第2课时 氮肥的生产和使用
[核心素养发展目标] 1.知道NH3的物理性质特点以及氨水显碱性的原因。2.掌握氨气的实验室制取、收集和检验方法。3.学会铵盐的性质及NH4的检验方法。4.知道氮肥的性能和使用氮肥的注意事项。
＋
一、合成氨的贡献 1．工业合成氨原理
德国化学家哈伯因在合成氨方面的巨大贡献而获得诺贝尔化学奖。工业上合成氨反应的化学方程式是
高温、高压
N2＋3H2催化剂2NH3。 2．氮的固定
(1)定义：将游离态的氮转变为氮的化合物的过程。 放电
2NO?雷电固氮：N＋O=====
(2)方法?生物固氮：豆科植物的根瘤菌吸收N形成化合物
?人工固氮：工业上合成氨
2
2
2
例1 下列具有氮的固定作用的化学反应是( ) A．氮气与氢气在一定条件下反应生成氨气 B．一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮 C．氨气经催化氧化生成一氧化氮 D．由氨气制碳酸氢铵和硫酸铵 答案 A
解析 氮的固定指游离态的氮反应生成化合态的氮，即将氮气转化为含氮化合物的过程。一氧化氮转化为二氧化氮、氨气转化为一氧化氮、氨气转化为铵盐，都是含氮化合物间的转化，不是氮的固定。 二、氨的性质
1．氨气极易溶于水——喷泉实验
(1)按图所示装置，打开止水夹，挤压滴管的胶头，烧杯中的溶液由玻璃管进入烧瓶，形成喷泉，烧瓶内液体呈红色。
(2)上述实验说明氨气极易溶于水，其水溶液呈碱性。 (3)反应的化学方程式是NH3＋H2O
NH3·H2O。
(1)氨气是一种无色有刺激性气味的气体，密度比空气小，容易液化。 (2)氨水的性质 ①NH3·H2O
NH4＋OH，具有弱碱性，能使石蕊溶液变蓝。
＋
－
△
②受热易分解：NH3·H2O=====NH3↑＋H2O。 2．氨气与氯化氢的反应
(1)将分别蘸有浓氨水、浓盐酸的两支玻璃棒渐渐靠近，观察到的现象是有大量白烟产生。 (2)这是因为浓氨水挥发产生的氨气与浓盐酸挥发产生的氯化氢在空气中相遇迅速反应生成氯化铵晶体小颗粒。
(3)反应的化学方程式是NH3＋HCl===NH4Cl。 3．从氮元素的化合价分析氨的性质
(1)NH3分子中氮元素的化合价为－3价，在化学反应中氮元素化合价可能的变化是只能升高，不能降低，因此氨具有还原性。
催化剂
(2)请写出氨气与氧气在催化剂作用下生成NO的化学方程式：4NH3＋5O2=====△4NO＋6H2O。 例2 下列关于氨水的叙述正确的是( ) A．氨水显碱性，是因为氨水是一种弱碱 B．氨水和液氨成分相同
C．氨水中物质的量浓度最大的粒子是NH3(除水外)
D．1mol·L的氨水指在1L溶液中含NH3、NH3·H2O、NH4物质的量之和为1mol 答案 D
解析 溶于水的氨气大部分与水反应生成NH3·H2O，所以除水外，物质的量浓度最大的粒子是NH3·H2O；NH3·H2O是一种弱碱，在水中发生部分电离使溶液呈碱性；氨水中共含有六种粒子，分别是H2O、NH3、NH3·H2O、NH4、OH和少量的H，是一种混合物，液氨是纯净物。
＋
－
＋
－1
＋
思维启迪——液氨与氨水的比较
物质成分 粒子种类 主要性质 存在条件
例3 (2018·北京朝阳区高一检测)如图是实验室进行氨溶于水的喷泉实验装置，下列叙述不正确的是( )
液氨 纯净物(非电解质) NH3分子 不具有碱性 常温常压下不能存在 氨水 混合物(NH3·H2O为弱电解质) NH3、NH3·H2O、H2O、NH4、OH、H 具有碱的通性 在常温常压下可存在 ＋－＋
A．该实验说明氨气是一种极易溶于水的气体
B．进入烧瓶中的液体颜色由无色变为红色，说明氨水呈碱性 C．形成喷泉的原因是氨气溶于水后，烧瓶内的气压小于大气压 D．用氯气代替氨气，利用此装置也可进行喷泉实验 答案 D
