生产生活中的含氮化合物

生产生活中的含氮化合物【学习目标】知识技能1、掌握氮及氮的氧化物的重要性质和用途。2、认识氮氧化物对自然环境的影响，增强环境保护意识。3、掌握氨及铵盐的性质，知道氮肥的性能和使用氮肥的注意事项。4、掌握硝酸的工业制法和强氧化性，认识硝酸的其他性质和用途过程与方法1、了解模拟生物固氮的原理，探寻工业生产氮肥的有效途径。2、认识硝酸工业在生产中的重要作用，以及硝酸生产使用过程中产生的废气对环境的污染。认识到科学使用化肥的意义。情感态度与价值观逐步树立珍惜自然、爱护环境、合理使用化学物质的观念【教学重点】氮氧化物的生产及转化，氮肥的生产利用，硝酸的性质【教学难点】氮及其化合物的相互转化【教学流程】已经接触过的与氮有关的物质一、氮的固定1、氮元素简介 是生命的基础，人体内输送氧气的血红细胞和植物体内催化光合作用的叶绿素中都含有 ， 元素在生命活动中扮演着十分重要的角色。空气中含量最多的气体是 。20世界初，德国化学家 在简陋的实验室中首次用 和氢气合成了氨，奠定了大规模工业合成化肥的基础。含氮化合物也给人类生活带来了一些负面影响，如氮的氧化物导致 ，水中含氮化合物过多引起 等。氮元素是植物生长的必须元素之一。充足的氮化合物使植物 ， ， 增强，从而使农作物的产量和产品质量得以提高。大部分氮元素以游离态存在于空气中。一般情况下，仅有少数植物能将游离态的氮转化为可吸收的化合态的氮。2、氮的固定：游离态的氮转化为化合态的氮，相关的方程式人工：自然：俗话说”雷雨发庄稼”，电闪雷鸣是人们司空见惯的自然现象，地球上每年平均发生315160余次闪电，在放电或高温条件下，空气中的氮气能与氧气发生反应，生成一氧化氮，一氧化氮在空气中很不稳定，易被空气中的氧气氧化成二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸，雨水中的硝酸渗入土壤后与矿物质作用生成硝酸盐，其中的硝酸根离子被植物的根系吸收，转化为植物生长所需的养料。生物：3、纯净的氮气是一种无色，无味的气体，比空气稍轻，难溶于水（通常1体积水中可溶解0.02体积的氮气），沸点196，是较难液化的气体。工业用的氮气，通常是采用分离液态空气制得的。即先将空气液化后，再缓慢升温，利用液态空气中液态氮的沸点比液氧低使氮气分离出来。氮气是双原子分子。氮分子中两个氮原子共用三对电子，形成氮氮叁键。由于氮氮叁键键能比较大（946 kJmol-1）比其它常见的双原子（H2：430 kJmol-1 O2: 497.3 kJmol-1 ）大很多，难以被破坏，所以氮分子比较稳定。如：镁粉在空气中燃烧主要生成淡黄色固体 氮分子参加的反应，往往需要在高温高压等条件下进行二、氮的氧化物氮元素的化合价有 五种价态，对应的氧化物分别是 ，其中硝酸的酸酐是 ，亚硝酸的酸酐是 。1、NO： 色、 味、 体，微溶于水， 毒 ， 被空气氧化，其化学方程式为 。2、NO2: 色，有 的 气体，有毒， 溶于水，且与水反应，其化学方程式为： 。【思考1】：实验室中如何收集NO和NO2气体?【思考2】：二氧化氮和溴蒸汽都是红棕色的气体，从外观较难辨别。怎样用化学方法来鉴别二氧化氮和溴蒸汽【课外拓展】N2O：又名笑气，是一种无色，稍有甜味的气体，能溶于水，但与水不反应。吸入少量N2O ,会处于麻醉状态，此时疼痛感会大大减轻，还能使人发笑，最早被用于牙科手术的麻醉。氮氧化物都是大气污染物（NOx）【课本第97页信息提示】氮肥的生产、金属的冶炼和汽车等交通工具的广泛使用，使大量氮氧化物排放到空气中，其中的二氧化氮不但能形成酸雨，在日光照射下，二氧化氮还能使氧气经过复杂的反应生成臭氧。臭氧与空气中的一些碳氢化合物发生作用后，产生了一种有毒的烟雾，人们称它为光化学烟雾，对人体健康、植物生长等都有很大的危害。