高中化学--化学肥料中的主角上课讲义

1、高中化学高中化学-化学肥料中的主角化学肥料中的主角一一. .氮元素在自然界中的存在形态氮元素在自然界中的存在形态主要是主要是游离态游离态: :也存在化合态也存在化合态: :N N2 2(V%=78%,(V%=78%,m%= %)m%= %)KNOKNO3 3,NH,NH4 4Cl,NOCl,NO2 2 7575如如, ,设空气设空气1L1L，则，则N N2 2为为0.78L0.78LV(V(空气空气) )V(NV(N2 2) ) n(n(空气空气) )n(Nn(N2 2) ) 1 10.780.78m% m% 0.780.781 175% 75% 28282929100%100%二二. .氮气

2、（氮气（N N2 2）( (一一) )物性物性1.1.无色无色, ,无味的气体无味的气体2.2.比空气略轻比空气略轻3.3.难溶于水难溶于水( (二二) )化性化性1.1.在通常情况下，在通常情况下，N N2 2的化性很不活泼的化性很不活泼N N2 2的电子式的电子式N NN NN N2 2的结构式：的结构式： N NN N(1)(1)3 3对共用电子对对共用电子对(2)(2)3 3根根共价键共价键( (两面性两面性) )flashN N2 2比例模型比例模型N N2 2球棍模型球棍模型在在N N2 2的结构中存在的结构中存在3 3根共价键。根共价键。(3)(3)稳定的原因稳定的原因: :（共

3、价叁键）（共价叁键）通常情况下通常情况下, ,不易断裂不易断裂, ,比较稳定。比较稳定。破坏它们需要很大的能量破坏它们需要很大的能量, ,2.2.在高温或放电条件下在高温或放电条件下, ,可参与化学反应可参与化学反应(1)(1)与与H H2 2反应反应N N2 2+H H2 2催化剂催化剂高温高压高温高压NHNH3 33 32 2( (工业合成工业合成氨的原理氨的原理) )工业上合成氨工业上合成氨flash2flash1(2)(2)与与O O2 2反应反应N N2 2+ O O2 2放电放电NONO2 2( (无色气体无色气体, ,NONO + O O2 2NONO2 22 22 2( (红棕

4、色气体红棕色气体, ,NONO2 2+H H2 2O OHNOHNO3 3+ NONO3 32 2+4+4+5+5+2+22 22 22 2e e还原剂还原剂氧化剂氧化剂: :一氧化氮一氧化氮二氧化氮二氧化氮不稳定不稳定) )稳定稳定, ,但易与水反应但易与水反应) )2 21 1flash闪闪电电下下的的反反应应自然界的哪种天气下会发自然界的哪种天气下会发生上述三个反应生上述三个反应? ?思考思考: :雷雨利庄稼雷雨利庄稼(3)(3)与金属反应与金属反应镁条在空气中燃烧：镁条在空气中燃烧：MgMg + + O O2 2点燃点燃MgOMgO2 22 2+ +Q QMgMg +N N2 2高温高

5、温MgMg+2+2 -3-33 32 23 3( (白色粉末白色粉末) )( (灰色粉末灰色粉末) )（如（如MgMg）氧化镁氧化镁氮化镁氮化镁N N镁条在空气中燃烧的现象镁条在空气中燃烧的现象( (三）固氮三）固氮1.1.定义：定义： 书书P.21P.212.2.固氮的途径：固氮的途径：（1 1）自然固氮）自然固氮 生物固氮：生物固氮： 豆科植物的根部，豆科植物的根部，小根瘤，小根瘤， 固氮菌固氮菌 大气固氮：大气固氮：闪电时，闪电时，N N2 2+ O O2 2放电放电NONO2 2NONO + O O2 2NONO2 22 22 2NONO2 2+H H2 2O OHNOHNO3 3+

6、NONO3 32 2豆科豆科植物植物的根的根部存部存在小在小根瘤根瘤豆科植物根部的固氮菌豆科植物根部的固氮菌闪电时的固氮作用闪电时的固氮作用（2 2）工业固氮）工业固氮工业合成氨：工业合成氨：N N2 2+H H2 2催化剂催化剂高温高压高温高压NHNH3 33 32 2合成氨的合成氨的化工厂化工厂合成合成氨的氨的流程流程图图（四）用途（四）用途1.1.工业原料工业原料, ,制取制取NHNH3 3,HNO,HNO3 3, ,氮肥氮肥, ,炸药等炸药等2.2.焊接金属时作保护气焊接金属时作保护气3.3.充填灯泡充填灯泡4.4.真空充氮储粮，贮存保鲜真空充氮储粮，贮存保鲜常温下常温下, ,N N2

