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高一化学必修1第四章第四节


必修1第四章

第四节氨 硝酸 硫酸

? ? ? ? ?

目标定位 1、掌握氨、硝酸、硫酸及铵盐的性质。 2、掌握氨的实验室制法。 3、了解硫酸 硝酸及氨的用途。 4、掌握氨气的喷泉实验及氨气的检验方 法。

游离态

氮的固定
放电

化合态



如:N2+O2 N2+3H2

2NO 2NH3

氮的固定

自然固氮
人工固氮

高能固氮
生物固氮

一、氨
杭州市一制冷车间发生氨气泄漏
?2004年4月20日上午10时,杭州市一制冷
车间发生氨气泄漏事件,整个厂区是白茫 茫的一片,方圆数百米,空气中弥漫着一 股浓烈的刺激性气味,进入厂区呼吸都感 到困难。厂区内寒气逼人。市消防中心接 到报案后立即制定方案,出动上百名消防 队员,十余量消防车……

【思考】

1、为什么在氨气泄漏时工厂里会寒气 逼人? 2、如何吸收弥漫在空气中的大量氨气? 3、被围困在污染区的群众怎样做才能 保证不吸入氨气?

实验4—8:演

----氨气的喷泉实验

示实验

想想看:
(1)氨为什么会形成喷泉?

氨极易溶于水,使烧瓶内外形 成较大的压差;
(2)溶液为什么变为红色?

氨气溶于水溶液显碱性。
(3)实验成败的关键是什么?

a.烧瓶干燥; b.装置的气密性好; c.收集的气体纯度尽可能高。

喷泉实验
1)装置的组成 2)形成喷泉的条件
①气体易溶于水或易溶于某种液体(气体在水中或溶液中的溶解度很 大,常温下1体积水中溶解气体的体积大于30体积,即可形成喷泉,如 SO2、HCl、HBr、HI、 NO2 、NH3等在室温条件下都可作喷泉实验。); ②形成内外压强差.

3)造成压强差的机理
①大气压强不变,迅速减少储气瓶内的压强以造成内外压强差; ②储气瓶内压强不变,人为增大外界压强以造成内外压强差.

形成喷泉的关键是减少瓶内压强,方法有以下三种:
①减少瓶内气体物质的量.途径是根据气体物质的性质, 选择不同的溶剂.②降低瓶内气体的温度.途径是采用冰水袋冷却烧瓶, 使瓶内气体温度降低.③增大气体的体积.途径是改变烧瓶的容积(将胶 头滴管改为玻璃管,在玻璃管上,连接一个挤扁的洗耳球.待烧瓶内收集 满氨气后,松开洗耳球的夹子,烧瓶内气体就会自动进入洗耳球,从而达 到增大气体的体积,减少瓶压强的目的.

4)喷泉实验失败的原因
①装置气密性问题;②仪器不干燥;③气体纯度不够.

5)极易溶于水的气体:HCl、HBr、HI、NO2、NH3、 SO2等。极易与某些溶液反应的气体:CO2、NO2、 SO2──NaOH溶液。

思考:通过氨气的喷泉实验得到启发, 请设计一CO2的喷泉实验。 CO2

NaOH溶液

1.氨的性质
氨的物理性质

氨是没有颜色、有刺激性气味的气体,极 易溶于水且溶解很快(常温下,1:700)。 极易液化,液氨在气化时吸热,利用这一 性质,液氨常用作致冷剂。

氨气的物理性质
冰块 请观察氨 气的物理 性质?

①无色, 有刺激性气味的气体;

展示装满氨 气的烧瓶

让我们观察一 你得出什 个有趣的实验
液 氨

氨 气

么结论?