NO2 受日光照射，分解产生原子氧，原子氧可与氧气结合生成臭氧，臭氧和原子氧还能降碳氢化合物（烃类）氧化成醛、酮及过氧乙酰硝酸酯等刺激性更强的物质，光化学烟雾就是这些气体3、为了预防和控制氮氧化物对空气的污染，可以采取许多措施：使用 ，减少氮氧化物的排放；为汽车安装尾气转化装置，将汽车尾气中的 转化为 ，其反应的化学方程式为： 对生产 、 的工厂排放的废气进行处理。4、实验室中常用氢氧化钠溶液处理NO与NO2 4、NO、NO2气体的有关计算：【例1】：标准状况下，将一20ml 充满NO2 气体的试管倒立于水槽中，当水面不再上升时，试管中溶液的体积为 ，溶液物质的量浓度为 【例2】：将20毫升充满一氧化氮和二氧化氮混合气体的试管倒立于盛水的水槽中，充分反应后，剩余气体的体积变为10毫升，请回答：（1）剩余气体是 。（2）原混合气体中一氧化氮是 毫升；二氧化氮是 毫升。【例3】：将容积为50毫升的试管充满二氧化氮和氧气的混合气体，倒置试管在盛满水的水槽里，足够时间后，试管里剩余气体体积为5毫升，则混合气体中二氧化氮和氧气的体积比可能是 。三：氮肥的生产和使用为了提高农作物的产量，多年来科学家一直设法将游离态的氮转化为化合态的氮。在德国化学家 、 等科学家的不懈努力下，成功地开发了合成氨的生产工艺，从此，人类能为植物的生长提供足够的氮肥，解决了地球上有限耕地资源与庞大的粮食需求之间的矛盾。1：氨气（1）物理性质：氨是 色、有 气味的气体 溶于水，常温下，1体积水约溶解 体积氨气沸点： （填“难”或“易”）液化。【实验演示】课本第98页的实验1：氨气的喷泉实验：（课本第98页图4-14）实验操作：实验现象：原理：结论：烧瓶中溶液的物质的量浓度 【讨论】实验成功关键：【思考1】如图所示的装置有没有方法形成喷泉：与水的反应：方程式为 。由于一水合氨发生微弱电离，使氨水显 性，一水合氨不稳定，受热 分解，其方程式为 。【思考1】：氨水中有哪些微粒？其物质的量浓度大小顺序如何？温馨提示：若溶液中计算物质的量浓度则以氨气计【思考2】：氨水与液氨在物质成分、微粒种类、主要性质、存在条件方面有哪些差别？（2）化学性质：碱性气体.与水反应生成氨水.与酸反应生成铵盐书上实验2、3与盐酸反应： 有 出现。【思考】：用蘸有浓硫酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒相靠近，也有上述现象吗？（3）还原性：【实验视频】.与氧气反应：（体现氨的 性）化学方程式为： ，此反应是工业制 的基础，称为氨的 。 .氨气还原氧化铜（3）氨气的来源工业上：实验室：（1） 浓氨水与碱石灰碱石灰的作用：碱性；吸水；放热【思考】学过的氨气产生的方法（2）氨的实验室制法：I：反应原理：用固态桉盐（如氯化铵等）与消石灰混合共热：化学方程式： ：发生装置类型：与制氧气相同，固体固体（加热）产生气体型装置。：干燥方法：常用碱石灰（氧化钙和氢氧化钠的混合物）作干燥剂。不能用浓硫酸、五氧化二磷等酸性干燥剂和氯化钙干燥氨气，因为它们都能与氨气发生反应。：收集方法：只能用向下排空气法，并在收集氨气的试管口放一团棉花，以防止氨气与空气形成对流而使收集到的氨气不纯。：验满方法：将湿润的红色石蕊试纸接近集气瓶口，若试纸变蓝，则说明氨气已经充满集气瓶；或者：将蘸有浓盐酸的玻璃棒接近集气瓶口，有白烟产生，说明氨气已经充满集气瓶。【思考】实验室制取氨气的化学方程式能否改写成离子方程式？2铵盐氨水可作化肥，但氨易挥发，因此常将氨转化成各种固态铵盐。由铵根离子和酸根离子构成的化合物叫铵盐，都 溶于水，是 化合物。