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1、第四节第四节 氨氨 硝酸硝酸 硫酸（一）硫酸（一）大气中大气中N2NONO3 3- -NHNH3 3尿素及动尿素及动尿素及动尿素及动植物遗体植物遗体植物遗体植物遗体NONO3 3- -土壤中的微生物土壤中的微生物土壤中的微生物土壤中的微生物氮素氮素氮素氮素化肥化肥化肥化肥 氮元素是一切动植物的生长都氮元素是一切动植物的生长都需要的营养元素。大气中含有大量的需要的营养元素。大气中含有大量的氮气，但是不能被多数生物直接吸收，氮气，但是不能被多数生物直接吸收，多数生物只能吸收含氮元素的化合物。多数生物只能吸收含氮元素的化合物。 氮的固定氮的固定( (fixation of nitrogen) )：
2、将将空空气气中中游游离离的的氮氮转转变变为为氮氮的的化化合合物物的方法叫做氮的固定。的方法叫做氮的固定。氮氮的的固固定定自然自然固氮固氮人工人工固氮：固氮： 合成氨合成氨 豆科植物豆科植物根瘤菌固氮；根瘤菌固氮；打雷放电打雷放电条件下固氮。条件下固氮。 一、氨一、氨(NH3)：(ammonia) 合合成成氨氨是是人人类类发发展展史史上上的的一一项项重重大大突突破破，解解决决了了因因粮粮食食不不足足而而导导致致的的饥饥饿饿和和死亡问题。死亡问题。对合成氨研究有贡献的三位科学家对合成氨研究有贡献的三位科学家 哈伯哈伯( (18681934)，德国化学家，德国化学家, ,合合成氨工业的奠基人。成氨工
3、业的奠基人。1918年哈伯由于对年哈伯由于对合成氨研究作出过合成氨研究作出过重大贡献，而获诺重大贡献，而获诺贝尔化学奖。贝尔化学奖。19001900年年，法法国国化化学学家家勒勒沙沙特特列列在在研研究究平平衡衡移移动动原原理理的的基基础础上上通通过过计计算算，认认为为N N2 2、H H2 2在在高高压压条条件件下下可可以以直直接接化化合合生生成成氨氨，接接着着，他他用用实实验验来来验验证证。但但在在实实验验过过程程中中发发生生了了爆爆炸炸，他他也也没没有有调调查查事事故故发发生生的的原原因因，而而是是觉觉得得这这个个实实验验有有危危险险，于于是是放放弃弃了了研研究究。勒勒沙沙特特列列的的合合
4、成成氨氨实实验验就这样夭折了。就这样夭折了。后后来来查查明明是是由由于于他他所所用用混混合合气气体体中中含含有有O2，实验中实验中H2和和O2化合发生了爆炸。化合发生了爆炸。 稍稍后后，德德国国化化学学家家耐耐斯斯特特通通过过理理论论计计算算，认认为为合合成成氨氨是是不不可可能能的的。因因此此人人工工合合成成氨氨的的研研究究又又一一次次止止步步。后后来来才才发发现现，是是能能斯斯特特计计算算时时误误用用了了一一个热力学数据，以至得到错误结论。个热力学数据，以至得到错误结论。 在合成氨研究屡屡受挫的情况下，在合成氨研究屡屡受挫的情况下，德德国另一位化学家哈伯国另一位化学家哈伯知难而进，对合成知难
5、而进，对合成氨进行了全面系统地研究和实验，终于氨进行了全面系统地研究和实验，终于在在19081908年年7 7月在实验室里用月在实验室里用N N2 2和和H H2 2在在600600、200200个大气压下合成氨，产率虽只有个大气压下合成氨，产率虽只有2%2%，但却是科学上的一项重大突破。但却是科学上的一项重大突破。 当哈伯的合成氨工艺流程公众于世后，立即引当哈伯的合成氨工艺流程公众于世后，立即引起了德国当时的统治者们的注意，德国统治者起了德国当时的统治者们的注意，德国统治者为了达到吞并欧洲称霸世界的野心，同时也利为了达到吞并欧洲称霸世界的野心，同时也利用哈伯想成为百万富翁的贪婪心理，请哈伯出
