内容正文:
专题7
氮与社会可持续发展
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第三单元 含氮化合物的合理使用
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逐渐减少
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有刺激性气味
白色固体
有刺激性气
味气体产生
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①②⑤
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白色
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酸化
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×
×
×
√
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光化学烟雾
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[素养发展目标] 1.掌握氨气的实验室制取、收集和检验方法。2.学会铵盐的性质及NH eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) 的检验方法。3.知道氮肥的性能和使用氮肥的注意事项。4.知道含氮化合物的应用对社会生产的作用和对自然环境的影响。
一、铵盐的性质与铵盐(NH eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) )的检验铵盐的性质
(1)物理性质
颜色
溶解性
状态
____
__溶于水
____
(2)化学性质
①实验探究
实验
装置
及操
作
现象
试管中固体_________,试纸变蓝
固体___________,产生_____________气体,试管口有_________生成
试管中____________
__________,试纸变蓝
结论
NH4HCO3分解产生_________
NH4Cl分解产生_______和HCl
NH4Cl和Ca(OH)2反应生成_________
NH3
NH3
NH3
②铵盐的化学性质
【即学即练】
1.下列对于铵盐的描述都正确的是________。
①绝大多数都溶于水 ②都是白色晶体 ③都有刺激性气味 ④加热后都有氨气放出 ⑤与碱混合后加热都有氨气放出 ⑥都能使石蕊试纸变蓝
二、常见氮肥及其使用
1.常见氮肥
分类
性质特点
注意事项
铵态氮肥
易溶于水、不稳定、与碱反应
低温保存,深施盖土,避免受热;不可与碱性物质(如草木灰等)混合使用
硝态氮肥
_____于水,NO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) 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;当土壤湿度大时,硝酸根经微生物作用可还原成气体(NO、N2O、N2)逸出,导致硝态氮肥的损失,因此硝态氮肥多用于冷凉的旱地
分类
性质特点
注意事项
尿素
有机氮肥,_____晶体,是目前固态氮肥中含氮量最高的一种化肥
尿素是一种中性肥料,适用于各种土壤和作物。肥效高、易保存、使用方便,长期使用对土壤的破坏作用小
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_____、_____。
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。
【即学即练】
2.判断正误:正确的打“√”,错误的打“×”
(1)使用铵态氮肥时,洒在地面上,即无需深埋( )
(2)所有铵态氮肥中,氮元素化合价都是-3价( )
(3)草木灰含钾元素和铵态氮肥混用效果更好( )
(4)目前广泛使用的肥料有尿素、复合化肥( )
(5)豆科植物在生长过程中不需要经常施用铵态化肥( )
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__________。
3.减少氮氧化物的措施
1.安装汽车尾气净化装置,将NOx转化为无污染的氮气;净化装置中NO、CO在催化剂作用下反应的化学方程式为:_______________________________。
2.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。
2NO+2CO eq \o(======,\s\up17(催化剂),\s\do5( )) N2
+2CO2
【即学即练】
3.光化学烟雾是由氮氧化物、碳氢化合物等发生光化学反应形成的二次污染物,形成过程如图所示。下列说法正确的是( )
A.光化学烟雾中各成分都具有强还原性
B.汽车尾气排放的氮氧化物来源于燃油中的含氮物质
C.燃油汽车安装废气净化装置有利于遏制光化学烟雾的发生
D.同一地区,相同条件下,冬季比夏季更易生成光化学烟雾
C [根据图示,光化学烟雾中含O3、HNO3等强氧化性物质,故A错误;NOx是汽车火花塞放电和高温条件下,空气中N2和O2化合而成,故B错误;安装尾气转化装置,可减少NO、碳氢化合物等污染物的排放,故C正确;夏季日照强度大,常成为光化学烟雾的多发季节,故D错误。]
一、铵盐的性质探究
1.铵盐受热分解都能放出氨气,对吗?