解析 A项，NH3极易溶于水，可用来做喷泉实验；B项，氨水呈碱性，能使酚酞溶液变红色；C项，NH3极易溶于水，使烧瓶内的气压小于大气压，在压强差的作用下，烧杯中的水沿导管迅速向上流动，从而形成喷泉；D项，Cl2在水中的溶解度较小，不能用于做喷泉实验。 三、铵盐及氨气的制取 1．铵盐及其性质
(1)农业上常用的铵态氮肥，如NH4HCO3、(NH4)2SO4、NH4NO3等都属于铵盐，它们都是易溶于水的晶体。
(2)在试管中加热氯化铵固体
①观察到的现象是氯化铵白色固体消失，在试管上方重新凝成白色固体。 △
②反应的化学方程式：NH4Cl=====NH3↑＋HCl↑； NH3＋HCl===NH4Cl。
(3)加热氯化铵和氢氧化钠的混合溶液，在试管口放一张湿润的红色石蕊试纸： ①观察到的现象是红色石蕊试纸变蓝。 ②反应的化学方程式是
△
NH4Cl＋NaOH=====NH3↑＋H2O＋NaCl。
铵盐的检验方法(有两种)
(1)取少许样品与碱混合于试管中共热，将湿润的红色石蕊试纸靠近管口，若试纸变蓝，则证明样品中含有NH4。
(2)取少许样品于试管中，放入碱后加热，用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟产生，则证明样品中含有NH4。 2．氨的实验室制法
＋
＋
答案 ①向下排空气法 ②防止NH3与空气对流，提高NH3的纯度和收集速度，浸湿后可吸收△
多余的氨气防止污染空气 ③2NH4Cl＋Ca(OH)2=====CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
实验室制备氨气
(1)实验室一般用氯化铵或硫酸铵，与Ca(OH)2反应制取氨气。不用NaOH是因为其易潮解，成本高。
(2)氨气的发生装置与制取氧气的装置相同。
(3)常用碱石灰(CaO和NaOH)干燥氨气，不能用浓硫酸、CaCl2(因为可生成CaCl2·8NH3)干燥氨气。
(4)实验室快速制取氨气的方法：用浓氨水和固体NaOH(或CaO)反应或直接加热浓氨水。 例4 下列说法中正确的是( ) A．所有铵盐受热均可以分解，产物均有NH3
B．所有铵盐都易溶于水，所有铵盐中的N均呈－3价
＋－△
C．NH4Cl溶液中加入NaOH浓溶液共热时反应的离子方程式为NH4＋OH=====NH3↑＋H2O
D．NH4Cl和NaCl的固体混合物可用升华法分离 答案 C
解析 A项，有的铵盐受热分解产生氨气(如NH4Cl)，有的铵盐受热分解不产生氨气(如硝酸铵)；D项，可用加热法分离NH4Cl和某些固体(不分解、不升华的固体)的混合物，但其过程为先受热分解，再降温化合，而不是升华。
例5 氨气是化学实验室常需制取的气体。实验室制取氨气通常有两种方法：①用固体氢氧化钙与氯化铵共热；
②在常温下用固体氢氧化钠与浓氨水反应。
(1)下面的制取装置图中，方法①应选用装置________(填“A”或“B”，下同)，方法②应选用装置________。
(2)在制取后，如果要干燥氨气，应选用的干燥剂是______(填字母)。 A．浓硫酸 B．固体氢氧化钠 C．五氧化二磷
(3)检验集气瓶中是否收集满氨气的方法是______________________________________。 答案 (1)A B (2)B
(3)将湿润的红色石蕊试纸放在集气瓶口处，如试纸变蓝，说明气体已收集满
解析 A装置适用于固体与固体加热制气体，B装置适用于液体与固体(或液体)不加热制气体。NH3为碱性气体，只能用碱性干燥剂。检验NH3一般用湿润的红色石蕊试纸。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)氨气与氯化氢气体相遇会形成白烟( ) (2)加热氯化铵可制取氨气( )