（1）：铵盐受热易分解（课本第99页活动与探究实验1）氯化铵： 碳酸氢铵： 注意：不是所有的铵盐受热分解都产生氨气硝酸铵的分解：在110C时：NH4NO3NH3+HNO3在185200C时：NH4NO3N2O+2H2O在230C以上时，同时有弱光：2NH4NO32N2+O2+4H2O在400C以上时，剧烈分解发生爆炸：4NH4NO33N2+2NO2+8H2O(NH4)2Cr2O7 是一种受热易分解的盐，下列各组对(NH4)2Cr2O7 受热分解产物的判断，符合实际的是ACr2O3 + N2 + H2O BCrO3 + N2 + H2OCCr2O3 + NH3 + H2O DCrO3 + NO + H2O（2）：铵盐与碱反应四：化学肥料1 氮肥氮肥可分为三类：铵态氮肥、硝态氮肥和有机氮肥各种氮肥的肥效可以用它们的含氮量高低来衡量几种氮肥的性能简介氨水：氨水可直接用作氮肥，但由于氨水具有挥发性，所以保存和运输较困难，且挥发出的氨气对人的呼吸道有刺激性。碳铵（碳酸氢铵）：受热易分解，与碱性物质混合施用会使肥效降低。硫铵：速效氮肥，优点是吸湿性较小，不易结块，与硝铵和碳铵相比有更好地物理和化学性质，缺点是含氮量低氯化铵：生理酸性速效氮肥，一般不结块，适用于中性土壤和石灰性土壤硝铵：吸湿性强，易结块、潮解，受热或猛烈撞击会引起爆炸。与碱性物质混合施用会降低肥效尿素：常用的中性速效肥，肥效缓慢而持久，使用后在土壤中无任何有害物质残留，长期施用无不良影响。尿素是一种重要的有机态氮肥，在土壤中尿素在微生物所分泌的尿素酶的作用下水解为NH4+，从而被植物吸收，且不会对土壤造成不良影响。2 磷肥磷在体内是细胞原生质的组分，对细胞的生长和增殖起着重要的作用。磷肥是以磷矿石（主要成分是磷酸钙，难溶于水）为原料生产的含有营养磷的化肥磷酸的有效成分以P2O5表示。使用时要注意避免将磷肥与石灰、草木灰等碱性物质混用，否则会反应生成难溶于水的磷酸盐，影响作物吸收3 钾肥钾肥能够促进作物的光合作用，使作物生长健壮、茎秆粗硬，增强抗病虫害和防倒伏的能力。常用的钾肥有草木灰，硫酸钾，氯化钾等，其中草木灰的主要成分是碳酸钾和少量钙、镁、磷的化合物，呈碱性，不宜与铵态氮肥混合施用，以防止铵态氮肥肥效降低。钾肥中的有效成分以 K2O% 计算。4 复合肥料是指含氮、磷、钾三元素中两种或两种以上的化肥。复合肥具有养分含量高、副成分少且物理性状好等优点，对于平衡施肥，提高肥料利用率，促进作物的高产稳产有着十分重要的作用。目前，复合肥的发展具有三大趋势第一：多品种专用化，不同作物有不同的专用肥。第二：多功能药用化。就是将农药和化肥结合，可起到一次施用、多重效果。第三：高浓度长效化。这样可以减轻劳动量，提高肥料利用率。省工，省力，省时。提质增效。五：硝酸的性质1、硝酸的物理性质。硝酸是无色、有刺激气味的液体任意比溶于水低沸点（83），易挥发常用工业硝酸的质量分数69%，密度为 1.503gcm-3，物质的量浓度为 98% 以上的浓硝酸叫“发烟硝酸”，这是因为硝酸里放出的硝酸蒸汽遇到空气里的水蒸气生成了极微小的硝酸液滴，从而产生“发烟”现象的缘故。2、硝酸化学性质硝酸的不稳定性硝酸不稳定，纯净的硝酸或浓硝酸在常温下见光就会分解，受热时分解得更快，温度越高或硝酸浓度越大越易分解，方程式为：硝酸的保存：实验室需要用棕色试剂瓶保存的试剂对已变黄的硝酸可以通入氧气可以消除黄色。其原理：硝酸的酸性用玻璃棒蘸少许浓硝酸涂在石蕊试纸上，重复上述操作几次，观察现象。现象：石蕊试纸先变红后褪色。结论：浓硝酸具有强氧化性。硝酸的强氧化性硝酸浓度越大氧化性越强，浓度越大还原产物中氮的价态越高，一般浓硝酸的还原产物为NO2，稀硝酸的还原产物为NO硝酸的强氧化性学习类似于浓硫酸的学习、钝化、与金属反应实验按书本P100的装置进行实验探究实验浓、稀硝酸与铜的反应。浓硝酸与铜反应现象：铜片溶解,常温下反应剧烈；有红棕色的气体产生；溶液由无色变为蓝色。稀硝酸与铜反应现象：小结：硝酸和金属反应的规律：（1）硝酸有强氧化性，浓度越大，氧化性强。（2）硝酸能与大多数金属反应（除金、铂外），但一般不生成氢气，反应中硝酸体现酸性和氧化性。金属与浓硝酸反应一般生成NO2，与稀HNO3反应一般生成NO，更稀的硝酸产物价态更低。