5.2.2 氨及铵盐 课件-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

第五章　化工生产中的重要 非金属元素 第二节 氮及其化合物 第2课时　氨和铵盐 大气中N2 NO2 NO HNO3 【知识回顾】 生物固氮 雷电固氮 NH3 人工固氮 我们先进行一下简单的课前回顾，在之前的两节课同学们围绕氮的固定和氮氧化物的性质进行了学习，本图是自然固氮的两个主要路径，右侧的雷电固氮过程中‖涉及到了以上3个重要的含氮元素物质的氧化过程，将N2中的0价氮元素一直氧化到HNO中最高的+5价氮元素，雷电固氮的缺点是条件苛刻，受到天气的限制，而左侧的生物固氮则物种相对较少，种类受到局限，以上两点整体导致自然固氮总量有限，粮食作物产量远远无法满足日益增长的人口和规模庞大的动物群体亟待摄取大量植物蛋白的迫切需求。为此科学家们经历克服了冲冲困难，尽力上万次实验在，宏宇突破了由氮气合成氨的瓶颈并实现了合成氨大规模工业化生产 N2 NH3 N≡N 键 性质稳定 结构？ 【N2与NH3结构比较】 探寻合适氮肥的过程 我们都知道：结构决定性质——由于N2分子中存在氮氮叁键，强度很大，因此性质十分稳定，这就决定了N2不可能被大多数动植物直接利用。那么氨气的结构如何，接下来我们对比一下： 处理措施：消防员用大量水进行喷洒 目击者甲称：中心现场温度极低 目击者丙称：附近有类似厕所的臭味 目击者乙称：远处未看到任何有颜色的物质 2004年化工厂液氨泄露 氨极易溶于水 氨很容易液化，汽化时吸热， 液氨可用作制冷剂。 氨是无色、有刺激性气味的气体，密度比空气小。 探究一　氨气的性质 现场报道 那氨气又具有怎样的性质呢，我们通过一则新闻来了解氨气的性质 探究一　氨气的性质 （1）与水反应： （一水合氨-弱碱性） 氨水 NH3 + H2O NH3·H2O + OH－ NH4 + 【检验氨气】使湿润的红色石蕊试纸变蓝。 2.化学性质： 1.物理性质： 无色有刺激性气味，密度比空气小，极易溶于水，易液化（可做制冷剂） 总结一下，物理性质。。。氨气溶于水既存在物理变化又存在化学变化，我们通过一个实验来看看一下。当氨气溶解于水时，绝大部分氨气与水发生可逆反应生成了一水合氨，一水合氨有极少一部分电离产生铵根离子和氢氧根离子，从而使氨的水溶液呈现弱碱性，因此我们检验氨气时可借助湿润的红色石蕊试纸变蓝这一现象。在这里我们要注意两个问题：一是氨气与水的反应以及一水合氨的电离，这两步反应均是可逆的；二是要明确一水合氨是纯净物，而氨水则是上述整个可逆反应构成的混合体系。二者不可混为一谈。 氨的水溶液称为氨水 建国初期《如何正确使用氨水化肥》的画册 氨水具有怎样的性质？ 氨水显碱性，腐蚀性，刺激性，易挥发 NH3·H2O NH3↑+ H2O 气态的氨气不能做氮肥，那氨水能做氮肥吗？实际上，建国初期我们确实是用氨水做化肥的，但用氨水做化肥有很多的注意事项，下面请同学们根据氨水的标签，思考一下氨水具有怎样的性质-----易挥发 探究一　氨气的性质 【补充实验】取两支玻璃棒，分别蘸取浓盐酸、浓氨水，将两支玻璃棒相互靠近，但不接触，观察现象并分析原因。 浓氨水 浓盐酸 NH3 + HCl NH4Cl 思考：浓氨水遇浓硝酸会产生白烟吗 ? 浓硫酸呢？ NH3 ＋ HNO3 = NH4NO3 2NH3 ＋ H2SO4 = 2(NH4)2SO4 2.