7、 2很稳定很稳定5.5.深度冷冻物质深度冷冻物质6.6.美容、雀斑、痣、移植皮肤等美容、雀斑、痣、移植皮肤等低沸点低沸点7.7.液态氮动力车液态氮动力车（液态氮在（液态氮在195195转化为氮气，转化为氮气，体积膨胀约体积膨胀约10001000倍）倍）氮气的用途氮气的用途充氮包装充氮包装的食品的食品（五）工业制取（五）工业制取N N2 21.1.原料原料: : 空气空气2.2.方法方法: :3.3.原理原理: :（78% N78% N2 2，21% O21% O2 2） 先液化空气先液化空气后蒸发，先逸出后蒸发，先逸出N N2 2N N2 2的沸点低的沸点低, ,先逸出。先逸出。flash三三

8、. .氮氧化物氮氧化物( (一）氮元素的化合价一）氮元素的化合价-3,-3, 0,0, +1,+1, +2,+2, +3,+3, +4,+4,+5+5N N2 2O ONONON N2 2O O3 3NONO2 2N N2 2O O4 4N N2 2O O5 5( (共共6 6种种) )（NOx) NOx) NOxNOx： 酸酐酸酐HNOHNO2 2 亚硝酸亚硝酸酸酐酸酐HNOHNO3 3硝酸硝酸+3+3+5+5（二）（二）NONO和和NONO2 21.1.物性物性NONONONO2 2(1)(1)颜色状态颜色状态(2)(2)气味气味(3)(3)密度密度(5)(5)收集方法收集方法无色气体无色

9、气体红棕色气体红棕色气体不溶于水不溶于水易溶于水易溶于水与空气接近与空气接近比空气重比空气重排水法排水法向上排气法向上排气法无无刺激性气味刺激性气味 有有刺激性臭味刺激性臭味(4)(4)溶解性溶解性2.2.化性化性NONONONO2 2NONO+O O2 2NONO2 22 22 2NONO2 2N N2 2O O4 42 2不稳定，极易与不稳定，极易与氧气反应氧气反应无色无色红棕色红棕色(1)(1)相对稳定，但存在相对稳定，但存在微弱可逆反应微弱可逆反应无色无色红棕色红棕色(2)(2)与水反应与水反应NONO2 2+H H2 2O OHNOHNO3 3+3 32 2NONONONO2 2和水

10、反应和水反应flash3.3.危害危害（1 1）汽车尾气）汽车尾气主要成分是：主要成分是： COCO、碳氢化合物、碳氢化合物、NOx NOx （2 2）NOxNOx可刺激肺部，影响肺部发育，可刺激肺部，影响肺部发育，甚至导致肺部构造改变。甚至导致肺部构造改变。（3 3）NOxNOx是形成光化学烟雾的主要是形成光化学烟雾的主要气体。气体。 P.29P.29汽车尾气主要含有汽车尾气主要含有COCO、碳氢化合物、碳氢化合物、NOx NOx 光化学烟雾的形成过程：光化学烟雾的形成过程： NONO2 2光光NONOO O+ +O O2 2+ + O OO O3 3烃类物质烃类物质 被被O O2 2，O

11、O3 3氧化氧化 醛、酮、过氧乙醛、酮、过氧乙酰硝酸酯（酰硝酸酯（PNAPNA） 刺激性很强的物质刺激性很强的物质 举例：举例： 世界上第一次光化学污染。世界上第一次光化学污染。 19431943年年 洛杉矶洛杉矶 光化学烟雾事件光化学烟雾事件. . 光化光化学烟学烟雾的雾的成因成因 19431943年洛杉矶光年洛杉矶光化学烟雾事件化学烟雾事件. . 4.4.汽车尾气的净化措施汽车尾气的净化措施 （1 1）以甲醇、液化气代替石油）以甲醇、液化气代替石油 （2 2）安装汽车尾气净化器，）安装汽车尾气净化器， 将将NOxNOx转化为转化为N N2 2，排放。，排放。 （3 3）使用高效燃料电池的电

