高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 氮的循环导学案及答案

这是一份高中化学鲁科版 (2019)必修 第一册第3节 氮的循环导学案及答案，共21页。学案主要包含了铵盐，NH3的实验室制法，化学氮肥等内容，欢迎下载使用。
氨与铵盐 学业要求1．通过对固氮反应的分析、氨气的转化与生成的实验探究以及浓硝酸性质的学习，认识氨气、铵盐的物理性质、化学性质以及典型的实验现象，能书写主要反应的化学方程式，知道它们的主要应用，建立从物质类别、元素价态角度研究物质性质和实现含有氮元素的物质之间转化的思路和方法，建立变化观念与平衡思想。2．通过对氨气的转化与生成的实验探究以及的检验方法，培养科学探究与创新意识。  知识网络   学业基础——自学·思记·尝试一、氨1．物理性质颜色气味状态水溶性密度无色________气味气体________溶于水比空气的________2.化学性质(1)氨与水反应。①氨溶于水时，大部分NH3与H2O结合形成NH3·H2O。氨水受热有氨气逸出，反应的化学方程式为NH3·H2ONH3↑＋H2O。②喷泉实验。实验现象(溶液中滴有酚酞)：形成喷泉，且烧瓶内液体呈________。实验结论：氨气____________溶于水，且与水生成了使溶液显__________性的物质。(2)氨与酸反应。①与HCl反应，化学方程式为__________________，蘸有浓氨水与浓盐酸的两玻璃棒靠近时出现的现象为____________。浓氨水与____________反应，都可生成白烟，如浓硝酸等。②与H2SO4反应，化学方程式为________________________________________________________________________。(3)氨的还原性。氨中氮元素的化合价是－3价，是氮元素的最低价态，因此，氨具有还原性，能与具有氧化性的物质(如氧气)反应。氨在催化剂(如铂等)存在的情况下与氧气反应生成一氧化氮：4NH3＋5O2________________。3．氨水的性质二、铵盐1．定义由____________和____________构成的盐。 2．物理性质____________溶于水的________色晶体。3．铵盐的化学性质(1)实验探究：操作现象结论试管底部的固体逐渐减少，在试管上端内壁上有白色固体附着受热时，氯化铵分解生成氨气和氯化氢；冷却时，两者在管口又重新结合生成氯化铵澄清石灰水中有气泡产生，溶液变浑浊碳酸氢铵分解，生成了CO2加热后试管中有气体产生，并可闻到刺激性的气味。同时还看到，湿润的红色石蕊试纸变蓝产生了氨气 (2)化学性质：三、NH3的实验室制法1．制备原理氯化铵与熟石灰反应：　　　　　　　　　　。2．氨气的收集及验满用　　　　　　　　收集，并用　　　　　　　检验氨气是否收集满。四、化学氮肥  [即学即练]1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。（1）液氨汽化时要吸收大量的热，可用作制冷剂。    （　　）（2）氨气显碱性，可用无水CaCl2干燥。    （　　）（3）浓氨水可检验氯气管道是否漏气。    （　　）（4）分别充满HCl、NH3的烧瓶倒置于水中后液面迅速上升，说明两者均易溶于水。（　　）（5）实验室用NH4Cl和Ca（OH）2制备NH3并不涉及氧化还原反应。（　　）（6）NH3·H2O为一元弱碱，含有的水溶液均显弱碱性。    （　　）2．下列物质中，可用作制冷剂的是    （　　）A．液氧        B．小苏打C．液氨        D．火碱3．将NH3通过灼热的CuO，发现生成一种红色的固体单质和一种气体单质，这种气体单质是    （　　）A．O2        B．H2C．N2        D．NO4．以下关于实验室制备氨气的装置和药品的选择中不正确的是（　　）5.