化学性质： 烟是一种固体晶体 现象：有大量白烟产生 既然氨和氨水都不适合做氮肥，那么我们就要继续探索：从物质类别角度来讲二者均呈碱性，那么我们能否通过与酸反应找到合适的物质呢？我们来做这样一个实验：取两支玻璃棒，分别蘸取浓盐酸、浓氨水，将两支玻璃棒相互靠近，但不接触，观察现象并分析原因。 探究二　铵盐的性质 （1）与水反应： NH3 + H2O NH3·H2O OH－ NH4+ + （2）与酸反应： NH3 + HCl NH4Cl NH3 + HNO3 NH4NO3 2NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4 一、氨 2.化学性质： （一水合氨） NH3 + H+ NH4 + 当氨气与上述三种酸反应时，我们可通过离子反应的角度概括一下氨气与这类强酸反应的实质是什么？——即氨分子和氢离子反应形成铵根离子，这一反应原理应用价值很高。根据这一反应原理制备了一系列的农业固态氮肥。 早期农业常用氮肥 (NH4)2SO4 NH4NO3 NH4HCO3 NH4Cl 探究二　铵盐的性质 如氯化铵、硝酸铵、硫酸铵及碳酸氢铵等，请根据上述图片推测一下这些氮肥的主要成分，组成特点及物理性质。——我们可以观察到上述物质均属盐类，且均为白色晶体。组成特点：通过化学式可以看出他们均含有铵根离子。因此根据物质分类的方法，我们从阳离子角度可以把这些肥料均划归为铵盐，农业称之为铵态氮肥！ 探究二　铵盐的性质（氨态氮肥） 2.物理性质： 1.组成特点：均含有 ，主要成分均是铵盐 NH4 + 都是晶体，绝大多数铵盐都易溶于水，溶解常伴有吸热现象。 3.化学性质： (NH4)2SO4 NH4NO3 NH4HCO3 NH4Cl 氨态氮肥在组成特点上均含有铵根离子，同时根据肥料或铵根离子的特点，我们都可以确定绝大多数铵盐都易溶于水，而且溶解常伴有吸热现象。 【资料卡片】农民不喜欢使用铵盐类氮肥：在使用过程中常跑氨，与草木灰等碱性肥料共施肥效降低。 【问题】针对以上问题，预测铵盐可能具有哪些性质？如何设计实验进行验证。 ① 受热易分解 ② 与碱反应 CO2↑+ H2O NH3↑ NH4HCO3 NH4Cl + HCl↑ NH3↑+ 探究二　铵盐的性质（氨态氮肥） 3.化学性质： 但遗憾的是，农民不喜欢使用铵盐类氮肥：在使用过程中常跑氨，与草木灰等碱性肥料共施肥效降低。 (NH4)2SO4 NH4NO3 NH4Cl 【实验】分别对三种氮肥的有效成分与NaOH溶液混合加热，观察实验现象。 ② 与碱反应 探究二　铵盐的性质（氨态氮肥） 接下来我们再来验证铵盐能否与碱反应，我们选择了以下三种氮肥，以氯化铵为例，观察其余NaOH溶液混合加热的实验现象。（请同学们试着书写化学反应方程式 NH4Cl + NaOH NaCl + NH3↑+ H2O NH4NO3 + NaOH NaNO3 + NH3↑+ H2O (NH4)2SO4+2NaOH Na2SO4 + 2NH3↑+ 2H2O ② 与碱反应 ① 受热易分解 CO2↑+ H2O NH3↑ NH4HCO3 NH4Cl + HCl↑ NH3↑+ + OH- NH4 + NH3↑ + H20 【用途】①检验 NH4 + ②实验室制NH3 探究二　铵盐的性质（氨态氮肥） 取待测样品于试管中加水溶解，再加入氢氧化钠溶液进行加热，用湿润的红色石蕊试纸放置于试管口，若试纸变蓝，则说明有氨气产生，从而证明样品含有NH4+离子 钠大家能都通过离子反应的角度概括一下铵盐与碱反应的实质到底是什么？