提示: 不对。有的铵盐受热分解不能放出氨气,如一定条件下NH4NO3受热分解成HNO3、N2和水。
2.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。
3.试设计一个简单的实验,证明某白色固体是铵盐。
提示: 取少量白色固体放在研钵中,再加入氢氧化钙固体,用研杵混合研磨,慢慢可以闻到刺激性气味,证明该固体为铵盐。
NH eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) 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 eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) 。
1.(2022·邯郸市大名县第一中学下学期第一次月考)下列关于铵盐的叙述中正确的是( )
A.所有铵盐中的N均呈-3价
B.铵盐都是离子化合物
C.铵态氮肥不宜与碱性物质混合使用
D.有些铵盐既能与酸反应又能与碱反应
A [A.铵盐中,氮元素化合价不一定都是-3价,如NH4NO3中,N的化合价除了-3价,还有+5价,A错误;B.铵盐一般由铵根离子和酸根离子构成,含有离子键,是离子化合物,B正确;C.铵根离子能和氢氧根离子反应,因此铵态氮肥不宜与碱性物质混合使用,C正确;D.有些铵盐既可以与碱反应也可以与酸反应,如NH4HCO3,D正确;]
2.(2022·苏州市相城区陆慕高级中学上学期期中)某水溶液中可能存在K+、NH eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) 、Cl-、SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 等离子,以下对于相关离子进行检验的操作和结论不正确的是( )
A.用洁净的铂丝蘸取该溶液进行焰色试验,透过蓝色钴玻璃,观察到紫色火焰,则该溶液中一定含有K+
B.取少许该溶液,加入浓NaOH溶液,加热,产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,则该溶液中一定含有NH eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4))
C.取少许该溶液,加入AgNO3溶液,有白色沉淀产生,则该溶液中一定有Cl-
D.取少许该溶液,加入稀盐酸,无明显现象,再滴加BaCl2溶液,出现白色沉淀,则该溶液中一定含有SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4))
C [A.用洁净的铂丝蘸取该溶液进行焰色试验,透过蓝色钴玻璃,观察到紫色火焰,说明该溶液中一定含有K+,A正确;B.取少许该溶液,加入浓NaOH溶液,加热,产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,该气体是氨气,则该溶液中一定含有NH eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) ,B正确;C.取少许该溶液,加入AgNO3溶液,有白色沉淀产生,白色沉淀可能是氯化银或碳酸银,因此不能说明该溶液中一定有Cl-,C错误;D.取少许该溶液,加入稀盐酸,无明显现象,排除其它离子干扰,再滴加BaCl2溶液,出现白色沉淀,白色沉淀是硫酸钡,则该溶液中一定含有SO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) ,D正确;答案选C。]
二、氨的实验室制法
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),现在制取氨气的实验装置如下图所示:
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。
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+3O2 eq \o(=====,\s\up17(点燃),\s\do16( )) 2N2+6H2O。
5.装置中试管口塞一团棉花的作用是什么?
提示: 防止氨气沿试管壁冲出与空气形成对流,塞一团棉花使收集到的氨气更纯净。
3.用该装置还可以制备哪些气体?
提示: 氨气的发生装置还可以用来制取O2等。
4.干燥管中的碱石灰是干燥氨的,能用无水CaCl2、P2O5代替碱石灰作干燥剂吗?