②易液化; ③极易溶于水(1:700)。

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氨的化学性质
(1)氨跟水反应——显弱碱性
NH 3+H2O NH 3· H 2O

NH 3· H 2O

NH4 ++OH-

一水合氨很不稳定 NH 3· H 2O =NH3↑ +H2O

①NH3极易溶于水。(1 :700),
②NH3与水反应后有碱性物质生成。

大部分NH3与水结合成 NH3· H2O, NH3· H2O可以小部分电离成NH4+和OH-。 NH3+H2O


NH3· H2O

NH4++OH-

NH3· H2O = NH3 ↑+ H2O

弱碱性 ,既能使无色的酚 所以氨水显______ 红色 ,又能使湿润的红色的 酞溶液变成____ 变蓝 。 石蕊试纸____

氨跟水的反应
NH3·H2O == NH3↑+ H2O

讨论:
氨水的主要成份有哪些? 氨水与液态氨有何区别? 氨水中的分子有:H2O、NH3 和 NH3· H2 O 氨水中的离子有:NH4+、H+ 和 OH所以:氨水是混合物。

液氨 是氨气加压或降温后形成的液态物质, 液氨所含的微粒是NH3。
所以:液氨是纯净物。

比较:氨水与液氨
名称 氨水 液氨

形成
物质分类 成分
NH3

氨气溶于水 氨气降温加压液化 混合物
H2O、NH3· H2O
+ -、 H+ 、NH4 、OH

纯净物
NH3

讨论

氨与水反应后产物和离子各 有哪些?

氨气的水溶液叫做氨水,是混 合物,成份:“3+3”。
3种分子:NH3 、H2O、 NH3?H2O 3种离子: NH4+ 、OH— 、H+

液氨

氨水

一水合氨
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(2)氨跟酸的反应
NH3+HCl=NH4Cl (白烟)
NH3+HNO3=NH4NO3 (白烟) 2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4
写出上述反应的离子方程式
与 挥 发 性 的 酸 反 应 有 白 烟

NH3 + H+=NH4+

氨与氯化氢的反应

NH3+HCl=NH4Cl
HCl

NH4Cl

NH3

沾有浓氨水的玻棒

现象:产生大量白烟
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1.在反应中为什么会产生白烟? 挥发出的氨气和氯化氢气体在 空中反应生成氯化铵固体小颗 粒。 2.硫酸或磷酸与氨气反应能否产生白 烟? 不能

(3)NH3具有还原性
-3

-3

4NH3+5O2===4NO+6H 高温 2O
这个反应叫做氨的催化氧化, 它是工业上制硝酸的基础. +2 -3 0 +4 -3 0

催化剂

+2

6NO+4NH3=5N2+6H2O

6NO2+8NH3=7N2+12H2O

用途:
(1)氮肥 (2)致冷剂 (3)化工原料
无机:生产硝酸、铵盐和纯碱等 有机:合成纤维、塑料、染料和尿素等 生产硝酸原理: NH3 NO NO2 侯德榜制碱法: HNO3+NO

NaCl+NH3+CO2+H2O=NH4Cl+NaHCO3↓ 2NaHCO3==Na2CO3+H2O+CO2↑

铵盐
铵盐的形成:NH3 + H+=NH4+
物理性质: 铵盐都是晶体 铵盐都易溶解于水 铵盐都不稳定,受热分解

铵盐的化学性质
(1)铵盐受热易分解
NH4Cl = NH3 ↑+ HCl↑ NH4HCO3 = NH3↑ +H2O ↑+CO2↑
? ?

(NH4)2CO3 = 2NH3 ↑ + H2O↑ + CO2 ↑

?

(2)铵盐与碱反应
NH4NO3 + NaOH = NaNO3 +H2O +NH3 ↑ (NH4)2SO4+2NaOH = Na2SO4+2H2O+2NH3 ↑

运用:
实验室用来制NH3、用于NH4+的检验

反应实质:
NH4++ OH-=NH3↑+H2O

铵盐的用途
大量的铵盐用于生产氮肥
硝酸铵用于制炸药、氯化铵常用作印染 和制干电池的原料,也可以用于金属的 焊接,以除去金属表面的氧化物薄膜。

氮 肥
种类
铵 态 氮 肥 有机 氮肥

化学式
NH4HCO3

含氮量
17.7%





白色结晶,吸湿性很强,易 潮解,溶于水,弱碱性

NH4Cl
NH4NO3 (NH4)2SO4
CO(NH2)2

26.2%
35% 21.2% 46.7%

白色或淡黄色结晶,有吸湿 性,溶于水,酸性.
白色结晶,易潮解,结硬块, 溶于水,微酸性, 白色粒状结晶,吸湿性不大, 不易结块 白色或浅黄色针状结晶或小 颗粒,溶于水,中性