右图是喷泉实验装置图，下列说法正确的是  （　　）A．烧瓶中的溶液呈红色，则原气体一定是SO2B．形成喷泉的原因是烧瓶内压强大于外界大气压C．烧瓶中的溶液呈蓝色，则原气体可能是氨气D．若将石蕊溶液改成氢氧化钠溶液，则CO、CO2均能形成喷泉6．为了检验某固体物质中是否含有，你认为下列试纸和试剂一定用不到的是    （　　）①蒸馏水　②NaOH溶液　③红色石蕊试纸　④蓝色石蕊试纸　⑤稀硫酸A．①⑤        B．④⑤C．①③        D．①④⑤     核心素养——合作·探究·分享  一  喷泉实验[例1]　喷泉是一种常见的现象，产生的原因是存在压强差。请回答下列问题：（1）①用如图甲所示的装置进行喷泉实验，干燥的圆底烧瓶中已装满氨气，引发喷泉的操作是________________________________________________________________________　　　　　　　　　　　　　。该实验的原理是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②如果只提供如图乙所示的装置，说明引发喷泉的方法________________________________________________________________________。（2）利用如图丙所示的装置，在锥形瓶中分别加入足量的下列物质，反应后可能产生喷泉的是　　　　（填字母）。A．Cu与稀盐酸B．NaHCO3与NaOH溶液C．CaCO3与稀硫酸D．NH4HCO3与稀盐酸（3）在图丙所示装置的锥形瓶中加入酒精，锥形瓶外放一水槽，水槽中加入冷水后，再加入足量的下列物质，结果也产生了喷泉。水槽中加入的物质可以是　　　　（填字母）。A．浓硫酸        B．食盐C．硝酸钾        D．硫酸铜（4）从产生喷泉的原理分析，图中甲、乙所示装置是　　　　（填“增大”或“减小”，下同）圆底烧瓶内气体的压强。图丙所示装置是　　　　锥形瓶内气体的压强。人造喷泉及火山爆发的原理与图　　　　（填“甲”“乙”或“丙”）所示装置的原理相似。[提升1]　有四个干燥的烧瓶，在标准状况下，向①瓶中装入干燥、纯净的氨气，②瓶中装入干燥的含一半空气的氯化氢，③瓶中装入干燥、纯净的二氧化氮，④瓶中装入干燥的、体积比V（NO2）： V（O2）＝4∶1的混合气体。做喷泉实验时四个烧瓶中所得溶液的物质的量浓度之比为（不考虑烧瓶中溶液体积的变化）（　　）A．2∶1∶2∶2        B．5∶5∶5∶4C．1∶1∶1∶1        D．无法确定  关键能力1.形成喷泉的原理容器内外产生较大的压强差。在这种压强差的作用下，液体迅速流动，通过带有尖嘴的导管喷出来，形成喷泉。2．产生压强差的原理从原理上讲，使容器内外产生较大压强差可分为以下两类情况。（1）减小内压法容器内气体极易溶于水或易与溶液中的溶质发生化学反应，使容器内的压强迅速减小，在外界大气压的作用下，外部液体快速进入容器，通过尖嘴导管喷出，形成喷泉。能形成喷泉的常见气体与液体吸收剂的组合：气体HCl、NO2＋O2NH3CO2、Cl2、H2S、SO2吸收剂水或碱溶液水或酸溶液碱溶液（2）增大内压法容器内的液体由于受热挥发（如浓盐酸、浓氨水、酒精等）或发生化学反应，导致容器内产生大量气体，使压强迅速增大，促使容器内液体迅速向外流动，能形成喷泉。如喷雾器、人造喷泉、火山喷发等均是应用此原理。3．喷泉实验常见的几种装置（1）图甲形成喷泉是因为烧瓶内的气体极易溶于烧杯和滴管中的液体（或易与液体反应）。引发喷泉的操作：打开止水夹，挤压胶头滴管中的液体，使烧瓶内的压强突然减小而产生压强差，形成喷泉。（2）图乙形成喷泉是因为烧瓶内气体极易溶于烧杯中的液体（或易与液体反应）。引发喷泉的操作：使烧瓶受热（或受冷），烧瓶内气体体积膨胀（或缩小），打开止水夹，赶出（或吸入）玻璃管内的空气，使瓶内气体与液体接触而溶解（或反应），烧瓶内的压强突然减小而产生压强差，形成喷泉。