12、动公共汽车）使用高效燃料电池的电动公共汽车 替代燃气公共汽车替代燃气公共汽车 P.29P.29汽车尾气净化器汽车尾气净化器在汽车尾气净化器中使用的催化剂在汽车尾气净化器中使用的催化剂电动汽车电动汽车太阳能汽车太阳能汽车四、氨四、氨( (气气) )， NHNH3 3( (一一) )结构结构1.1.电子式电子式N NH HH HH H2.2.结构式结构式N NH HH HH H书书图图5.215.21三角锥形三角锥形N NH HH HH H或或3.3.空间结空间结构构flash1flash2flash3( (二二) )物性物性1.1.无色气体无色气体, ,有刺激性气味有刺激性气味2.2.比空气轻比

13、空气轻3.3.极易溶于水极易溶于水, ,氨气的水溶液叫做氨水，氨气的水溶液叫做氨水，呈碱性呈碱性. .1 : 7001 : 700水水NHNH3 3( (体积比体积比) )可形成喷泉实验可形成喷泉实验 书书P.22P.22喷泉实验喷泉实验flash1flash2氨氨气气的的喷喷泉泉实实验验4.4.氨气易液化氨气易液化, ,液氨可作致冷剂液氨可作致冷剂沸点为沸点为-33.5-33.5( (原因原因: :书书P.23P.23) )( (三三) )化性化性1.1.与水反应与水反应一水合氨一水合氨( (碱性碱性) )NHNH3 3+H H2 2O ONHNH3 3 H H2 2O ONHNH4 4+

14、+OHOH- -氨水中存在两个可逆反应：氨水中存在两个可逆反应：( (弱碱弱碱) )氨水中的微粒氨水中的微粒: :NHNH3 3分子分子, , H H2 2O O分子分子, , NHNH3 3 H H2 2O O分子分子, ,NHNH4 4+ + , ,OHOH- - , ,H H+ +( (少量少量) )( (共共6 6种种) )区别区别氨水氨水: :一水合氨一水合氨: :混合物混合物 (6(6种微粒种微粒) )纯净物纯净物(NH(NH3 3 H H2 2O)O)液氨液氨: : 氨气的液态氨气的液态 ( (纯净物纯净物) )2.2.与酸反应与酸反应NHNH3 3+HClHClNHNH4 4C

15、lCl ( (白烟白烟) )细小的白色固体细小的白色固体NHNH3 3+ HNOHNO3 3NHNH4 4NONO3 3( (白烟白烟) )NHNH3 3+H H2 2SOSO4 4(NH(NH4 4) )2 2SOSO4 42 2( (无白烟无白烟) )挥发性酸挥发性酸挥发性酸挥发性酸难难挥发的酸挥发的酸(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)NHNH3 3与强酸反应的实质与强酸反应的实质: :NHNH3 3+H H+ +NHNH4 4+ +俗名：硝俗名：硝铵铵俗名：硫俗名：硫铵铵flash1flash23.3.与与O O2 2反应反应 ( (结合图结合图) )NHNH3 3+O O

16、2 2催化剂催化剂NONO+H H2 2O O+Q Q4 45 54 46 6-3-30 0+2+2-2-2-2-220202020名称：名称： 氨的催化氧化氨的催化氧化2020e e氨的催化氧化氨的催化氧化flash(2)(2)烧瓶内出现红棕色气体烧瓶内出现红棕色气体NONO +O O2 2NONO2 22 22 2（无）（无）( (红棕色红棕色) )(3)(3)烧杯中的紫色石蕊变红烧杯中的紫色石蕊变红NONO2 2+H H2 2O OHNOHNO3 3+ NONO3 32 2( (酸性酸性) )(1)(1)停止加热停止加热, ,催化剂仍保持催化剂仍保持红热红热( (放热反应放热反应) )（

17、四）氨气的用途（四）氨气的用途 1.1.液氨作致冷剂液氨作致冷剂 2.2.氨水是一种化学肥料氨水是一种化学肥料. .H H2 2O O 催化剂催化剂NONO2 2 NO NO 3.3.氨气是工业制氨气是工业制HNOHNO3 3的基础的基础 （1 1） 4 4NHNH3 3+ + O O2 25 54 4NONO + + 6 6（2 2） 2 2NONO + + O O2 22 2（3 3） 3 3NONO2 2+ + H H2 2O O2 2HNOHNO3 3+ +循环操作循环操作 充分利用原料充分利用原料 优点：优点： 环保；环保；（4 4）工业制）工业制HNOHNO3 3的三步是连续反应的