(3)铵盐易溶于水，可用作氮肥，贮存时要密封包装且放于阴凉处( )
＋－△
(4)NH4HCO3与足量NaOH溶液共热时，发生反应的离子方程式为NH4＋OH=====NH3↑＋
H2O( )
(5)氨的喷泉实验体现了氨的溶解性和氧化性( )
(6)闪电时氮气和氧气化合，生成的氮的化合物被植物吸收的过程，属于自然固氮( ) (7)将氨气转化为固态铵盐，这属于人工固氮( ) (8)液氨汽化时要吸收大量的热，可用作制冷剂( )
(9)检验NH4时，往试样中加入NaOH溶液，微热，用湿润的蓝色石蕊试纸检验逸出的气体( ) (10)用碱石灰固体或NaOH固体均可干燥氨气( )
答案 (1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)√ (7)× (8)√ (9)× (10)√ 2．(2019·北京东城区高一检测)氮元素在地球上含量丰富，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。下列叙述与氮元素的循环无关的是( ) A．工业合成氨的过程是固氮的过程
B．自然界中，氨是动物体特别是蛋白质腐败后的产物 C．为防止粮食、罐头、水果等食品腐烂，常用氮气作保护气
D．在电闪雷鸣的雨天，N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收 答案 C
解析 将游离态氮转化为化合态氮称为氮的固定，工业上合成氨的过程是将游离态的氮转化为化合态的氮，属于固氮过程，符合氮的循环；自然界中，蛋白质腐败后生成氨，符合氮的循环；用氮气作保护气，讲的是氮气的用途，而不是氮的循环过程，所以不符合氮的循环；在电闪雷鸣的雨天，N2与O2会发生反应并最终转化为硝酸盐被植物吸收，符合氮的循环。 3．关于氨的喷泉实验形成的原理解释正确的是( ) A．氨水呈碱性
B．氨气极易溶于水，烧瓶内外形成压强差 C．氨气易液化
D．氨气溶于水后形成的溶液易挥发 答案 B
解析 氨之所以能做成喷泉实验，是由于胶头滴管挤入的少量水可使烧瓶内的氨气迅速溶解，烧瓶内外形成了压强差。
4．以下有关氨及铵盐的叙述中不正确的是( ) A．铵态氮肥不能与碱性物质如草木灰混合施用 B．氨的喷泉实验体现了氨的溶解性和氧化性
C．实验室里常用固体氯化铵与氢氧化钙反应制取少量氨气 D．氨具有还原性，一定条件下可与氧化性的物质如氧气发生反应 答案 B
解析 氨的喷泉实验证明氨极易溶于水，不能体现氨的氧化性。 5．检验铵盐的方法是将待检物取出少量放入试管中，然后( ) A．加热，用湿润的红色石蕊试纸放在试管口检验
＋
B．加水溶解，用红色石蕊试纸检验溶液的酸碱性 C．加入碱溶液，加热，再滴入酚酞溶液
D．加入苛性钠溶液，加热，用湿润的红色石蕊试纸放在试管口检验 答案 D
题组一 氨的性质
1．关于氨的下列叙述中，错误的是( ) A．氨易液化，因此液氨常用来作制冷剂 B．氨气易溶解于水，可用来做喷泉实验 C．实验室常用向下排空气法收集氨气 D．氨气溶于水能导电，氨气是电解质 答案 D
解析 氨气易液化，液氨常用来作制冷剂；氨气密度比空气小(常用向下排空气法收集)；氨气极易溶于水(可用来做喷泉实验)；氨气溶于水，能与水反应生成电解质一水合氨，其水溶液能导电，但氨气是非电解质。
2．下列关于氨的饱和水溶液的叙述正确的是( ) A．氨水具有弱碱性 B．氨水和液氨成分相同 C．氨水中共有4种粒子 D．氨水中氨的物质的量浓度最大 答案 A