（3）图丙形成喷泉的原因是下部锥形瓶中的物质相互反应产生气体（或瓶内液体受热挥发产生大量气体），使锥形瓶内气体压强增大而产生压强差，将液体从锥形瓶压入烧瓶形成喷泉。4．有关喷泉实验所得溶液物质的量浓度计算的类型和方法（1）气体是溶质：如用HCl、HBr、HI、NH3等和水进行的喷泉实验。c＝ ＝＝。注：NH3与H2O反应后的溶质为NH3·H2O，计算时将NH3视为溶质。(2)气体不是溶质：如用NO2和水，NO2、O2的混合气体和水进行的喷泉实验，其所得溶液的溶质为HNO3。先根据反应方程式计算烧瓶中n(溶质)和V(溶液)，然后计算溶质物质的量浓度。如在一干燥的烧瓶内充满NO2气体，进行喷泉实验，反应为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，n(HNO3)＝n(NO2)，溶液的体积V(溶液)＝V。则HNO3的物质的量浓度c＝  ＝＝。 二 氨气的实验室制备[例2]　利用如图所示装置及药品制取氨气。（1）A中制氨气的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。（2）B中碱石灰的作用是　　　　　　　。（3）C处是用集气瓶收集氨气的装置，请在虚线框中绘出装置图。（4）证明氨气已集满的操作和现象是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。   状元随笔　本题考查了氨气的实验室制备，侧重考查对实验知识掌握的熟练程度，明确氨气的制备原理，利用氨气性质确定干燥、收集和验满的方法是解题关键。   [提升2]　为了在实验室制取干燥的氨气，甲、乙、丙三位同学分别设计了如图所示三套实验装置：（1）写出实验室制氨气的化学方程式：　　　　　　　　。（2）实验装置和所用样品都正确的是　　　　（填“甲”“乙”或“丙”）。（3）检验试管里是否收集满氨气的方法是　　　　　　。（4）上述装置中肯定收集不到氨气的是　　　　（填“甲”“乙”或“丙”），其原因是　　　　　　　　　　　　（用化学方程式表示）。（5）尾气处理时，下列装置不可以用于处理氨气的是　　　　（填标号）。（6）氨的催化氧化是工业制硝酸的基础反应，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。 关键能力1.实验室制备氨气的常用方法实验原理铵盐和碱共热产生氨气：2NH4Cl＋Ca（OH）2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O实验装置“固＋固气”装置，如图所示 （1）试管口应略向下倾斜，防止反应产生的水蒸气冷凝回流炸裂试管。（2）导气管要伸入接近试管底部。（3）棉花的作用是防止因空气与NH3对流而使收集的NH3不纯。气体收集方法氨极易溶于水且密度比空气的小，通常用向下排空气法收集气体检验用湿润的红色石蕊试纸（变蓝）接近试管口干燥方法氨气是碱性气体，常用碱石灰做干燥剂，不能用酸性干燥剂（浓硫酸、P2O5等）干燥，也不能用无水CaCl2干燥，因为它们均能与氨气发生反应。常用的干燥氨气的装置如图所示尾气处理可在试管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花；氨极易溶于水，用水吸收时要防止倒吸，常用的防倒吸装置如图所示防倒吸原理：将NH3通入a装置时，因NH3极易溶于水，使制取NH3的装置内的压强小于大气压强，水被吸入漏斗，水面下降，与漏斗口脱离。漏斗中的水又回落到烧杯中，达到防倒吸的目的。b装置与a装置相似，水被吸入球形干燥管中，不会进入前面的装置。c装置利用了NH3不溶于CCl4而易溶于水的原理。d装置是水倒吸后留存于试剂瓶中，不会进入前面的装置 2．