科学视野

氯化铵的妙用 ——防火布

将一块普通的棉布浸在氯化铵的饱和溶 液中,片刻之后,取出晾干就成防火布了。 将这块经过化学处理的布用火柴点,不但点 不着,而且还冒出白色的烟雾。 原来,经过这种化学处理的棉布(防火布) 的表面附满了氯化铵的晶体颗粒,氯化铵这 种物质,它有个怪脾气,就是特别怕热,一 遇热就会发生化学变化,分解出两种不能燃 烧的气体,一种是氨气,另一种是氯化氢气 体。
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这两种气体把棉布与空气隔绝起来,棉 布在没有氧气的条件下当然就不能燃烧了。 当这两种气体保护棉布不被火烧的同时,它 们又在空气中相遇,重新化合而成氯化铵小 晶体,这些小晶体分布在空气中,就象白烟 一样。实际上,氯化铵这种化学物质是很好 的防火能手,戏院里的舞台布景、舰艇上的 木料等,都经常用氯化铵处理,以求达到防 火的目的。

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1、为什么在氨气泄漏现场会寒气逼人?

液氨气化吸收热量
2、消防队员应该如何除去白茫茫的氨气?

喷水,使氨气转化为氨水
3、附近居民怎样做才能避免受伤?

用湿毛巾捂住鼻孔呼吸,尽快逃离现场

防化兵在水幕的保护下,一点一点接近氨气罐
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2.NH3的实验室制法
? 原理:加热铵盐与碱的固体混合物
? 如:将固体NH4Cl与Ca(OH)2混合加热,即 得到NH3
? ?

2NH4Cl+Ca(OH)2 = CaCl2+2H2O+2NH3↑ 讨论:
NH3如何收集? ?如何检验NH3已经收满?剩余的NH3如何处理? ?若要制备干燥的NH3 ,可用什么作干燥剂?
?



NH3的实验室制法 (1)原料:NH4Cl Ca(OH)2

(2)原理:
2NH4Cl+Ca(OH)2==2NH3↑+2H2O+CaCl2


(3)制取装置:
固固加热装置 棉花的作用:

防止空气对流

(4)收集方法: 向下排空气法 (5)检验: a:使湿润的酚酞试纸变红 b:遇浓盐酸产生大量的白烟 (6)尾气处理: 用水吸收NH3 要得到干燥的氨气,常用试剂有哪些? ①CaO、碱石灰等碱性干燥剂 ②无水CaCl2不能用来干燥NH3(形成CaCl2.8NH3)

除了利用上述方法之外,实验室有无其它简 单可行的方法来制得氨气?
方法二:加热浓氨水制氨气

浓氨水

NH3·H2O == NH3↑+ H2O

方法三

←浓氨水

思考:有什么现象? 为什么有此现象? 1、吸收水分,减少溶剂。

←固体CaO

2、增加OH-的浓度。 3、放出热量,升高温度。

氮在自然界中的循环

讨论

自然界中氮的循环过程
大气中的氮
细菌分解

氮的固定(生物固氮、 高能固氮、人工固氮)

土壤中的氮 (铵盐→硝酸盐)
植 物 吸 收

硝酸盐
动物排泄 物及遗体 动物摄取

植物中有机氮

动物中有机氮
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思考:
1.能将NH4Cl 、(NH4)2SO4、NaCl、 Na2SO4 四种溶液一一区别开来的试剂是( D ) A NaOH C BaCl2 B AgNO3 D Ba(OH)2

思考2 :某学生在氨气的喷泉 实验基础上积极思考产生喷泉 的其他方法,并设计如图所示 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:( D)
(A)Cu与稀盐酸 (B)NaHCO3与NaOH (C)CaCO3与稀硫酸 (D)NH4HCO3与稀盐酸

