5.2 氮及其化合物 第3课时 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

人教版·必修·第二册 第五章 化工生产中的重要非金属元素 　第二节　氮及其化合物 第3课时　硝酸 酸雨及防治 玻尔是丹麦著名的物理学家，曾获得过诺贝尔奖。第二次世界大战中，玻尔被迫离开将要被德国占领的祖国。为了表示他一定要返回祖国的决心，他决定将诺贝尔金质奖章溶解在王水里，装于玻璃瓶中。后来，纳粹分子窜进玻尔的住宅，那瓶溶有奖章的溶液就在眼皮底下，他们却一无所知。战争结束后，玻尔又从溶液中还原提取出金，并重新铸成奖章。新铸成的奖章---它凝聚着玻尔对祖国无限的热爱和无穷的智慧。 你知道王水的成分吗？硝酸能将金质奖章溶解吗？ 丹麦物理学家玻尔 情境导入 ——玻尔巧藏诺贝尔金质奖章 【学习目标与核心素养】 学习目标 1. 能运用氧化还原反应知识理解硝酸的氧化性。 2. 认识硝酸在相关反应中体现的性质，了解硝酸的保存方法。 3. 了解SO2、NO2对大气质量的影响，特别是酸雨的成因、危害及防治措施。 核心素养 1. 通过学习硝酸的性质及原子守恒法、电子守恒法的应用，培养学生论据推理与模型认知的化学核心素养。 2. 通过酸雨的形成及防治认识化学对人类的作用，培养学生科学态度与社会责任的化学核心素养。 刚泄漏时 泄漏一段时间 运输硝酸的铝槽车发生泄露事故，现场可闻到刺鼻的气味，同时产生大量红棕色烟雾。消防人员运来纯碱或消石灰进行处理。 【思考】1. 硝酸呈现出哪些物理性质？ 2. 为什么可以用纯碱或消石灰处理泄漏出来的硝酸？ 3. 为什么现场有大量红棕色的烟雾？ 4. 金属可以与酸反应，为什么可以用铝槽车运输浓硝酸？ 一、硝酸 1. 硝酸的物理性质 颜色 气味 状态 挥发性 溶解性 密度 质量分数为69%的硝酸为浓硝酸，质量分数达98%以上的浓硝酸称为“________硝酸” 发烟 无色 刺激性气味 液体 易挥发 在空气中形成白雾 与水以任意比例互溶 比水大 硝酸泄漏一段时间后 (1)不稳定性 2. 硝酸的化学性质 浓硝酸不稳定，见光或受热会分解生成NO2，NO2溶于浓硝酸使溶液显黄色 长期存放的硝酸 保存：浓硝酸保存在棕色瓶，放在阴凉处 4HNO3 ===== 4NO2↑+ O2↑+ 2H2O 光照 或△ 【思考】如何去除久置硝酸的黄色？ 向浓硝酸中通入足量的氧气，发生反应 4NO2+O2+2H2O === 4HNO3除去浓硝酸中的“黄色”。 (2)酸的通性——能与金属、碱、酸碱指示剂、盐等反应 注意：浓硝酸具有很强的氧化性，所以能使蓝色石蕊试纸先变红后褪色 硝酸与大理石反应： 2H++CaCO3 === Ca2++CO2↑+H2O (3) 强氧化性 【实验5-8】 如图5-14所示，在橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。向两支具支试管中分别加入2mL浓硝酸和稀硝酸，用橡胶塞塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观察并比较实验现象。向上拉铜丝，终止反应。 ① 与Cu反应 稀硝酸 浓硝酸 实验 现象 反应缓慢，有少量气泡产生，__________，试管口有红棕色气体产生 反应剧烈，有__________产生，__________，液面上有________气体产生 实验 结论 铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成_____气体 铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成_____气体 反应方程式 溶液变蓝色 大量气泡 溶液变绿色 红棕色 NO NO2 Cu+4HNO3(浓) === Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀) === 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 【问题探究】（1）一定量的浓硝酸里加入过量铜会发生哪些变化? （2）反应停止后，如果在溶液中再加入足量稀盐酸会出现什么情况? 【提示】一开始是铜与浓硝酸反应： Cu+4HNO3(浓) === Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 随着反应进行， 硝酸由浓变稀，则发生： 3Cu+8HNO3(稀) === 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 晶体或浓溶液与浓硫酸、Cu共热时， 若产生红棕色气体则含有NO3_ ； 若为稀溶液则先浓缩后再检验。 