18、三步是连续反应 且循环操作且循环操作 NHNH3 3 ：HNOHNO3 3 1 1 ： 1 1关系比关系比可直接使用可直接使用工业制工业制HNOHNO3 3 例题例题 氨氧化制硝酸时氨氧化制硝酸时, ,如果由如果由NHNH3 3制成制成NONO的转化率为的转化率为96%,96%,由由NONO制成制成HNOHNO3 3的转化率为的转化率为92%,92%,那么那么1010t NHt NH3 3可以可以制备多少制备多少t t 50%50%的的HNOHNO3 3? ?解解: :设可以制备设可以制备x x t t 50%50%的的HNOHNO3 3催化剂催化剂H H2 2O O （1 1） 4 4NHN

19、H3 3+ + O O2 25 54 4NONO + + 6 6NONO2 2 （2 2） 2 2NONO + + O O2 22 2NO NO （3 3） 3 3NONO2 2+ + H H2 2O O2 2HNOHNO3 3+ +NHNH3 3HNOHNO3 31 11 1101096%96%92%92%1717x x 50%50%63631 11 11010 96%96% 92%92%1717x x 50%50%6363=X = 65.5tX = 65.5t答答: :氨气的实验室制法二氯化铵固体和熟氨气的实验室制法二氯化铵固体和熟( (消消) )石灰共热石灰共热(1)(1)方法一方法一:

20、 :加热浓氨水加热浓氨水NHNH3 3 H H2 2O ONHNH3 3+H H2 2O O(2)(2)方法二方法二: :NHNH4 4ClCl ( (s)s)+Ca(OH)Ca(OH)2 2( (s)s)CaClCaCl2 2+ NHNH3 3+ H H2 2O O2 22 22 2不能用其他的铵盐和碱替代不能用其他的铵盐和碱替代氯化铵固体和熟氯化铵固体和熟( (消消) )石灰共热石灰共热2.2.装置装置: :类似于制类似于制O O2 2的装置的装置3.3.收集收集: :只能用向下排气法只能用向下排气法4.4.干燥干燥: :用碱石灰用碱石灰 ( NaOH + CaO )( NaOH + Ca

21、O )不能用无水不能用无水CaClCaCl2 25.5.验满验满: :湿润的红色石蕊试纸放在瓶口，湿润的红色石蕊试纸放在瓶口，(1)(1)(2)(2)( (中性干燥剂）中性干燥剂）变蓝变蓝实实验验室室制制氨氨气气实验室制氨气实验室制氨气flash1 flash2flash找出实验室制取氨气的正确装置找出实验室制取氨气的正确装置五、铵盐五、铵盐 ( (含有含有NHNH4 4+ +的盐的盐) )( (一一) )物性物性: :2.2.都易溶于水都易溶于水1.1.晶体晶体( (二二) )化性化性1.1.受热易分解受热易分解(1)(1)NHNH4 4ClClNHNH3 3+HClHClNHNH3 3+H

22、ClHClNHNH4 4ClCl(2(2性性) )NHNH4 4ClCl：现象：现象：NHNH4 4Cl(s)Cl(s)受热会从试管底部移到试管的上端受热会从试管底部移到试管的上端。原因：原因：底部底部: :上端上端: :flash1NHNH4 4ClClNHNH4 4ClCl 区别：区别：a.a.I I2 2(s)(s)升华升华I I2 2(g)(g)凝结凝结冷却冷却I I2 2(s)(s) ( (物变物变) )b.b.NHNH4 4Cl(s)Cl(s)分解分解NHNH4 4Cl(g)Cl(g)化合化合冷却冷却NHNH4 4Cl(s)Cl(s)( (化变化变) )碘碘flash2(2)(2)

23、NHNH4 4HCOHCO3 3NHNH3 3+H H2 2O O + COCO2 2NHNH4 4HCOHCO3 3 使用时注意：使用时注意：低温保存，低温保存， 深施盖土，深施盖土，避免受热。避免受热。 原因：原因：( (俗名俗名: :碳铵碳铵) )2.2.与碱反应与碱反应方程式：方程式：NHNH4 4ClCl+NaOHNaOHNaClNaCl+NHNH3 3+H H2 2O O(NH(NH4 4) )2 2SOSO4 4+NaOHNaOHNaNa2 2SOSO4 4+ NHNH3 3+ H H2 2O O2 22 22 2产生的气体可产生的气体可使湿润的红色使湿润的红色石蕊试纸变蓝石蕊试