实验室制备氨气的其他方法方法化学方程式（或原理）气体发生装置加热浓氨水NH3·H2ONH3↑＋H2O注：①NH3·H2O不稳定，受热易分解；②加热温度不宜过高浓氨水＋固体NaOHNaOH固体溶于水放热，促使一水合氨分解，且OH－浓度的增大有利于NH3逸出浓氨水＋固体CaONH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca（OH）2CaO的作用：①吸水；②吸水后放热促进NH3逸出；③增大溶液中的OH－浓度，减少NH3的溶解,   状元随笔　实验室制备NH3的注意事项（1）制取NH3所用的铵盐不能是硝酸铵、硫酸铵。因为在加热过程中，NH4NO3分解易发生爆炸；而（NH4）2SO4与Ca（OH）2反应时生成微溶物CaSO4，不利于NH3逸出，且反应后试管难以清洗。（2）熟石灰不能用NaOH、KOH代替，原因是NaOH、KOH易潮解、结块，不利于产生NH3，且在加热条件下易腐蚀试管。（3）由于NH3极易溶于水，在制备、收集过程中，应尽可能不与水接触，以减少损失和防止倒吸。    学考评价——夯实·测控·演练1．可用来干燥氨气的有（　　）  A．浓硫酸        B．碱石灰  C．氯化钙        D．五氧化二磷2．某同学仿照喷泉实验原理在实验室里做了一个“喷烟实验”。如图所示，在甲、乙两个烧瓶中分别装入X、Y两种无色气体，胶头滴管中盛有含酚酞的NaOH溶液，实验时将胶头滴管内的液体挤入甲烧瓶中，然后打开弹簧夹，便可看到甲烧瓶中的导管喷出白色的烟，同时甲烧瓶中的溶液颜色逐渐变浅最后褪为无色。则X、Y分别为（　　）A．NH3和HCl    B．HCl和NH3C．SO2和HCl    D．NO和HCl3．有关氨及氨水的说法正确的是（　　）  A．NH3具有还原性  B．液氨、氨气、氨水是同一种物质  C．氨气是非电解质，氨水是电解质  D．氨水的主要成分是NH34．下列装置用于实验室中制取干燥氨气的实验，能达到实验目的的是（　　）A．用装置甲制备氨气B．用装置乙除去氨气中少量水C．用装置丙收集氨气D．用装置丁吸收多余的氨气5.下列方法中，不能用于实验室制取氨气的是    （　　）A.加热试管中的氯化铵固体B．在烧瓶中将熟石灰和氯化铵混合，加水调成泥状后加热C．将分液漏斗中的浓氨水滴入装有生石灰的烧瓶中D．加热烧瓶中的浓氨水6．探究氨气及铵盐性质的过程中，下列根据实验现象得出的结论不正确的是  （　　）A．将集有氨气的试管倒扣于水槽中，液体迅速充满试管，说明氨气极易溶于水B．向氨水中加入浓氢氧化钠溶液，加热，产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，说明氨水中含有C．加热NH4HCO3固体，观察到固体逐渐减少，试管口有液滴产生，说明NH4HCO3受热不稳定D．将红热的Pt丝伸入如图所示的锥形瓶中，瓶口出现少量的红棕色气体，说明氨气催化氧化的产物中有NO  第2课时　氨与铵盐学 业 基 础一、1．刺激性　极易　小2．(1)红色　极易　碱　(2)①NH3＋HCl===NH4Cl　产生白烟　挥发性酸　②2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4　(3)4NO＋6H2O3．NH3·H2O⇌＋OH－　变蓝　NH3·H2ONH3↑＋H2O二、1．铵根离子　酸根离子2．易　白三、1．2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O2．向下排空气法　湿润的红色石蕊试纸四、　　CO(NH2)2[即学即练]1．(1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√　(6)×2．解析：氨气易液化，液氨汽化时吸收大量的热，能够使周围环境温度降低，具有制冷作用，常用作制冷剂，故选C。答案：C3．解析：将NH3通过灼热的CuO，发现生成一种红色的固体单质和一种气体单质，红色的固体单质为铜，铜元素的化合价降低，则N元素的化合价升高，气体单质只能为氮气，故选C。答案：C4．