解析 氨易溶于水，且与水反应生成一水合氨，一水合氨能电离产生氢氧根离子，使氨水具有弱碱性，可使酚酞变红色；氨气与水的反应是可逆反应，大部分氨气能与水反应生成一水合氨，一水合氨只有少部分电离，氨水中含有NH3、NH3·H2O、H2O、NH4、OH、H6种粒子，其中一水合氨的物质的量浓度最大。 3．下列现象不能用于检验氨气的是( ) A．气体遇浓盐酸产生白烟 B．气体使湿润的蓝色石蕊试纸变红 C．气体通入酚酞溶液中变红 D．气体使湿润的红色石蕊试纸变蓝 答案 B
解析 检验氨气方法，一是用湿润的红色石蕊试纸(或石蕊溶液)，因为氨气溶于水呈碱性，
＋
－
＋
遇到红色石蕊试纸(或石蕊溶液)变蓝；二是用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近盛有待检验气体的瓶口，发生的反应为NH3＋HCl===NH4Cl，现象是形成白烟。 4．下列有关氨的叙述中不正确的是( )
A．氨分子中氮元素的化合价只能升高，氨具有还原性 催化剂
B．氨的催化氧化反应的方程式是4NH3＋5O2=====△4NO＋6H2O C．氨的催化氧化反应中若氧气过量则有红棕色气体生成 D．氨的催化氧化属于人工氮的固定 答案 D
解析 氨分子中氮元素的化合价为最低价，只能升高不能降低，氨具有还原性。氨的催化氧化产生的一氧化氮与过量的氧气反应生成红棕色的气体二氧化氮。氨的催化氧化不属于氮的固定。
5．下列说法正确的是( ) A．NH3转化为NH4NO3属于氮的固定 B．NH3溶于水能导电，故氨气属于电解质
C．蘸有浓盐酸、浓硫酸的玻璃棒分别与蘸有浓氨水的玻璃棒相互靠近，都有白烟 D．液氨可作制冷剂 答案 D
解析 游离态的氮转化为化合态的氮叫氮的固定，A错；NH3是非电解质、NH3·H2O是电解质，B错；浓硫酸难挥发，不会生成白烟，C错。 题组二 喷泉实验
6.如图所示，烧瓶中充满a气体，滴管和烧杯中盛放足量b液体，将滴管中液体挤入烧瓶，打开止水夹f，能形成喷泉的是( )
A．a是Cl2，b是饱和NaCl溶液 B．a是NO，b是H2O
C．a是CO2，b是饱和NaHCO3溶液 D．a是HCl，b是AgNO3溶液 答案 D
解析 Cl2在饱和氯化钠溶液中的溶解度很小，也不与NaCl反应，烧杯与烧瓶内压强相等，
不能形成喷泉，A错误；NO不溶于水，与水不反应，压强不变，不能形成喷泉，B错误；CO2在饱和NaHCO3溶液中的溶解度很小，也不与其反应，烧杯与烧瓶内压强相等，不能形成喷泉，C错误；HCl极易与AgNO3溶液反应，从而使烧瓶内压强减小，小于外界压强，能形成喷泉，D正确。
7.喷泉是一种常见的自然现象，如图是化学教材中常用的喷泉实验装置(夹持仪器已略去)，在烧瓶中充满干燥气体，而胶头滴管及烧杯中分别盛有液体。下列气体和液体的组合中不可能形成喷泉的是( )
A．氯化氢和水 C．氨气和水 答案 B
解析 氯化氢、氨气都极易溶于水，挤压装置中的胶头滴管，它们被水吸收，烧瓶内的气压都迅速减小，都可形成喷泉；二氧化碳极易被氢氧化钠溶液吸收，烧瓶内的气压迅速减小，可形成喷泉；氧气难溶于水，烧瓶内的气压几乎无变化，不能形成喷泉。 题组三 铵盐的性质
8．下列属于铵盐的共同性质的是( ) A．都是晶体，都易溶于水 B．铵盐受热均可分解生成NH3 C．铵盐都能与碱反应，不能与酸反应 D．所有铵盐中，氮元素化合价都是－3价 答案 A
解析 铵盐都是白色或无色晶体，都易溶于水；有的铵盐受热分解不一定生成NH3，如NH4NO3；铵盐都能与碱反应生成NH3，有些铵盐也能与酸反应，如NH4HCO3；铵盐中，N元素化合价不一定都是－3价，如NH4NO3中的NO3中的N元素是＋5价。