NO3_的检验： （3）如何检验 NO3_ ? ② 常温下浓硝酸能使Fe、Al发生钝化 加热时： Al + 6HNO3(浓) === Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O △ Fe + 6HNO3(浓) === Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O △ C+4HNO3(浓)=== 2H2O+4NO2↑+CO2↑ △ S+6HNO3(浓) === H2SO4+6NO2↑+2H2O △ ③ 与非金属反应 ④ 与还原性化合物的反应 还原性的微粒与H+、NO3-不共存： 如HI、HBr、H2S、SO2、FeO、Br-、I-、SO32-、S2- 等均能被硝酸氧化。 小结: ①硝酸与金属反应不放出氢气。 ②氧化性：浓硝酸>稀硝酸（均比浓硫酸强）。 ③一般反应规律为：HNO3(浓) → NO2↑ HNO3(稀) → NO↑ 活泼金属(如Mg、Zn等) + HNO3(稀) → 硝酸盐 + NO、N2O、N2、NH4NO3等多种还原产物。 ④变价金属与硝酸反应时： 3Fe(过量)＋8HNO3(稀)＝3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O Fe(不足)＋4HNO3(稀)＝Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O 劳厄和弗兰克，曾获得1914年和1925年的物理学奖，德国纳粹政府要没收他们的诺贝尔奖牌，他们辗转来到丹麦，请求丹麦同行、1922年物理学奖得主玻尔帮忙保存。1940年，纳粹德国占领丹麦，受人之托的玻尔急得团团转。同在实验室工作的一位匈牙利化学家赫维西（1943年化学奖得主）帮他想了个好主意：将奖牌放入“王水” 中，纯金奖牌便溶解了。玻尔于是将溶液瓶放在实验室架子上，来搜查的纳粹士兵果然没有发现这一秘密。战争结束后，溶液瓶里的黄金被还原后送到斯德哥尔摩，按当年的模子重新铸造，于1949年完璧归赵。 能使不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。 浓硝酸和浓盐酸按体积比为1∶3混合得到的混合物。 王 水 【资料卡片】 【思考与交流】 硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、炸药、染料等。工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸，如下图所示： N2 H2 O2 O2 H2O NH3 NO NO2 HNO3 (1) 写出每一步反应的化学方程式。 (2) 请分析上述反应中的物质类别和氮元素化合价的变化情况，以及每一步反应中含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应。 写出有关化学方程式: N2→NH3: ________________________________。 NH3→NO: _______________________________。 NO→NO2: _______________________________。 NO2→HNO3: _____________________________。 4NH3+5O2 4NO+6H2O 2NO+O2===2NO2 3NO2+H2O===2HNO3+NO N2+3H2 2NH3 高温高压 催化剂 为了吸收更充分，往往同时通入O2 4NO2+O2+2H2O===4HNO3 NaNO3 + H2SO4(浓) === NaHSO4 + HNO3↑ △ 思考1：温度如何控制？ 温度不能太高，否则硝酸会分解。故生成物是NaHSO4 。 思考2：能否采用制氯化氢的装置制硝酸？ 如图，不能，因硝酸蒸汽腐蚀橡胶塞和胶管。 高沸点酸 制 低沸点酸 HNO3实验室制法 HCl制取装置 二、酸雨及防治 煤、石油和某些金属矿物中含有硫，在燃烧或冶炼时往往会生成二氧化硫。在机动车发动机中，燃料燃烧产生的高温条件会使空气中的氮气与氧气反应，生成氮氧化物。它们会引起呼吸道疾病，危害人体健康，严重时会使人死亡。 酸雨：主要指 pH小于5.6 的雨水，其主要是含有硫酸和硝酸。 成因：主要是大气中的SO2与NOx溶于水形成的。 1. 酸雨的形成 燃烧含硫的燃料 工业排出的废气 汽车尾气 …… 【酸雨的形成】 NO SO2 空气 阳光、尘埃 NO2 SO3 HNO3 H2SO4 酸雨 (pH＜5.6) H2SO3 途径1：2NO＋O2 === 2NO2 、 3NO2＋H2O === 2HNO3+NO 途径3：SO2＋H2O === H2SO3、2H2SO3＋O2 === 2H2SO4 途径2：空气中飘尘的催化作用， 2SO2＋O2 ==== 2SO3 、SO3＋H2O=H2SO4 催化剂 (1)对人体的直接危害首先是它的刺激性，其次是它会形成硫酸雾和硫酸盐雾，其毒性比SO2大，能浸入人的肺部，引起肺水肿等疾病 而使人致死。 (2)引起河流、湖泊的水体酸化，严重影响水生动物 生长。 (3)破坏土壤、植被、森林。 (4)腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料等。 (5)渗入地下，可引起地下水酸化，酸化后的地下水中铝、铜、锌、镉等对人体有害金属元素的含量会偏高。 2. 酸雨的危害 (1)调整能源结构，积极开发新能源 (2)对煤（其中含硫为0.3%-5%)进行处理，如选洗加工、综合 开发、在煤中加入适量的生石灰、对排放的烟进行处理等 (3)种植能够吸收SO2的有关树木(如臭椿、垂柳、柳杉）等 (4)加强工厂废气的回收处理 (5)改进汽车尾气的处理技术，控制尾气排放 3. 酸雨的防治 【研究与实践】 测定雨水的pH 【研究目的】 酸雨对环境危害巨大，人们已经采取多种措施来防治酸雨。通过以下活动了解测定雨水pH的方法，认识酸雨的危害，激发保护环境的紧迫感。 【研究任务】 (1) 收集资料 以“酸雨”为关键词进行搜索，了解酸雨的形成原因、基本类型、相关危害及预防和治理措施。图5-17用pH计测量水样的酸度 (2) 测定雨水的pH根据收集的资料，确定测定雨水pH的过程和方法并进行实践，对结果进行分析和讨论。可参考如下过程： ①下雨时用容器直接收集一些雨水作为样品，静置，以蒸馏水或自来水作为参照，观察并比较它们的外观； ②用pH试纸（或pH计）测量雨水和蒸馏水的酸度并记录； ③有条件的话，可连续取样并测定一段时间（如一周）内本地雨水、地表水或自来水的pH，将得到的数据列表或作图，确定你所在地区本时间段内雨水等的平均酸度。 【结果与讨论】 【总结】 1. 下述实验中均有红棕色气体产生,对比分析所得结论不正确的是 (　　) ① ② ③ A.由①中的红棕色气体,推断产生的气体一定是混合气体 B.红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应 C.由③说明浓硝酸具有挥发性,生成的红棕色气体为还原产物 D.③的气体产物中检测出CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应 【课堂练习】 D 2.下列反应中硝酸既能表现出酸性又表现出氧化性的是 (　　) A.使石蕊试液变红 B.与铜反应放出NO气体,生成Cu(NO3)2 C.与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3 D.与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2 B 3. 在标准状况下将1.92 g铜粉投入一定量浓硝酸中,随着铜粉的溶解,反应生成的气体颜色逐渐变浅,当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12 L,则混合气体中NO的体积为 (　　 ) A.112 mL　　B.1 008 mL　　C.224 mL　　D.448 mL A 4. 9.7 g Cu和Zn的合金与足量的稀硝酸反应,还原产物只有NO气体,其体积在标准状况下为2.24 L。将溶液稀释为1 L,测得溶液的c(H+)=0.1 mol·L-1,此时溶液中NO3-的浓度为 (　　) A.0.3 mol·L-1 B.0.4 mol·L-1 C.0.2 mol·L-1 D.0.6 mol·L-1 B 5. 将1.92 g 铜粉与一定量浓硝酸反应，当铜粉完全作用时，收集到气体为1.12 L（标准状况），则所消耗的硝酸的物质的量是（ ） A.0.12 mol B.0.11 mol C.0.10 mol D.0.08 mol 【提示】Cu+4HNO3(浓) === Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀) === 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O B 0.03 mol 0.05 mol 3Cu+8HNO3(稀) === 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O Cu+4HNO3(浓) === Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O x 4x 2x y     x+y=0.03 mol 2x+=0.05 mol x=0.0225 mol y=0.0075 mol   1.92 g 铜粉 n(Cu)=0.03 mol 气体为1.12 L n(气体)=0.05 mol 方法一 【深度分析】 元素守恒法：n(HNO3) = 0.05 mol+0.06 mol = 0.11 mol 1.92 g 铜粉，气体为1.12 L Cu+4HNO3(浓) === Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀) === 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O n (HNO3) = n(氧化性) + n(酸性)     方法二   THANKS FOR LISTENING!  $$