解析：实验室用NH4Cl和Ca(OH)2固体混合加热制取NH3，故A不正确；碱石灰可以除去NH3中的水蒸气，故B正确；氨气的密度比空气小，用向下排空气法收集，故C正确；NH3极易溶于水，用倒置的漏斗可以防倒吸，故D正确。答案：A5．解析：烧瓶中的溶液呈红色，说明气体溶于水呈酸性，则原气体可能是HCl、SO2等酸性气体，A错误；烧瓶中的气体易溶于水或能与水反应，从而使烧瓶内压强小于外界大气压形成喷泉，B错误；烧瓶中的溶液呈蓝色，则气体溶于水或与水反应所得溶液一定呈碱性，因此原气体可能是氨气，C正确；CO不溶于水也不与氢氧化钠溶液反应，若将石蕊溶液改成氢氧化钠溶液，CO不能形成喷泉，D错误。答案：C6．解析：铵根离子和氢氧化钠溶液反应生成氨气，氨气能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色，所以一定用不到的物质是蓝色石蕊试纸及稀硫酸，故选B。答案：B核 心 素 养[例1]　解析：(1)①题图甲所示装置要引发喷泉，只需打开止水夹，挤压胶头滴管使少量水进入圆底烧瓶即可；②题图乙所示装置要引发喷泉需先打开止水夹，用热毛巾捂住圆底烧瓶，发现导管口有气泡冒出后，再移去热毛巾。(2)能在锥形瓶内反应产生气体，使锥形瓶内的压强大于圆底烧瓶内的压强即可，故应选NH4HCO3和稀盐酸。A项，Cu与稀盐酸不反应；B项，NaHCO3与NaOH溶液反应无气体生成；C项，CaCO3与稀硫酸反应生成的CaSO4微溶于水，阻止反应继续进行，生成的CO2较少。(3)浓硫酸溶于水放出大量的热，使锥形瓶内酒精汽化引发喷泉。(4)题图甲、乙所示装置的原理是减小圆底烧瓶内气体的压强，题图丙所示装置的原理是增大锥形瓶内气体的压强，人造喷泉及火山爆发均与题图丙所示装置的原理相似。答案：(1)①打开止水夹，挤压胶头滴管使少量水进入圆底烧瓶　NH3极易溶于水，使圆底烧瓶内的压强迅速减小，烧杯内的水快速进入圆底烧瓶　②打开止水夹，用热毛巾捂住圆底烧瓶至导管口有气泡冒出后，移去热毛巾(2)D　(3)A　(4)减小　增大　丙[提升1]　解析：①瓶中装入干燥、纯净的氨气，做喷泉实验后溶液充满整个烧瓶；②瓶中装入干燥的含一半空气的HCl，所得溶液体积为烧瓶容积的；③瓶中装入干燥、纯净的二氧化氮，充入水时发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所得溶液体积为烧瓶容积的；④瓶中装入干燥的、体积比V(NO2)∶V(O2)＝4∶1的混合气体，充入水发生化学反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，溶液充满整个烧瓶。设烧瓶容积为V L，则①中溶液浓度为＝ mol/L，②中溶液浓度为＝ mol/L，③中溶液浓度为＝ mol/L，④中溶液浓度为＝× mol/L，则四个烧瓶中所得溶液的物质的量浓度之比＝ mol/L∶ mol/L∶ mol/L∶× mol/L＝5∶5∶5∶4。答案：B[例2]　解析：(1)由装置图可知，该实验用氯化铵和氢氧化钙加热生成氨气，反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。(2)制取氨气过程中产生水，因此氨气中混有水蒸气，氨气为碱性气体，可用碱石灰干燥氨气。(3)由于氨气密度比空气小、极易溶于水，所以不能采用排水法收集，只能用向下排空气法收集，装置为。(4)氨气溶于水后溶液显碱性，将湿润的红色石蕊试纸靠近C处右侧的导管口，若试纸变成蓝色，说明氨气已集满。或将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近C处右侧的导管口，若有大量白烟生成，说明氨气已集满。