思考3、若在锥形瓶外放一水 槽,瓶中加入酒精,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能 是 (A ) A、浓硫酸 B、食盐 硝酸钾 D、硫酸铜 C、

思考4、比较甲和乙两套装置,从产生喷泉的原 理来分析,甲是 减小 上部烧瓶内气体压强, 乙是 增大 下部锥形瓶内气体压强。(填“增 生活中有类似的例子吗? 大”或“减小”)





NH3· H2O很不稳定,受热就会分解:

△ NH3· H2O=NH3↑+H2O
氨水是弱碱 液氨是弱碱

一水合氨是弱碱,能使酚酞试液变红。

NH3· H2O是弱碱
氨水呈弱碱性。
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练习:下列组合能形成明显喷泉并充满烧瓶 的是( BD )

A
A干燥气体 A N2 B 液体 水

B

B C
D

SO2 Cl2
HCl

4 mol/L NaOH 饱和食盐水


A、B、C三种气体,A无色,在一定条件下A能与 O2反应生成B,B不溶于水,它能与O2反应生成 红棕色气体C;A、C气体均溶与水,其水溶液分 NH3 , 别呈碱性与酸性,推断A NO2 NO B ,C 。

下列关于氨性质的叙述中正确的是( B ) A、氨气可用排水法收集 B、氨水成碱性 C、氨气和酸相遇都能产生白烟 D、在反应NH3+H+=NH4+中,氨失去电子被氧化

某同学在实验室中发现了一瓶有刺激性气味的 气体,根据气体的判断可能是氨气,但不知是否确实是 氨气,下列提供的方法中,你认为能帮他检验是否为 氨气的方法是( AC ) A、将湿润的红色石蕊试纸放在瓶口 B、将干燥的红色石蕊试纸放在瓶口 C、用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近瓶口 D、将湿润的蓝色石蕊试纸放在瓶口

二、硫酸和硝酸的特性

硫酸与硝酸都具有酸的通性。
硫酸、硝酸都是一种酸,HNO3 = H+ + NO3+ 2H2SO4=2H +SO4
使指示剂变色: 稀硫酸与硝酸使紫色石蕊试液变红
与碱发生中和反应: H+ + OH - = H2O 与碱性氧化物反应: 2 H+ + CuO = Cu2+ + H2O 与盐反应: 2 H+ + CO3 2- = H2O + CO2

与活泼金属反应

思考与交流
? 1、硫酸、硝酸、盐酸都是酸,它 们在组成上用什么特点?
它们都是酸,在水溶液中电离出H+,硫酸、 硝酸是含氧酸,盐酸是无氧酸;硫酸是二元 酸,硝酸和盐酸是一元酸

2、这些特点与酸的通性有什么 关系?用电离方程式表示。
在水溶液中都电离出氢离子 HA=H++A—

(一)硫酸的性质
? 1.【思考】稀硫酸和浓硫酸的性质有何不同? 浓H2SO4的物理性质 A.色态:无色、粘稠的油状液体 B.沸点:约338度——难挥发酸(高沸点酸) C.密度:1.84g/cm3——高密度酸 D.溶解性:跟水任意比互溶,溶解放出大量热。 ? 两高:沸点、密度高 ? 两大:溶解度、溶解放热量大

2.你对浓硫酸知多少? (1)浓硫酸在稀释时应注意什么问题?
应将浓硫酸沿烧杯壁向水中慢慢注入, 并用玻璃棒不断搅拌。 (2)实验室制HCl气体是用以下反应制备, 你能说明反应进行的理由吗? H2SO4(浓) +NaCl == NaHSO4 + HCl↑ H2SO4(浓) +2NaCl == Na2SO4 + 2HCl↑ 注:高沸点酸制低沸点酸,难挥发性酸 制易挥发性酸
强热 微热

3.浓硫酸的特性: 1) 吸水性:能吸收水份
可干燥与它不反应的气体

浓硫酸能够吸收空气中的水蒸气。因此,在实验室中常用浓硫酸来 O2 H2 N2 Cl2 CO2 SO2 HCl 不与它起反应的气体

思考:能用浓硫酸干燥H2S、NH3气体吗? 将硫酸铜晶体投入浓硫酸中,有何现象?