6、用哈伯想成为百万富翁的贪婪心理，请哈伯出任德国威廉研究所所长，继续他的研究。从任德国威廉研究所所长，继续他的研究。从19111911年到年到19131913年短短两年时间内，哈伯不仅提年短短两年时间内，哈伯不仅提高了合成氨的产率，而且合成了高了合成氨的产率，而且合成了10001000吨吨液氨，液氨，并且用它制造出并且用它制造出35003500吨烈性炸药吨烈性炸药TNTTNT。 到了到了19131913年第一次世界大战时，哈年第一次世界大战时，哈伯已为德国建成了无数个大大小小的合伯已为德国建成了无数个大大小小的合成氨工厂，为侵略者制造了数百万吨炸成氨工厂，为侵略者制造了数百万吨炸药，从而导致并蔓
7、延了这场秧祸全球的药，从而导致并蔓延了这场秧祸全球的世界大战，这也是第一次世界大战德国世界大战，这也是第一次世界大战德国为什么能坚持这么久的谜底。为什么能坚持这么久的谜底。 当当事事实实真真相相大大白白于于天天下下时时，哈哈伯伯受受到到了了各各国国科科学学家家的的猛猛烈烈抨抨击击，尤尤其其是是当当他他获获得得19181918年年诺诺贝贝尔尔化化学学奖奖时时，更更激激起起了了世世界界人人民民的愤怒。的愤怒。 人人工工合合成成氨氨实实验验的的成成功功令令人人欢欢心心鼓鼓舞舞，它它对对工工农农业业生生产产、国国防防科科技技的的重重大大意意义义是是不不言言而而喻喻的的。但但三三位位科科学学家家留留给给
8、后后人人的的思思考考也也是深刻的是深刻的科学必须造福于民！科学必须造福于民！ 1 1、氨气制法：、氨气制法：1 1）工业制法）工业制法: : N2+3H2 2NH3高温、高压高温、高压催化剂催化剂2 2）氨气的实验室制法：）氨气的实验室制法：(1)(1)原料：用原料：用NH4Cl与与Ca(OH)2混混和和 加热制得加热制得(2)原理：原理：2NH4Cl+Ca(OH)2 = CaCl2+2NH3+2H2O （3 3）制取装置：制取装置： 固固加热装置固固加热装置（5 5）验满：）验满：（4 4）收集装置：）收集装置： 环保措施环保措施: :干燥装置干燥装置棉花的作用：棉花的作用：防止空气对流防止
9、空气对流浓氨水浓氨水方法二：加热浓氨水制氨气方法二：加热浓氨水制氨气NH3H2O= NH3+H2O CaO或或NaOH浓氨水浓氨水实验：实验：一支干燥的一支干燥的充满充满NH3的圆的圆底烧瓶，用带有玻璃管和底烧瓶，用带有玻璃管和滴管滴管( (滴管预先吸入水滴管预先吸入水) )的的塞子塞紧瓶口。塞子塞紧瓶口。倒置烧瓶，使玻璃管插入倒置烧瓶，使玻璃管插入盛有水的烧杯里盛有水的烧杯里( (水中滴有水中滴有酚酞溶液酚酞溶液) )。 NH3水水酚酞酚酞【操作方法操作方法】： 打开止水夹，打开止水夹，轻轻挤压胶头滴轻轻挤压胶头滴管，管，使少量的水使少量的水进入烧瓶。观察进入烧瓶。观察并描述现象。并描述现象
