是将待测物取少许置于试管中，然后(　　) A．加水溶解后，再滴入酚酞溶液 B．加强碱溶液加热后，用湿润的红色石蕊试纸在试管口检验 C．加入强酸溶液加热后，再滴入酚酞溶液 D．加入强碱溶液加热后，再滴入酚酞溶液 答案　B 解析　将固体放入试管中，加强碱溶液加热后，把湿润的红色石蕊试纸放在试管口，湿润的红色石蕊试纸会变蓝色，证明产生的气体是氨，则该盐中含有铵根离子，B正确。 4．(2022·山东郓城县第一中学月考)下列氮肥属于复合肥料的是(　　) A．CO(NH2)2 B．(NH4)2SO4 C．NH3·H2O D．KNO3 答案　D 解析　复合肥料是指同时含有两种或两种以上营养元素的肥料，KNO3含有钾元素和氮元素，属于复合肥料。 题组二　氨的实验室制法 5．在实验室里，某学习小组设计了下列制取纯净干燥氨的方案，简易、可行的方案是(　　) A．加热氯化铵固体，再通过碱石灰 B．在氮气和氢气的混合气体中加入铁触媒，并加热至500 ℃，再通过碱石灰 C．加热浓氨水，再通过浓硫酸 D．在生石灰中加入浓氨水，再通过碱石灰 答案　D 6．下列装置能达到实验目的的是(　　) A．用装置甲制备氨 B．用装置乙除去氨中少量水 C．用装置丙收集氨 D．用装置丁吸收多余的氨 答案　D 解析　用装置甲制备氨时试管口应该略向下倾斜，A错误；氨能被浓硫酸吸收，不能用装置乙除去氨中少量水，B错误；氨密度小于空气，用向下排空气法收集，但集气装置不能密闭，故不能用装置丙收集氨，C错误；氨极易溶于水，用装置丁吸收多余的氨可以防止倒吸，D正确。 7．已知氨极易溶于水，难溶于有机溶剂CCl4。下列不适合做氨的尾气吸收装置的是(　　) 答案　C 解析　NH3极易溶于水，若用C项中的装置做NH3的尾气处理装置，则容易发生倒吸；NH3难溶于CCl4，故A装置可防倒吸；B和D项装置原理相似都可以防倒吸。 题组三　氮氧化物的危害及无害化处理 8．下列环境问题与产生的主要原因不相符的是(　　) ①“光化学烟雾”主要是由汽车排放的氮氧化物所引起的 ②“酸雨”主要是由空气中CO2的浓度增大引起的 ③“温室效应”主要是由空气中CO2的浓度增大引起的 ④“赤潮”主要是由于水体中N、P等元素含量过高而引起的 A．只有①② B．只有②③ C．全部 D．只有② 答案　D 解析　“酸雨”主要是由空气中SO2或NOx的浓度增大引起的。 9．在汽车尾气净化装置里，气体在催化剂表面吸附与解吸作用的过程如图所示。下列说法错误的是(　　) A．NO2是该过程的中间产物 B．汽车尾气的主要污染成分包括CO和NO C．NO和O2必须在催化剂表面才能反应 D．催化转化总反应式为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2 答案　C 解析　由题图可知：2NO＋O2===2NO2,2NO2＋4CO4CO2＋N2，总反应为2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2，NO2是该过程的中间产物，A、D项正确；汽车尾气的主要污染成分为有毒的CO和NO，B项正确；NO和O2在常温下就能反应生成NO2，C项错误。 10．(2023·安徽师范大学附属中学期中)在催化剂作用下，NH3可脱除废气中的NO和NO2生成两种无毒物质，其反应历程如图所示。下列说法正确的是(　　) A．过程①中有共价键的断裂与形成 B．过程②③④均是氧化还原反应 C．废气中NO和NO2不能被碱液吸收 D．上述历程的总反应为2NH3＋NO＋NO22N2＋3H2O 答案　D 解析　NH3与H＋反应生成NH时仅有共价键的形成，A不正确；根据N元素的价态分析②不属于氧化还原反应，B不正确；废气中NO和NO2可用碱液吸收，发生反应：NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，C不正确；根据反应历程图分析反应中共消耗2 mol NH3,1 mol NO,1 mol NO2，反应方程式正确，D正确。 11．尿素的结构简式为，下列关于尿素的叙述不正确的是(　　) A．尿素是一种氮肥 B．尿素也是人体新陈代谢的一种产物 C．尿素在水中可以电离出NH D．尿素的分子式为CH4N2O，是一种有机氮肥 答案　C 解析　据尿素的结构简式，尿素分子中不含NH，在溶液中也不能电离出NH。 12．(2023·江苏常州中学月考)废水中的氨氮(NH3、NH)采用微生物脱氮法、化学沉淀法均可除去，具体原理如下： ①微生物脱氮法：NHNON2 ②化学沉淀法：向废水中加入含MgCl2、Na3PO4的溶液，生成MgNH4PO4·6H2O沉淀从而去除氨氮。 下列有关说法正确的是(　　) A．