——即铵根离子和氢氧根离子反应形成氨分子和水分子。以上实验验证了铵盐和碱受热可以产生氨气这一相似的化学性质，这一反应原理实际价值很大，即可以指导生产，也可用于检验铵盐，具体方法为：取待测样品于试管中加水溶解，再加入氢氧化钠溶液进行加热，用湿润的红色石蕊试纸放置于试管口，若试纸变蓝，则说明有氨气产生，从而证明样品含有NH4+离子。还可以根据这一原理进行实验室制氨气 探究三 氨气的实验室制法 (1) 发生装置： (2) 收集方法： (3) 棉花作用： 固固加热型装置 向下排空气法 防止空气对流 2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2NH3↑ +2 H2O 可否使用湿棉花 (4) 验满方法： a. 湿润的红色石蕊试纸接近试管口变蓝 b. 蘸有浓HCl的玻璃棒接近试管口产生白烟 下面我们一起来认识一下实验室制氨气：装置如图所示，试管口向下倾斜，采用向下排空气法收集氨气，集气管口堵一团干棉花，防止氨气与空气发生对流，使收集的氨气不纯，并用湿润的红色石蕊试纸检验氨气是否收集满。同学们可以思考一下，试管口的棉花若用水润湿是否可以——答案是否定的，因为氨气极易溶解于水，这样操作几乎是收集不到氨气的。 探究三 氨气的实验室制法 (6) 尾气处理： 水(或稀硫酸)吸收多余的氨气 (5) 干燥装置： 防倒吸 用碱石灰等碱性干燥剂 发生装置 净化装置 收集装置 验满方法 尾气处理 （除杂，干燥） 试管口塞一团用稀硫酸浸湿的棉花球 探究三 氨气的实验室制法 方法一： 加热浓氨水制氨气 浓氨水滴入生石灰(或NaOH)中制氨气 2. 快速简易制法 3. 工业制法 方法二： CaO或NaOH 浓氨水 人工合成氨 N2 + 3H2 2NH3 催化剂 NH3·H2O NH3↑ + H2O NH3·H2O +CaO NH3↑ + Ca(OH)2 氨水 N2 NH3 +H2O NH4 + +H+ 从元素价态角度进行转化 NO3 - -3 +5 从物质类别角度进行转化 探寻合适氮肥的过程 接下来我们通过观察给出的这几种氮肥的相关信息，你觉得那种氮肥更好？——仅就含氮量而言我们当然选择硝酸铵，硝酸铵不但含氮量很高，经研究发现许多植物根部吸收硝酸根离子比吸收铵根离子更容易，那我们如何能得到硝酸铵呢？回顾我们之前的一些反应都是从物质类别的角度根据物质的酸碱性等进行的转化，转化过程中氮元素的价态没有变化。而要实现氨分子到硝酸根离子的转化，则氮元素的化合价发生了变化，因此我们要换个方式从元素化合价角度根据物质的氧化性和还原性来考虑问题了，氮元素的化合价要实现从最低-3价到最高+5价的转化。那么回顾之前我们学过的几组反应，涉及到了几个中间价态含氮元素物质的氧化，我们可以充分利用，根据氨气中氮元素呈现-3价，我们可以确定氨气具有还原性，肯定可以被氧化，那么氧化到几价的含氮元素物质合适呢？首先排除N2，因为NH3来自于N2，且N2太稳定，继续氧化能耗太高，这种工业生产没有价值。考虑生产成本我们选择廉价易得的O2作为氧化剂进行了这一实验，看看能把氨气氧化为上述几组反应中的哪一种物质，是NO还是NO2?同学们可以猜测一下。接下来我们见证实验。 氨的催化氧化是工业制硝酸的基础。 催化剂 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O （1）与水反应： （2）与酸反应： （3）催化氧化反应（还原性）： 2.