（3）常温下浓硝酸使铁、铝钝化，因此在常温下可以用铝槽车装运浓硝酸。【例题】较活泼的金属锌与不同浓度的硝酸反应时，可得到不同价态的还原产物。如果己反应的锌与反应的硝酸的物质的量之比为25，则硝酸的还原产物可能为 拓展视野 王水：浓HNO3和浓HCl（体积比1:3）混合物，能使一些不溶于硝酸的金属如Au、Pt等溶解。【拓展视野】玻尔是丹麦著名的物理学家，曾获得诺贝尔奖。第二次世界大战中，玻尔被迫离开将要被德国占领的祖国。为了表示他一定要返回祖国的决心，他决定将诺贝尔金质奖章溶解在王水里，装于玻璃瓶中，然后将它放在柜面上。后来，纳粹分子窜进玻尔的住宅，那瓶溶有奖章的溶液就在眼皮底下，他们却一无所知。这是一个多么聪明的办法啊！战争结束后，玻尔又从溶液中还原提取出金，并重新铸成奖章。新铸成的奖章显得更加灿烂夺目，因为它凝聚着玻尔对祖国无限的热爱和无穷的智慧。（2）浓硝酸能与某些非金属反应。六：硝酸的制取1：现代的工业制法、氨的催化氧化反应需要的氧气由空气提供，将空气净化后（剩余氧气氮气）与氨以一定比混合，进入氧化炉。氧化炉内有多层水平设置的铂铑合金网作为催化剂，在800的高温下，氨跟氧气在网丝表面接触，从而进行反应生成一氧化氮和水蒸气，同时放出大量的热。由于该反应为放热反应，所以当反应启动后无需加热氧化炉。、硝酸的生成一氧化氮在冷却器中冷却后，再被空气中的氧气继续氧化成二氧化氮生成的二氧化氮在吸收塔内被水吸收，就得到了硝酸。该反应也是放热反应从反应可以看出，反应中有1/3 的二氧化氮转化为一氧化氮，这些一氧化氮如果就此排入空气中不仅会造成严重污染，而且会使原料利用率过低。因此，在生产中常在吸收反应进行过程中补充一些空气，使生成的一氧化氮在氧化为二氧化氮，二氧化氮溶于水又生成硝酸和一氧化氮。经过这样多次循环的氧化和吸收后，二氧化氮可以比较完全地被水吸收，能够尽可能多地转化为硝酸。这样制得的硝酸，浓度一般为50%左右，如果要制得更浓的硝酸，可用硝酸镁（或浓硫酸）作为吸水剂，将稀硝酸蒸馏浓缩，可以得到96% 以上的硝酸实际生产中从吸收塔出来的尾气尚含有少量未被吸收的一氧化氮和二氧化氮，所以在生产中要将尾气通入碱液吸收塔。相关的反应方程式：2：早在17世纪用硝石法反应原理：利用钠硝石（主要是硝酸钠）跟浓硫酸共热制得，相关方程式： 反应产生的硝酸蒸汽经冷凝后变为液体。反应生成的NaHSO4 在高温条件下可进一步与钠硝石反应，生成硫酸正盐和硝酸。但硝酸在高温时会分解，所以硝石法一般控制在第一步反应。此法产量低，消耗硫酸多，又受到硝石产量的限制，已逐步被淘汰。3：其它还有电弧法利用电弧使空气中的氮气氧气直接化合而成NO 。在工业生产中，采用强大的电源产生的电弧做加热器，温度可达4000 当空气流迅速通过电弧时，空气受到强热，于是就生成少量的一氧化氮。立刻经混合气体冷却到1200 以下，以后再进一步冷却，混合气体中的NO与O2 化合而成NO2 最后用水吸收而成硝酸。因为电弧法耗费大量的电能，同时NO的产率低，因此也逐渐被氨氧化法代替。实验室制取硝酸七：硝酸盐1、硝酸盐大多数是无色晶体，易溶于水，受热都会分解2、硝酸盐受热分解的产物与其盐中的金属元素的活泼性有关。硝酸盐受热时是强氧化剂。由于其分解时放出氧气，可与可燃物混合加热会迅速燃烧，因此在运输，储存时要注意安全。3、硝酸盐在在酸性溶液中能表现出较强的氧化性（注意离子共存问题）。硝酸钾：一种优质氮肥，施用后无残留。还可用于制造烟火，黑火药，火柴等。在我国隋末唐初的医学家孙思邈所著的丹经内伏硫磺法一书中，记载了使用硝石（主要是硝酸钾）、硫磺和炭化皂角起火焰的反应，其反应为：（生成物为硫化钾，二氧化碳，氮气）4、硝酸根离子的检验：八、亚硝酸盐简介：1、亚硝酸的生成及其不稳定性向亚硝酸钠中加酸，生成亚硝酸，亚硝酸不稳定，仅存在于冷的稀溶液中，微热甚至常温下也会分解，产生红棕色的二氧化氮气体。有关的反应：2、亚硝酸盐的氧化性在