步骤a发生反应：NH＋O2===NO＋H2O＋H＋ B．含氨氮的废水直接大量排放，对水体的影响不大 C．化学沉淀法脱氮时，溶液的碱性过强，氨氮的去除率将下降 D．微生物脱氮可在高温条件下进行，以加快脱氮的速率 答案　C 解析　步骤a中铵根离子被氧化，发生反应：NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋，故A错误；含氨氮的废水直接大量排放，可使水中藻类植物大量繁殖，造成水体污染，故B错误；化学沉淀法脱氮时，溶液的碱性过强，镁离子转化为氢氧化镁沉淀，则氨氮的去除率将下降，故C正确；高温下微生物不能存活，不利于脱氮，故D错误。 13．常见的化肥有氨水、NH4Cl、NH4HCO3、(NH4)2SO4、K2CO3、尿素[CO(NH2)2]等。为确定某种化肥的组成，进行下列实验： (1)取少量化肥与烧碱共热，放出可使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体。此气体为________，证明化肥中含________(填离子符号，下同)。 (2)向上述反应后的溶液中注入过量盐酸，生成的无色无味气体可使澄清石灰水变浑浊。此气体为________，证明化肥中含有________或________。 (3)另取少量化肥溶于水，加入CaCl2溶液无明显反应现象。由上可知该化肥的化学式为__________。 答案　(1)NH3　NH　(2)CO2　CO　HCO　(3)NH4HCO3 解析　(1)取少量化肥与烧碱共热，放出可使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，该气体为氨气，证明化肥中含有NH。(2)将上述反应后的溶液中加入盐酸，生成无色无味气体，将所得气体通入澄清石灰水后出现浑浊现象，可以推知生成的无色无味的气体为二氧化碳，证明化肥中含有CO或HCO。(3)另取少量化肥溶于水，加入CaCl2溶液后无明显反应现象，由于钙离子能够与CO反应生成沉淀，因此证明溶液中不存在CO，结合上一步反应，可推知化肥中一定存在HCO；再结合(1)的结论可知：该化肥的化学式为NH4HCO3。 14．(2023·浙江金华高一期中)人类的农业生产离不开氮肥，几乎所有的氮肥都以氨为原料，合成氨是人类发展史上的一项重大突破。某化学兴趣小组对氨气进行研究： Ⅰ.NH3催化还原氮氧化物(SCR技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术)，反应原理如图所示： (1)SCR催化反应器中NH3还原NO2的化学方程式为_________________________________。 Ⅱ.用下图装置可以制取氨气并探究其性质，按下列装置(部分夹持装置已略去)进行实验。 (2)若氨气的发生装置选择A，则其反应的化学方程式为______________________________。 (3)若要用C装置来干燥NH3，可以选用的干燥剂为______________。 (4)上述D、E、F、G装置可用于作为氨气的尾气处理装置的是______________。 (5)用下图装置探究氨气与氧化铜的反应，验证氨气的性质及部分反应产物。 已知：Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O。 实验结束后，若CuO全都参与反应，H处硬质玻璃管中黑色粉末变成红色，有同学认为该红色粉末为纯净物，该判断是否正确？__________(填“是”或“否”)。请设计一个实验方案检验反应后的红色粉末是否为纯净物，简述实验方案：______________________________。 答案　(1)8NH3＋6NO27N2＋12H2O (2)2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O (3)碱石灰 (4)EF (5)否　取适量反应后的固体粉末，加入适量稀硫酸，溶液变为蓝色，说明该固体粉末为混合物，不变蓝，则为纯净物 解析　(1)由图可知，在SCR催化反应器中氨气与二氧化氮反应生成氮气和水，反应的化学方程式为8NH3＋6NO27N2＋12H2O。(4)装置E中氨气不直接与水接触，氨气溶于水不会造成压强差，不会产生倒吸；装置F中干燥管的容积大，达到防倒吸的目的；装置D中倒置漏斗浸入水中会产生倒吸；装置G中进气管太长，会使倒吸入广口瓶中的水通过导气管倒吸进入反应装置中。(5)Cu2O和Cu都是红色的，实验结束后H处硬质玻璃管中黑色粉末变成红色不能确定为纯净物。 学科网（北京）股份有限公司 $$