10、。 NH3水水酚酞酚酞烧烧杯杯中中的的水水进进入入烧烧瓶瓶中中，形形成成红红色色的的喷泉。喷泉。 “喷喷泉泉实实验验” 【实验现象实验现象】 ：烧瓶里为什么会形成喷泉？烧瓶里为什么会形成喷泉？胶头滴管的作用是什么？胶头滴管的作用是什么？烧瓶中的溶液为什么变成红色？烧瓶中的溶液为什么变成红色？ 烧瓶内外产生烧瓶内外产生压强差压强差。引发引发“喷泉喷泉”实验实验水溶液呈碱性，有水溶液呈碱性，有OH-离子存在。离子存在。一、氨一、氨(NH(NH3 3) )： 1 1氨的物理性质：氨的物理性质：颜色：颜色：气味：气味：状态：状态：密度：密度：无色无色有刺激性气味有刺激性气味气体气体比空气的密度小比空气
11、的密度小水溶性：极易溶于水（水溶性：极易溶于水（1:7001:700）氨易液化.氨的溶解更主要的是化学反应。氨的溶解更主要的是化学反应。氨溶于水时，氨溶于水时，大部分氨与水结合大部分氨与水结合，形成一水合氨（形成一水合氨（NH3H2O）。）。 NH3+H2O NH3H2O氨与水反应：氨与水反应：2 2氨气的化学性质：氨气的化学性质： 一水合氨一水合氨NH3H2O可以可以部分部分电离形成电离形成NH4+和和OH-，所以氨水显所以氨水显弱碱性弱碱性。 NH3H2O NH4+OH-NH3+H2O NH3H2ONH4+OH-【小结小结】：氨水的成分：氨水的成分分子：分子：NH3、H2O、NH3H2O离
12、子：离子：NH4+、OH-等等 NH3H2O不稳定，不稳定，受热受热时容易分解为时容易分解为NH3和和H2O。不加热不分解不加热不分解. . NH3H2O= NH3+H2O 现象：溶液红色褪色，冷却后恢复红色。现象：溶液红色褪色，冷却后恢复红色。 【探究实验探究实验】： 将氨的酚酞溶液倒入栓有小气球的试管将氨的酚酞溶液倒入栓有小气球的试管中，加热。中，加热。 取取两两支支玻玻璃璃棒棒，分分别别蘸蘸取取浓浓氨氨水水和和浓浓盐盐酸酸后后，再再将将两两支支玻璃棒靠近，观察现象。玻璃棒靠近，观察现象。现象：产生大量的白烟。现象：产生大量的白烟。 【探究实验探究实验】： 氨与酸反应：氨与酸反应：NH3+
13、HCl=NH4Cl (白烟白烟)此反应可检验此反应可检验NH3或或HCl 【知识延伸知识延伸】：挥挥发发性性酸酸（HCl、HNO3等等）遇遇氨氨气均有白烟生成气均有白烟生成；难挥发性酸难挥发性酸H2SO4无此现象。无此现象。NH3+HCl=NH4Cl； NH3+HNO3= NH4NO3；2NH3+ H2SO4= (NH4)2SO4；不能用浓硫酸干燥不能用浓硫酸干燥. . 氨与氧气反应：氨与氧气反应： 氨与氧气反应：氨与氧气反应： 4NH3+5O2= 4NO+6H2O 催化剂催化剂 工业制硝酸的基础。工业制硝酸的基础。N2NH3NONO2HNO3O2O2H2O N2+3H2 2NH3高温、高压高
14、温、高压催化剂催化剂4NH3+5O2= 4NO+6H2O 催化剂催化剂 2NO + O2= 2NO2 3NO2 +H2O =2HNO3 +NO3 3氨的用途：氨的用途： 氨氨制制铵盐铵盐制制硝酸硝酸制纤维、塑制纤维、塑料、染料料、染料 制制纯碱纯碱制制尿素尿素作致冷剂作致冷剂 制医用氨水制医用氨水 氨的用途制硝酸制纯碱制尿素做致冷剂2NH3+H2SO4 =(NH4)2SO4NH3 +HNO3 = NH4NO3 NH3 +CO2+ H2O = NH4 HCO3 制铵盐制铵盐4NH3+5O2 = 4NO+6H2O催化剂2 NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