化学性质： NH3 + H2O NH3·H2O OH－ NH4+ + （一水合氨） NH3 + H+ NH4 + 探究一　氨气的性质 氮肥的含氮量及特点 探寻合适氮肥的过程 硝酸铵虽然是一种含氮量很高且易被植物吸收的氮肥，相比于其他无机氮肥优点较多，比如适合各种土壤，无残留吸收快，但它也有自身的缺点，在遭到强撞击或受热时，易发生爆炸，具有较强的爆炸性，因此可做炸药，由于存在很大的危险，后被列为国家规定的一类危险品，买卖均有严格管控，已不对个人出售。在这种背景下应运而生了目前含氮量最高的固态有机氮肥——尿素，不但含氮量高，而且克服了传统无机氮肥存储与使用的诸多弊端以及对土壤的不利影响。 氨水 N2 NH3 NH4 + NO3 - 长效氮肥 (缓释尿素) 有机氮肥 (尿素) 探寻合适氮肥的过程 探寻合适氮肥的过程 仿生固氮 (某些金属有机化合物可起到根瘤菌作用) 而科学技术的发展随着人类社会的不断进步绝不可能停留在原有的水平上，人类在相继开发出了含氮量更高的有机氮肥尿素和众多的长效缓释肥料之外，一种全新的安全无公害，高效低能耗的仿生固氮技术目前正在大力研发中，不久将给肥料的制造和使用带来革命性的大变化。 氨水 NH4 + -3 NH3 H2O + + H+ OH-/ N02 +4 N0 +2 探寻氮肥过程回顾 HNO3 +5 -3 接下来回顾一下我们探寻氮肥所经历的过程，我们以工业合成氨的产物氨为核心开始探索，但因其具有刺激性气味，且密度比空气小，很难作用到植物根部，不适合直接做氮肥使用，从而我们把关注点放到了氨极易溶解于水这一特点上，利用氨优异的溶解性制备出了氨水，同时也得出了氨水具有碱性这一实验结论，但由于氨水有不稳定性，易分解为氨气等特点，因此我们说氨水虽然可用作氮肥，但并非很合适的选择。接下来我们的出发点再次回到氨溶于水呈碱性这一化学性质上，从离子角度利用其能与氢离子反应的实质——采用氨和酸反应生成铵盐为突破口，制备出了一些列的固体铵态氮肥，初步得到了合适的肥料，这一探索过程在物质状态上：我们经历了由气态氨到液态氨水再到固态盐的转化；在物质类别上，我们完成了从氢化物到碱溶液再到铵盐的转化过程。接着为了做到合理施肥，提高肥效，我们又对铵盐的性质进行了探究，从而得出了铵盐的两点化学相似性，一是铵盐受热易分解，其中部分会释放出氨气，二是铵盐与碱共热‖反应会产生氨气。综合以上性质，做到了科学合理的指导农业生产。而在这一些列的物质类别转化过程中，我们可以发现氮元素的价态一直保持不变。接下来我们又发现NH4NO3具有很高的含氮量，且硝酸根离子更易被植物根部吸收，由此我们的目标又转向了对NH4NO3的制备——NH4NO3由氨气和HNO3发生化合反应便可得到，因此我们只要制备出HNO3即可，我们此时关注到氨和HNO3中氮元素的化合价不同，于是从氧化还原角度考虑，根据氨中的氮元素为-3价，呈现还原性这一特点，利用氨的催化氧化反应制得了含有+2价氮元素的NO。NO进一步氧化为含有+4价氮元素的NO2、再由水吸收得到含有+5价氮元素的HNO3，完成了氮元素从最低价到最高价的转化过程，这便是我们本节课的主体知识网络图，本图既涵盖了之前学过的氮氧化物的转化，又涵盖了刚讲到的氨、氨水、铵盐三种物质的性质及转化过程，也涉及到了下一节课要讲述的硝酸，请同学们牢记上述转化过程。 Lavf52.84.0 提示　并不是所有的铵盐都受热生成NH3，如NH4NO3N2O↑＋2H2O。 Lavf52.84.0 Lavf52.84.0 $