9．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 C．氯化铵 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，即铵盐受热分解无固体残留物。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。
B．碳酸氢钠 D．碳酸铵
－
B．氧气和水
D．二氧化碳和氢氧化钠溶液
10．检验试管中盛有的少量白色固体是铵盐的方法是( )
A．加氢氧化钠溶液，加热，用湿润的红色石蕊试纸在试管口检验，看试纸是否变蓝 B．将固体加热，产生的气体通入紫色石蕊溶液，看是否变红 C．加水溶解，用pH试纸测溶液的酸碱性 D．加入氢氧化钠溶液，加热，再滴入酚酞试液 答案 A
解析 检验铵盐的方法：将某固体(或其溶液)与强碱共热，若产生刺激性气味的气体，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则原固体为铵盐(或其溶液)。 题组四 氨气的制备
11．实验室制取少量干燥的氨气涉及下列装置，其中正确的是( )
A．①是氨气发生装置 B．②是氨气吸收装置 C．③是氨气发生装置 D．④是氨气收集、检验装置 答案 C
解析 ①中氯化铵固体受热分解生成氨气和氯化氢，而在试管口部温度降低，氨气和氯化氢又重新化合成固体氯化铵，无法得到氨气；②中漏斗没入水下起不到防倒吸的作用，应使倒置漏斗的上边缘刚好没入水中；③氧化钙能与浓氨水中的水反应生成氢氧化钙，同时放出大量热，使浓氨水分解放出氨气；④中的收集装置应在试管口塞一团棉花，防止因空气对流，而使氨气逸出。
12．在标准状况下，将多余氨气用水吸收，下图中哪个装置最好( )
答案 C
解析 氨气极易溶于水，若用装置A、B、D吸收尾气氨气时，容易发生倒吸。
13．为探究氨气的溶解性，某兴趣小组按如图所示装置进行实验(f为止水夹)，请回答下列问题：
(1)写出实验室制取氨气的化学方程式：_________________________________________。 (2)要得到干燥的氨气可选用______(填字母)作干燥剂。 A．碱石灰 C．浓硝酸
B．浓硫酸 D．氢氧化钠溶液
(3)用如图装置进行喷泉实验，烧瓶中已装满干燥氨气(标准状况)，引发水向上喷的操作________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 △
答案 (1)2NH4Cl＋Ca(OH)2=====CaCl2＋2NH3↑＋2H2O (2)A (3)打开止水夹f，挤出胶头滴管中的液体
解析 (1)实验室通常用氯化铵和氢氧化钙的固体混合物加热制取氨气。(2)浓硝酸和氢氧化钠溶液不能用作干燥剂使用，浓硫酸可以和氨气反应，实验室常用碱石灰来干燥氨气。(3)将胶头滴管中的少量液体挤入烧瓶，氨气极易溶于水，使瓶内压强迅速减小，在大气压的作用下，烧杯中的液体会顺利进入烧瓶，形成喷泉。
14．某课外小组在实验室制备氨气，并进行有关氨气的性质探究。 (1)实验室可用浓氨水和______(填序号)来制取氨气。 ①烧碱 ②生石灰 ③氯化铵
(2)某实验小组设计了下列装置进行氨的催化氧化实验：
①盛放氨水的实验仪器的名称为________________________________； 在加热条件下，硬质玻璃管中发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。 ②实验时发现：如果缺少乙处的干燥管，将反应后的气体直接通入烧瓶，则烧瓶中先产生白雾，随即产生白烟，其原因是_________________________________________。