答案：(1)2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O(2)干燥NH3　(3)(4)将湿润的红色石蕊试纸靠近C处右侧的导管口，试纸变成蓝色(合理即可)[提升2]　解析：(1)氯化铵与氢氧化钙在加热条件下反应生成氯化钙、氨气和水，反应的化学方程式为Ca(OH)2＋2NH4Cl2NH3↑＋CaCl2＋2H2O。(2)甲中没有干燥装置，得到的氨气中含有水蒸气；乙中浓硫酸能够与氨气发生反应；丙中碱石灰与氨气不反应，能够干燥氨气。(3)氨气与水反应生成一水合氨，一水合氨可部分电离出OH－，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，故可将湿润的红色石蕊试纸放在试管口检验氨气是否已收集满；氨气和氯化氢或硝酸反应可产生白烟，所以可用玻璃棒蘸取浓盐酸或浓硝酸放在试管口，若产生白烟，可证明氨气已经收集满。(4)氨气为碱性气体，可与浓硫酸反应，反应的化学方程式为2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4(氨过量)或NH3＋H2SO4===NH4HSO4(氨少量)，故乙装置肯定收集不到氨气。(5)由于氨气极易溶于水，所以处理氨气时应防止倒吸，A中的漏斗、D中的球形干燥管可防止倒吸，B中氨气没有与水直接接触，可防止倒吸，而C可引起倒吸。(6)氨催化氧化可生成一氧化氮和水，该反应的化学方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O。答案：(1)Ca(OH)2＋2NH4Cl2NH3↑＋CaCl2＋2H2O(2)丙　(3)将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，若试纸变蓝，则证明氨气已收集满[或用玻璃棒蘸取浓盐酸(或浓硝酸)放在试管口，若产生白烟，则证明氨气已收集满](4)乙　2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4(或NH3＋H2SO4===NH4HSO4)　(5)C　(6)4NH3＋5O24NO＋6H2O学考评价1．解析：碱石灰属于碱性干燥剂，可以干燥氨气。答案：B2．解析：要想产生“喷烟”现象，应具备两个条件：一是形成压强差，二是两种气体反应会生成白烟，排除C、D项。根据甲中溶液颜色发生的变化，结合题给条件“胶头滴管中盛有含酚酞的NaOH溶液”可知，甲中气体显碱性，即X为NH3，故Y为HCl，所以A项正确。答案：A3．解析：氨水是混合物，既不是电解质，也不是非电解质；氨水的主要成分是NH3·H2O。答案：A4．解析：为防止试管炸裂，试管口应略向下倾斜，故A错误；浓硫酸与氨气能够反应，不能用浓硫酸干燥氨气，故B错误；应用双孔塞，该装置中气体不能导入烧瓶中，故C错误；氨气极易溶于水，利用干燥管能防止发生倒吸，故D正确。答案：D5．解析：氯化铵受热分解成氨气和氯化氢，但氨气和氯化氢在试管口遇冷重新化合生成氯化铵，不能制取氨气，故A符合题意；熟石灰和氯化铵混合后加热可以制取氨气，反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O，故B不符合题意；CaO与H2O反应生成Ca(OH)2，同时放出大量热，促进NH3·H2O的分解及NH3逸出，能用于实验室制氨气，故C不符合题意；浓氨水受热分解可以制取氨气，反应的化学方程式为NH3·H2ONH3↑＋H2O，故D不符合题意。答案：A6．解析：A项，氨气极易溶于水，试管内压强减小，液体充满试管，正确；B项，因为氨水中存在氨分子，加热氨气逸出，也能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，不能证明是铵根离子与氢氧化钠反应产生氨气，错误；C项，加热NH4HCO3固体，观察到固体逐渐减少，试管口有液滴产生，说明NH4HCO3受热不稳定，发生分解，正确；D项，锥形瓶内发生反应4NH3＋5O24NO＋6H2O，NO被空气中的O2氧化为红棕色的NO2，正确。答案：B