提示: 不能,CaCl2能和NH3反应生成CaCl2·8NH3,P2O5为酸性干燥剂也能和NH3反应。
实验室制备氨气的方法
(1)原理:2NH4Cl+Ca(OH)2 eq \o(=====,\s\up17(△),\s\do16( )) CaCl2+2NH3↑+2H2O。
(2)装置:
①发生装置:固体+固体 eq \o(——→,\s\up17(△),\s\do16( )) 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: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。
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,常采用的装置有:
1.(2022·重庆市名校联盟下学期第一次联合)下列装置用于实验室中制取干燥氨气的实验,其中能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制备氨气
B.用装置乙除去氨气中的少量水
C.用装置丙收集氨气
D.用装置丁吸收多余的氨气
A [A.浓氨水遇碱石灰放出氨气,实验室可以用装置甲制备氨气,故选A;B.浓硫酸和氨气反应生成硫酸铵,浓硫酸能吸收氨气,不能用浓硫酸干燥氨气,故不选B;C.体系密闭,若用装置丙收集氨气,空气无法排除,故不选C;D.氨气极易溶于水,漏斗口浸没在水中,若用装置丁吸收多余的氨气,引起倒吸,故不选D;选A。]
2.(2023·北京市一零一中学期末)用下图装置(夹持装置已略去)进行NH3制备及性质实验,已知:NH3极易溶于水,而难溶于CCl4,CCl4密度比水大且与水不互溶。下列说法不正确的是( )
A.甲中制备NH3利用了NH3·H2O的分解反应
B.乙中的集气瓶内a导管短、b导管长
C.丙中的CCl4能防止倒吸
D.丁也可以用于制备氨气
D [A.甲中氢氧化钠固体溶于水放出大量热,NH3·H2O不稳定,受热分解产生NH3,故A正确;B.氨气的密度比空气小,宜用向下排空气法收集,因此应短进长出,即乙中的集气瓶内a导管短、b导管长,故B正确;C.氨气极易溶于水,为防止氨气溶于水发生倒吸现象,可用CCl4,以防止倒吸(如图丙),故C正确;D.氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢,氯化氢和氨气在试管口会生成氯化铵,因此丁不能用于制备氨气,故D错误;综上所述,答案为D。]
3.利用图所示装置及药品制取氨气。
(1)A中制氨气的化学方程式是____________________________________
___________________________________________________________________。
(2)B中碱石灰的作用是_________________________________________。
(3)C处是用集气瓶收集氨气的装置,请绘出装置图。
(4)证明氨气已集满的操作和现象是________________________________
__________________________________________________________________。
解析: (1)由装置图可知,该实验用氯化铵和氢氧化钙加热生成氨气,反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2 eq \o(=====,\s\up17(△),\s\do16( )) CaCl2+2NH3↑+2H2O。(2)氨气为碱性气体,反应过程中产生水,氨气中混有水蒸气,可用碱石灰吸收水蒸气。(3)由于氨气密度比空气小、易溶于水,所以不能采用排水法收集,只能用向下排空气法收集。(4)氨气溶于水溶液显碱性,将湿润的红色石蕊试纸靠近C装置右侧的导管口,若试纸变成蓝色(或将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近C装置右侧的导管口,若有大量白烟生成),说明氨气已集满。
答案: (1)2NH4Cl+Ca(OH)2 eq \o(=====,\s\up17(△),\s\do16( )) CaCl2+2NH3↑+2H2O (2)干燥NH3 (3)
(4)将湿润的红色石蕊试纸靠近C装置右侧的导管口,试纸变成蓝色(或将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近C装置右侧的导管口,有大量白烟产生)
eq \a\vs4\al(思维提升)
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·H2O eq \o(=====,\s\up17(△),\s\do16( )) NH3↑+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