③烧杯中盛有氢氧化钠溶液的作用是_____________________________________________。 答案 (1)①②
催化剂
(2)①锥形瓶 4NH3＋5O2=====△4NO＋6H2O
②一氧化氮、氧气和水反应生成硝酸，硝酸吸收氨气生成硝酸铵 ③吸收NH3等尾气，防止空气污染
解析 (1)烧碱溶于水放出大量的热，溶液温度升高使氨气溶解度降低逸出；生石灰与水反应生成氢氧化钙放热，可促使氨气挥发，可用于制备氨气。(2)①盛放氨水的实验仪器为锥形瓶，催化剂氨气催化氧化反应为4NH3＋5O2=====△4NO＋6H2O；②一氧化氮、氧气和水反应生成硝酸4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，硝酸吸收氨气生成硝酸铵NH3＋HNO3===NH4NO3，所以如果缺少乙处的干燥管，将反应后的气体直接通入烧瓶，烧瓶中先产生白雾，随即产生白烟；③尾气中含有氮的氧化物、氨气等气体，直接排放能够引起空气污染，通入氢氧化钠溶液，可以吸收尾气，防止空气污染。
15．已知氨可以与热的氧化铜反应得到N2和金属铜，用下图中的装置可以实现该反应(夹持装置略去)。
回答下列问题：
(1)A中加入的物质是________。发生反应的化学方程式是_______________________。 (2)B中加入的物质是________，其作用是___________________________________ ________________________________________________________________________。
(3)实验时在C中观察到的现象是_____________________________________________， 发生反应的化学方程式是__________________________________________。
(4)实验时在D中观察到的现象是_____________________________________________， D中收集到的物质是__________，检验该物质的方法和现象是______________________。 答案 (1)固体NH4Cl和Ca(OH)2
△
2NH4Cl＋Ca(OH)2=====CaCl2＋2NH3↑＋2H2O(其他合理答案也可) (2)碱石灰(或CaO) 除去NH3中的水蒸气
△
(3)黑色粉末变为红色且右管口有水珠出现 2NH3＋3CuO=====N2＋3Cu＋3H2O
(4)出现无色液体 氨水 用湿润的红色石蕊试纸，若变蓝则说明有NH3存在(也可以用蘸有浓盐酸的玻璃棒放在容器口，若有白烟出现，也说明有NH3存在)，用无水CuSO4，若变蓝则说明有水存在
解析 (1)由题中信息知A装置为制取NH3的装置，故A中加入的物质是NH4Cl和Ca(OH)2固△
体，发生反应的化学方程式是2NH4Cl＋Ca(OH)2=====CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。(2)B装置的作用△
是干燥NH3，所用药品为碱石灰(或CaO)。(3)装置C中发生反应为2NH3＋3CuO=====N2＋3Cu＋3H2O，观察到的现象是黑色固体粉末逐渐变红且右管口有水珠出现。(4)D中冰水的作用是冷却，得到无色溶液氨水。若检验NH3：用湿润的红色石蕊试纸，若变蓝则说明有NH3存在；也可以用蘸有浓盐酸的玻璃棒放在容器口，若有白烟出现，也说明有NH3存在。若检验H2O的存在，则用无水CuSO4，若变蓝则说明有水存在。
2019 - 2020学年高中化学专题4硫、氮和可持续发展第二单元第2课时氮肥的生产和使用学案苏教版必修
