1、5.4 化学肥料中的主角 知识要点 一、氮气 1. 分子结构 N 原子电子式，氮原子是比较活泼的非金属元素原子。 N2分子电子式，结构式 N N 两个氮原子间以三对共用电子对形成氮氮三键， 构成氮分子， 氮分子中共价键键能很大， 破坏它需要很高的能量，因此氮气的化学性质很稳定。 2. 存在 空气中含大量氮气，是工业生产中氮气的主要来源。空气中氮气的体积分数约为 78%， 由此可计算氮气的质量分数： (N2)% = % = 75% 3. 物理性质 无色无味的气体，难溶于水，密度和空气接近，略小于空气（氮气式量 28，比空气式量 29 稍低） 。根据其溶解性和密度，收集氮气只能用排水集气法。 氮气
2、沸点-195.8C，比氧气（-183.0C）低，工业上通过蒸发液态空气分离 N2和 O2。 4. 化学性质 由于氮分子的结构很稳定，通常情况氮气的化学性质很不活泼。一定条件下，获得足够 能量，氮气也能和某些物质发生化学反应。例如， N2 + O2 放电 2NO （N2作还原剂） 2NH3，工业上利用此原理合成氨。 （N2作氧化剂） N2 + 3H2 点燃 Mg3N2， （N2作氧化剂） N2 + 3Mg 5. 氮的固定：把大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程称为固氮 生物固氮，如豆科植物根瘤菌固氮 固氮途径 大气固氮，放电条件下 N2和 O2化合 二、氮的氧化物 氮的化合价 +1 +2 +3
3、 +4 +5 氧化物 N2O NO N2O3 亚硝酸 HNO2的酸酐 NO2，N2O4 N2O5 硝酸 HNO3的酸酐 1. NO 无色无味有毒气体，难溶于水。 极易被氧化，与氧气不共存，在空气中立即变为红棕色：2NO + O2 2NO2。 2. NO2 红棕色，有刺激性气味气体。 与水反应：3NO2 + H2O 2HNO3 + NO，气体由红棕色变为无色。 密闭容器中，2NO2 (红棕色) N2O4 (无色)。 三、氨气 1. 分子组成和结构 自然固氮 人工固氮 工业固氮，如合成氨 NH3电子式，结构式，NH 极性共价键，共用电子对偏向 N。 空间构型：三角锥形，由极性键构成的极性分子。 2
4、. 物理性质 无色有刺激性气味气体，极易溶于水，密度比空气小，易液化。 液氨气化过程吸收大量热，可用作制冷剂。 3. 化学性质 （1） 与水反应 NH3 + H2O NH3H2O 注意： NH3H2O NH4+ + OH-，氨水呈弱碱性 氨水中的平衡体系：NH3 + H2O NH3H2O NH4+ + OH-，H2O H+ + OH- 因此氨水中存在的微粒有（三分子三离子） ：NH3、H2O、NH3H2O、NH4+、H+、OH- 氨水中溶质以 NH3形式计（注意不是 NH3H2O） 氨水密度比水小；且氨水浓度越大，密度越小 NH3H2O 不稳定，受热易分解：NH3H2O NH3 + H2O，因
5、此氨水宜低温密闭保存。 （2） 与酸反应 NH3 + HCl NH4Cl（蘸有浓氨水和浓盐酸的玻棒靠近，有白烟，为 NH4Cl 固体小颗粒） NH3 + HNO3 NH4NO3 2NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4，NH3 + H2SO4 NH4HSO4 氨气通入强酸溶液中，反应的实质：NH3 + H+ NH4+ （3） 与 O2反应 在纯氧中燃烧 NH3在空气中不能点燃，在纯氧中可以燃烧生成氮气。但目前该反应并无实际应用价值。 催化氧化 催化剂存在条件下，氨被氧化成 NO，此反应为工业制硝酸的基础。 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 2NO + O2 2NO2 3NO2 +