24、纸变蓝(1)(1)举例举例现象：现象：flash1铵铵盐盐与与碱碱反反应应(2)(2)铵盐与强碱反应的实质铵盐与强碱反应的实质: :NHNH4 4+ +OHOH- -NHNH3 3+H H2 2O O用途用途: : 检验检验NHNH4 4+ +的存在的存在(a)(a)在未知溶液中加入碱性溶液，如在未知溶液中加入碱性溶液，如NaOHNaOH(b)(b)然后然后加热加热(c)(c)有刺激性气味的气体产生有刺激性气味的气体产生, ,或或产生的产生的气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝, ,就可证明未知溶液中有就可证明未知溶液中有NHNH4 4+ +存在。存在。离子方程式：离子

25、方程式：六、肥料六、肥料( (一一) )分类分类肥料肥料农家肥料农家肥料化学肥料化学肥料（依据肥料三（依据肥料三要素要素N N、P P、K K）氮肥氮肥磷肥磷肥钾肥钾肥复合肥料复合肥料微量元素肥料微量元素肥料( (二二) )氮肥氮肥1.1.分类分类铵态氮肥铵态氮肥 （NHNH4 4HCOHCO3 3、NHNH4 4NONO3 3等）等） 硝态氮肥硝态氮肥 （KNOKNO3 3、NHNH4 4NONO3 3等）等） 有机氮肥有机氮肥 尿素尿素 CO(NHCO(NH2 2) )2 2 2.2.尿素尿素 （1 1）物性：）物性： 白色晶体白色晶体 易溶于水易溶于水 N%N%是固体氮肥中含量最高的一种

26、是固体氮肥中含量最高的一种 47% 47% N%N% = =2N2NCO(NHCO(NH2 2) )2 2100%100% = =P.20P.20P.25P.25尿素尿素 （2 2）化性：）化性：中性肥料，适合各种土壤和植物中性肥料，适合各种土壤和植物 （3 3）优点：）优点： 尿素是目前氮肥中使用量尿素是目前氮肥中使用量最多的一种肥料最多的一种肥料 肥效高肥效高 （N%N%高）高） 易保存易保存 （固体）固体） 使用方便使用方便 对土壤的破坏作用小对土壤的破坏作用小 (中性中性) ) 肥效比较持久肥效比较持久 （尿素施入土壤后，受微生物尿素施入土壤后，受微生物作用，与水缓慢生成碳酸铵）作用，

27、与水缓慢生成碳酸铵） （4 4）工业制法）工业制法 H H2 2O O 2 2NHNH3 3+ + COCO2 2一定条件一定条件CO(NHCO(NH2 2) )2 2+ +（三）磷肥（三）磷肥 （常用的磷肥为普钙）（常用的磷肥为普钙） 1.1.名称：名称： 过磷酸钙过磷酸钙2.2.有效成分：有效成分： 磷酸二氢钙磷酸二氢钙 Ca(HCa(H2 2POPO4 4) )2 2 溶解性：溶解性： 易被作物直接吸收利用。易被作物直接吸收利用。 易溶于水，易溶于水，制取方法：制取方法： 磷矿石磷矿石CaCa3 3(PO(PO4 4) )2 23.3.磷肥有效成分的表示：磷肥有效成分的表示： 以以P P2 2O O5 5% %表示表示 或或 普钙普钙+ H+ H2 2SOSO4 462%-67%62%-67%普钙普钙（四）钾肥（四）钾肥 1.1.常用的钾肥：常用的钾肥： KClKCl、2.2.优点：优点： 大部分能溶于水，并被土壤吸收大部分能溶于水，并被土壤吸收 肥效较快，不易流失肥效较快，不易流失 3.3.钾肥有效成分的表示方法：钾肥有效成分的表示方法： 以以K K2 2O%O%表示表示 K K2 2SOSO4 4、 KNOKNO3 3、K K2 2COCO3 3( (草木灰草木灰) )KNOKNO3 3常用的钾肥常用的钾肥 （五）复合肥料（五