15、制硝酸制硝酸2NH3+CO2 = CO(NH2)2+ H2O催化剂制尿素制尿素NH3(g) NH3(l)放热吸热制冷剂制冷剂2 2）氨气的实验室制法：）氨气的实验室制法：(1)(1)原料：用原料：用NH4Cl与与Ca(OH)2混混和和 加热制得加热制得(2)原理：原理：2NH4Cl+Ca(OH)2 = CaCl2+2NH3+2H2O （3 3）制取装置：制取装置： 固固加热装置固固加热装置（5 5）验满：）验满：（4 4）收集装置：）收集装置： 环保措施环保措施: :干燥装置干燥装置棉花的作用：棉花的作用：防止空气对流防止空气对流（5 5）验满：）验满：a a：湿润的红色石蕊湿润的红色石蕊试纸
16、变蓝（唯一的一试纸变蓝（唯一的一种碱性气体）种碱性气体）（4 4）收集装置：向下排空气法）收集装置：向下排空气法b b：蘸有浓蘸有浓HCl的玻的玻璃棒接近试管口产璃棒接近试管口产生白烟。生白烟。环保措施环保措施: :浓硫酸吸收多余的氨气浓硫酸吸收多余的氨气. .干燥装置干燥装置水水装置：倒扣漏斗装置：倒扣漏斗用碱石灰干燥。碱石灰干燥。4 4、铵盐、铵盐1 1）铵盐的涵义）铵盐的涵义: : 由铵根离子由铵根离子(NH4+)与酸根离与酸根离子构成的化合物叫铵盐子构成的化合物叫铵盐. .物理性质：铵盐都易溶于水物理性质：铵盐都易溶于水2 2）铵盐的化学性质：）铵盐的化学性质：铵盐受热易分解：铵盐受热
17、易分解：NH4Cl = NH3+ HCl NH4HCO3=NH3+CO2+H2O (NH4)2CO3 =2NH3+CO2+H2O 铵盐与碱反应铵盐与碱反应（NH4)2SO4 + 2NaOH = 2NH3 +Na2SO4+H2ONH4NO3 + NaOH = NH3+NaNO3 + H2ONH4+OH- =NH3 +H2O【结论结论】： 铵盐的通性铵盐的通性 均能与碱共热产生均能与碱共热产生氨气氨气。 实质：实质： 如何用实验方法证明某白色固体是如何用实验方法证明某白色固体是铵盐铵盐？ 试剂及操作：试剂及操作： 滴滴加加NaOHNaOH溶溶液液，再再加加热热，并并将将湿湿润润的的红红色石蕊试纸色
18、石蕊试纸靠近试管口。靠近试管口。实验现象：实验现象： 产产生生无无色色刺刺激激性性气气味味气气体体，能能使使湿润红色石蕊试纸湿润红色石蕊试纸变蓝。变蓝。铵盐铵盐(NH4+)的检验：的检验：如果只提供如图如果只提供如图2 2的装置，的装置，请说明引发喷泉的方法。请说明引发喷泉的方法。 水水氨气氨气打开夹子，用手（或热毛巾等）打开夹子，用手（或热毛巾等）将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨气赶出玻璃导管内的空气，氨气与水接触，即发生喷泉。与水接触，即发生喷泉。5若该实验在标况下完成，烧瓶的容积若该实验在标况下完成，烧瓶的容积为为VL，喷泉实验后溶液充满整个烧瓶，所喷泉实验后溶液充满整个烧瓶，所得溶液中溶质的物质的量浓度为多少？得溶液中溶质的物质的量浓度为多少？6. 下图装置难以形成喷泉，试分析其原因。如下图装置难以形成喷泉，试分析其原因。如果要使该装置也能形成喷泉（在不改变气体成果要使该装置也能形成喷泉（在不改变气体成分的前提下），你认为要采取什么措施？分的前提下），你认为要采取什么措施？