1.(2022·扬州市邵伯高级中学下学期期中)氯化铵(NH4Cl)用于稻田施肥。氯化铵属于( )
A.氧化物
B.酸
C.碱
D.盐
D [NH4Cl能电离出NH eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) 和Cl-,盐是由金属阳离子(或铵根离子)和酸根阴离子组成的化合物,氧化物是指由两种元素组成,其中一种是氧元素的化合物,酸是电离出的阳离子全部是H+的化合物,碱是电离出的阴离子全部都是OH-的化合物,答案选D。]
2.(2022·江苏省高一下学期百校联考)氨和铵盐在生产、生活中有广泛应用。下列物质的性质与用途不具有对应关系的是( )
A.氨气易溶于水,故不可以用排水法收集氨气
B.氯化铵易溶于水,可用来制取氨气
C.碳酸氢铵易分解,可用来作食品膨松剂
D.磷酸氢铵含有N、P两种元素,可用来做复合化肥
B [A.因氨气易溶于水,所以不能用排水法收集氨气,故A正确;B.氯化铵制取氨气,是利用其能与强碱反应,与其溶解性无关,故B错误;C.碳酸氢铵受热分解生成氨气、二氧化碳和水,常用作食品膨松剂,故C正确;D.N、P是植物生长的必需元素,磷酸氢铵中含有N、P可以做复合化肥,故D正确;故选:B。]
3.针对如图所示的实验室制取氨气的装置,下列说法正确的是( )
A.发生装置与用KClO3制取O2的装置相同
B.可以用碱石灰或无水氯化钙干燥制得的氨气
C.可用单孔橡皮塞代替棉花
D.所用的铵盐不能是NH4NO3,所用的碱可以是NaOH
A [实验室制取氧气,可以用加热氯酸钾或高锰酸钾的方法,要使用加热固体反应物的装置,实验室制取NH3是NH4Cl晶体与Ca(OH)2固体反应,需要加热,二者气体制取实验装置相同,A项正确;NH3是碱性气体,可以用碱石灰干燥,但无水氯化钙可与NH3反应,不能用于干燥NH3,B项错误;用单孔橡皮塞代替棉花,导致试管内密封,无法收集NH3,C项错误;NH4NO3属于硝酸盐,不稳定受热易分解产生氮氧化物,使制取的气体不纯,NaOH是强碱,可与玻璃中的SiO2反应,腐蚀实验装置,D项错误。]
4.(2023·重庆市第七中学校月考)探究氨气及铵盐性质的过程中,下列根据实验现象得出的结论不正确的是( )
A.将集有氨气的试管倒扣于水槽中,液体迅速充满试管,说明氨气极易溶于水
B.将红热的Pt丝伸入如上图所示的锥形瓶中,瓶口出现少量的红棕色气体,说明氨气催化氧化的产物中有NO2
C.加热NH4HCO3固体,观察到固体逐渐减少,试管口有液滴产生,说明NH4HCO3具有热不稳定性
D.实验室常用氯化铵和氢氧化钙固体制取氨气
B [A.将集有氨气的试管倒扣于水槽中,液体迅速充满试管,说明氨气极易溶于水,使试管内的压强迅速减小,水充满试管,选项A正确;B.挥发的氨气在红热的铂丝作催化剂的条件下与氧气发生催化氧化反应生成的NO遇氧气又生成红棕色的二氧化氮,所以瓶口出现红棕色气体,选项B错误;C.加热碳酸氢铵,固体逐渐减少,有液滴产生,说明有水生成,所以可以说明碳酸氢铵受热不稳定,分解为氨气、二氧化碳、水,选项C正确;D.实验室常用氯化铵和氢氧化钙固体共热反应生成氯化钙、氨气和水来制取氨气,选项D正确。答案选B。]
5.汽车尾气(含CO、SO2和NO等)是城市空气的污染源之一,治理方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转化器”,它能使一氧化碳与一氧化氮反应生成可参与大气生态循环的无毒气体,并促进二氧化硫的转化。
(1)汽车尾气中导致酸雨形成的主要物质是________________。
(2)写出在催化剂的作用下CO与NO反应的化学方程式:____________________。
(3)使用“催化转化器”的缺点是在一定程度上提高了排放废气的酸度,有可能促进了酸雨的形成,其原因是_____________________________________。
(4)下列各项措施中,有利于缓解城市空气污染的有________(填字母)。
A.充分利用太阳能
B.使用电动车辆,减少汽油消耗
C.植树种草,绿化环境
D.取缔燃煤炉和木炭烧烤,改用天然气
解析: (2)从“它能使CO与NO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体”的叙述中,可推出该反应为2CO+2NO eq \o(=======,\s\up17(催化剂),\s\do16( )) N2+2CO2。
(3)使用“催化转化器”促使SO2转化为SO3,而SO3与H2O化合生成H2SO4,提高了废气的酸度,促进了酸雨的形成。
答案: (1)SO2、NO
(2)2CO+2NO eq \o(=====,\s\up17(催化剂),\s\do16( )) N2+2CO2
(3)由于促进了SO2的转化,导致生成的SO3增多,SO3+H2O===H2SO4,提高了废气的酸度
(4)ABCD
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