问题探究
1、下列不能用浓硫酸干燥的气体是 ( ⑥ ①Cl2 ② O2 ③ SO2 ④ H2 ⑤ HCl ⑥NH3 ⑦ CO2 )

2、实验室常用浓盐酸跟浓硫酸混合来快速 浓硫酸能够吸收空气中的水蒸气。因此,在实验室中
简易制取 HCl 气体,请简述原因。 常用浓硫酸来 不与它起反应的气体。 浓硫酸具有吸水性且浓硫酸溶于水时放出大量 的热

浓硫酸与木屑、棉花、纸屑反应

2)、脱水性
浓硫酸与蔗糖反应 浓硫酸能按水的组成比脱去有机物中的氢和氧元素 浓硫酸的吸水性与脱水性有何区别?

a.浓硫酸沾到衣服上应如何处理? b.浓硫酸沾到皮肤上应如何处理?
当皮肤或衣物上不小心沾有少许浓硫酸时, 应立即用大量水冲洗。

实验:将浓硫酸慢慢加入蔗糖中,并用玻 璃棒搅拌 现象:蔗糖变黑,体积膨胀,变成疏松多 孔的海绵状,并放出有刺激性气味 的气体 原因:C12H22O11 浓硫酸能将蔗糖中的H 和O按原子个数比2:1脱去形成 水,使蔗糖生成炭

问题探究
1、写出蔗糖遇浓硫酸发生的化学方程式: C12H22O11 =12C+11H2O 2、蔗糖分子中含有水,浓硫酸将水吸去使它 生成炭而变黑,这种说法对吗?试分析。 不对,因为蔗糖分子中没有水

3)与铜反应: 强氧化性
+6

失去2e0 +2 +4

2H2SO4(浓)+Cu==CuSO4+2H2O+SO2
得到2e-

氧化剂:H2SO4 练习并讨论:

还原剂:Cu

分析上述反应中电子转移的方向和数目,指出氧化剂 和还原剂,并分析浓硫酸在上述反应中体现的性质。 加热时,浓硫酸能与大多数金属反应(Au、Pt除外) , 一般没有氢气生成,通常生成SO2气体。

书P95实验4—8 铜与浓硫酸的反应 现象: 有气体产生,此气体使品红溶液褪 色或紫色的石蕊试液变红 反应后溶液倒入少量的水中,溶液 呈蓝色 反应原理: △ Cu+2H2SO4 (浓)== CuSO4+SO2↑+2H2O 浓硫酸与碳的反应: △ C+2H2SO(浓)== CO2↑+2SO2 ↑+2H2O

4)与非金属反应

C + 2H2SO4(浓) == 2SO2 ↑+ CO2↑+ 2H2O
思考并讨论:

加热时,浓硫酸也能与某些非金属反应(S、C等)

请设计实验方案,验证C和浓硫酸反应的产物

仪器连接如下

验证C和浓硫酸反应的产物

说明:应首先用无水硫酸铜验证水,然后用品 红验证二氧化硫,再用高锰酸钾氧化多余的二 氧化硫,接着再次验证二氧化硫是否全部被氧 化,最后才验证二氧化碳。

如何检验浓硫酸与碳反应生成的各 种产物?
无水硫酸铜、品红、酸性高锰酸钾或溴水、 品红、澄清的石灰水
注意:硫酸分子中的硫元素的化合价为 +6 价,处于硫元素所有化合价中的最高 价 态,在氧化还原反应中化合价只能 降低 , 表现 氧化性 , 浓硫酸被还原一般得到的产物为 SO2 。

试写出浓硫酸与铁在加热条件下的反应方程式, 并标出电子转移的方向和数目,指出氧化剂和 还原剂: 2Fe + 6H2SO4(浓) == Fe2(SO4)3 + 3SO2↑+6H2O 常温下,浓硫酸可用铁槽车或铝槽车运输, 这是因为常温下,浓硫酸可使铁或铝的表面 生成一层致密的氧化膜,阻止了内部金属与 浓硫酸进一步反应,这种现象叫做 ——钝化。