6、 H2O 2HNO3 + NO 工业生产中，NO 可循环利用，继续转化为 HNO3，理论计算时，1mol NH3可生成 1mol HNO3。HNO3具有强氧化性，能氧化 I-、S2-、SO32-、Fe2+等还原性微粒。 4. 氨气实验室制法 （1） 反应原理：2NH4Cl(s) + Ca(OH)2(s) CaCl2 + 2NH3 + 2H2O （2） 气体发生装置：固体与固体加热制取气体装置， 和制 O2装置相同。 （3） 检验： 湿润的红色石蕊试纸置于导气管口，试纸变蓝； 蘸有浓盐酸的玻棒置于导气管口，有白烟 （4） 干燥：碱石灰 不能用于干燥氨气的干燥剂：浓硫酸、五氧化二磷等，因为氨气溶于
7、水呈碱性； 无水氯化钙，会与氨气反应生成 CaCl2 8NH3。 （5） 收集：向下排气法。 （6） 尾气吸收：氨气极易溶于水，吸收氨气要注意防止倒吸。 （7） 制备氨气的其他方法 实验室：加热浓氨水； 浓氨水滴于生石灰 工业上：合成氨 四、铵盐 1. 物理性质：易溶于水的白色晶体 2. 化学性质 （1） 不稳定性 绝大多数铵盐受热易分解 NH4HCO3 NH3 + CO2 +H2O，NH4HCO3俗称碳铵 NH4Cl NH3 + HCl 铵盐分解并不一定都得到氨气； NH4Cl 在封管中受热分解的现象与碘的升华相似， 但有本质区别。 碘的升华是物理变化， NH4Cl 分解产生氨气和氯化氢气体
8、，重新化合得到 NH4Cl 固体是化学变化。 （2） 与碱反应 2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2NH3 + 2H2O， NH4NO3 + NaOH NaNO3 + NH3 + H2O， (NH4)2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2NH3 + 2H2O 应用： 实验室制氨气（一般选择 Ca(OH)2，不用 NaOH 作反应物，因为 NaOH 固体易潮 解，吸水形成的浓溶液对玻璃有腐蚀作用） 。 铵盐的检验：与 NaOH 溶液共热，产生气体使湿润的红色石蕊试纸变蓝，离子 方程式：NH4+ + OH- NH3 + H2O 3. 氮肥 （1） 铵态氮肥 避免与碱性物质如
9、草木灰（K2CO3）共施，以防因产生跑氨现象而降低肥效。 应于低温阴凉处密闭保存，施用时要深施盖土，以保证肥效。 （2） 尿素(NH2)2CO 优质高效的有机氮肥，是目前使用量最多的氮肥。 结构：，白色晶体，含氮质量分数约 47%，是目前固体氮肥中含氮量最高的一 种。 土壤中受微生物作用，与水缓慢反应，肥效持久：(NH2)2CO + 2H2O (NH4)2CO3 工业上由氨气和二氧化碳在一定条件下合成：2NH3 + CO2 加压加热 (NH2)2CO + H2O 五、气体实验室制法的应用实验室制备氨气的不同方法 中学阶段，常见的气体发生装置就是上述三类，即： （1） 固固加热制取气体，如图 5
10、-4-1（1） ，如 O2、NH3等的制备； （2） 固液，或液液加热制取气体，如图 5-4-1（2） ，如 Cl2、HCl 等的制备； （3） 固液，或液液不加热制取气体，如 H2、CO2、H 2S、SO2等的制备，这类装置中又分 为一般的气体发生装置（如图 5-4-1（3a） ）和启普发生器（如图 5-4-1（3b） ） ，SO2的 制备就不能使用启普发生器，反应剧烈放热的也不适用于启普发生器。 六、氮的氧化物和氧气混合气体溶于水的计算技巧 氮的氧化物和氧气混合气体溶于水涉及多步反应， 可通过处理转换成某个总的比例关系 再进行分析，即可简化计算过程。 （1）NO、O2与 H2O 的反应 由两步反应组成： 2NO +O2 2NO2 3NO2 +H2O2HNO3 +NO。 将以上两式通过下列运算进行转换： 3 + 2， 消去两边相同的物质， 即得出 NO、 O2与 H2O 反应的关系：4NO +3O2 + 2H2O4HNO3，根据混合气体体积比进行分析： = 4:3 时，恰好完全反应，无气体剩余 当 V(NO) ：V(O2) 4:3 时，NO 过量，剩余 NO 4:1 时，NO2过量，过量 NO2与水反应后，剩余气体为 NO V2V3 B. V1V3V2 C. V2V3V1 D. V3V1V2