硫酸车槽

【思考】浓硫酸具有强氧化性,稀硫酸是否 有氧化性?如果有,其氧化性与浓硫酸的氧 化性有何不同? 浓硫酸与稀硫酸比较:
稀 H 2 SO 4 :由 H + 和 SO 4 2- 构成 —— 弱氧化性(由 H+体现)——可与活泼金属反应生成H2 浓H2SO4:由H2SO4分子构成——强氧化性(由 S 体现)— 加热时可与大多数金属和某些非金 属反应,通常生成SO2

练习:下列现象反映了硫酸的哪些主要性质 (1)浓硫酸滴在木条上,过一会儿,木条变黑。 (2)敞口放置浓硫酸时,质量增加。 (3)锌粒投入稀硫酸中,有气泡产生。 (4)把铜片放入浓硫酸里加热,有气体产生。 (5)利用浓硫酸和食盐固体反应可制HCl气体。 (6)浓硫酸不能用来干燥硫化氢气体。 (7)利用硫化亚铁跟稀硫酸反应可制H2S气体。 答案: (1)脱水性 (2) 吸水性 (3) 酸性 (4)酸性和强氧化性 (5)难挥发性 (6)强氧化性 (7)强酸性

5.硫酸的用途:

(二)硝酸的性质:
? 1.物理性质:无色,易挥发、有刺激性 气味的液体,能以任意比溶于水,含 HNO3 98%的硝酸—发烟硝酸
(2)氧化性: (1)酸性(略) ① 与金属反应(除Au和 Pt外) Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2 +2H2O 3Cu + 8HNO3(稀) = 3 Cu(NO3)2 + 2NO +4H2O 氧化性:浓硝酸>稀硝酸 注意:Fe 和Al遇到冷的浓硝酸被钝化,被氧化成 一层致密的氧化膜,情形跟浓硫酸一样。
2.化学性质:

实验现象:反应开始时两试管中 气体 都有 剧烈 产生,加浓硝酸的试管 红棕 中反应 ,放出 色气体; 加稀硝酸的试管中反应较 , 慢 无 放出 色气体,当空气进入试 无 管后, 色气体变成了 色, 红棕 两支试管中都生成了 溶液。 蓝色

实验结论:
浓、稀硝酸都与铜发生反应,分别生成 NO2、NO ,NO遇空气又生成NO2
以上反应的化学方程式: Cu+4HNO4(浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

2NO+O2==2NO2
注意:铁、铝在浓硝酸中钝化。

②与非金属反应
C +4HNO3 (浓)=2H2O +4NO2 +CO2 P +5HNO3 (浓) = H2O +5NO2 +H3PO4
结论:硝酸跟非金属反应,生成NO2、 H2O和相应的含 氧酸

S +6HNO3 (浓) = 2H2O +6NO2 + H2SO4

③硝酸还能氧化FeO、 Fe(NO3)2(Fe2+)、 HBr(Br-)、 HI(I-) H2S (S2-)、 SO2等具有还原性的化合物发生氧 化还原反应,因此,不能用硝酸与有关的盐反应制取HI SO2 H2S HBr等气体 小结:硝酸与金属反应时,主要是HNO3中+5价的氮 得到电子,被还原成较低价氮的物质,稀硝酸的还原 产物一般是NO,浓硝酸的还原产物一般是NO2,而不 像盐酸与金属反应那样生成H2

(3)不稳定性:硝酸不稳定,见光就会分解: 4HNO3浓 = 2H2O +4NO2 +O2


因此,硝酸要保存在棕色瓶里,并置于阴凉的地方
硝酸的氧化性强至可以氧化大多数金属,但还是没办法 氧化Au和 Pt,如果把浓硝酸和浓盐酸按照1:3的体 积比混合(即王水),就可以氧化所有的金属。 3、硝酸的用途:制化肥、农药、炸药、染料、盐等


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