5.2.3 硝酸 学案 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019） 必修第二册

硝酸、酸雨及其防治 学习目标　1.结合真实情境,了解硝酸的主要性质,认识硝酸在生产中的应用和对生态环境的影响。2.认识氮及其化合物的多样性,了解通过化学反应可以探索物质的性质,实现物质的转化。 一、硝酸的性质及工业制法 (一)知识梳理 1.物理性质 硝酸是　　　　色、　　　　挥发、有　　　　气味的液体。  2.化学性质 (1)酸的通性(写出HNO3与下列物质反应的离子方程式) ①与碱(如NaOH):　　　　　　　　　　　　。  ②与碱性氧化物(如Na2O):　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。  ③与弱酸盐(如CaCO3):　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。  (2)不稳定性 浓硝酸见光或受热易分解,化学方程式为　　　　　　　　　　　　;  长期存放的浓硝酸呈黄色是因为其分解生成的NO2溶于硝酸中,实验室常将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中,并放置在阴凉处。 (3)强氧化性 ①分别写出浓HNO3和稀HNO3与铜的反应化学方程式:　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　;  根据反应可知,浓HNO3与金属铜反应生成　　　　,稀HNO3与金属铜反应生成　　　　　　　　　　　　, 硝酸表现　　　　　　性和酸性,铜与浓硝酸反应更剧烈,说明浓HNO3的氧化性更　　　　　　　　　　　　。  ②钝化 常温下,铁、铝的表面被浓硝酸或浓硫酸氧化,生成一层致密的　　　　薄膜,阻止了酸与内层金属的进一步反应。所以常温下可以用铁或铝制容器来盛装浓硝酸或浓硫酸。当加热时,铁、铝会与浓HNO3或浓H2SO4发生反应。  ③王水:组成为浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为　　　　),能使一些不溶于硝酸的金、铂等金属溶解。  3.硝酸的工业制法 写出上述转化的化学方程式,并指出含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应: ①　　　　　　　　　　　　, N2发生　　　　反应。  ②　　　　　　　　　　　　, NH3发生　　　　反应。  ③　　　　　　　　　　　　, NO发生　　　　反应。  ④　　　　　　　　　　　　, NO2既发生　　　　反应,又发生　　　　反应。  4.用途 硝酸是重要的化工原料,用于制化肥、农药、炸药、染料等。 (二)互动探究 材料1　浓HNO3和稀HNO3分别与铜的反应现象如下表。 实验 装置 向两支具支试管中分别加入浓硝酸和稀硝酸 实验 现象 浓HNO3:试管内产生大量红棕色气体,反应逐渐加快,铜丝逐渐变细,试管中溶液由无色变为蓝色 稀HNO3:试管内开始产生少量无色气体,反应逐渐加快,气体在试管上部变为红棕色,溶液逐渐变蓝,铜丝逐渐变细,试管中溶液由无色变为蓝色 材料2　活泼金属与硝酸反应不生成H2,硝酸的浓度不同,还原产物不同。 【问题讨论】 问题1　材料表明,硝酸具有较强氧化性。硝酸呈现氧化性的实质是什么? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  问题2　若把硝酸滴加到石蕊溶液中,溶液先变红后褪色,出现该现象的原因是什么? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  问题3　一定量的金属铜放入浓硝酸后,金属铜有剩余,推测产生的气体成分可能有哪些?再向其中加入少量的稀硫酸,金属铜还会继续溶解吗? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  问题4　铁在常温下可以和稀硝酸反应,预测铁与稀硝酸反应的产物,试写出化学方程式。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  【探究归纳】 (1)硝酸强氧化性的规律 ①硝酸的浓度越大,反应温度越高,其氧化性越强。 ②浓硝酸的还原产物是NO2,稀硝酸的还原产物是NO。 ③还原剂一般被氧化为最高价态。 (2)硝酸强氧化性的表现 ①硝酸与金属的反应:既体现强氧化性,又体现酸性。 ②硝酸与非金属的反应:仅表现强氧化性。 实例:C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。 1.氮及其化合物的变化关系如图所示。则下列说法不正确的是 (　　) A.路线①②③是工业生产硝酸的主要途径 B.路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径 C.上述所有反应都是氧化还原反应 D.氮气可在足量的氧气中通过一步反应生成NO2 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.能使紫色石蕊溶液变为红色 B.与铜反应放出一氧化氮气体,生成硝酸铜 C.与碳酸钠反应放出二氧化碳气体,生成硝酸钠 D.与红热的碳混合时生成二氧化碳和二氧化氮 3.下列有关硝酸化学性质的叙述正确的是 (　　) A.硝酸能与Na2SO3反应,但不生成SO2 B.硝酸的氧化性很强,能氧化所有金属 C.可用铝或铁制容器盛装稀硝酸 D.浓硝酸因易挥发出HNO3而呈黄色 二、酸雨及防治 (一)知识梳理 1.SO2与NOx的主要来源 (1)SO2主要来自煤、石油的燃烧和某些　　　　　　　　　　　 的冶炼。 (2)NOx主要来自机动车尾气(高温条件下氮气和氧气生成氮氧化物)。 2.酸雨 (1)概念:pH<　　　　的降雨。正常雨水由于溶解了CO2,其pH约为5.6。  (2)成因:主要是大气中的　　　　　　溶于水形成的。  ①硫酸型酸雨的形成过程如图: ②硝酸型酸雨的形成过程如图: 汽车尾气→NONO2HNO3 (3)危害: ①直接损伤农作物、破坏森林和草原,使土壤、湖泊　　　　。  ②加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电缆的腐蚀。 (4)防治 工业废气排放到大气中之前,进行适当处理,防止有害物质污染大气。 (二)互动探究 现有雨水样品1份,每隔一段时间测定该雨水样品的pH,所得数据如下 测试时间/h 0 1 2 3 4 雨水的pH 4.73 4.63 4.56 4.55 4.55 分析数据,回答问题。 【问题讨论】 问题1　雨水样品的pH变化的原因是什么?(结合化学方程式回答) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  问题2　如果将刚取样的上述雨水与用氯气消毒的自来水相混合,pH将如何变化?原因是什么?(结合化学方程式回答)。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  问题3　你能列举出2点可以减少酸雨产生的途径吗? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  【探究归纳】 (1)含有SO2废气的两种处理方法 ①钙基固硫法 工业上常用生石灰和含硫的煤混合后燃烧,燃烧时硫、生石灰、O2共同反应生成硫酸钙,从而使硫转移到煤渣中,反应的化学方程式为CaO+SO2CaSO3、2CaSO3+O22CaSO4,总反应的化学方程式为2CaO+2SO2+O22CaSO4。 ②氨水脱硫法 该脱硫法采用喷雾吸收法,雾化的氨水与烟气中的SO2直接接触吸收SO2,其反应的化学方程式为2NH3+SO2+H2O===(NH4)2SO3、2(NH4)2SO3+O2===2(NH4)2SO4。 (2)含有NOx尾气的处理方法 ①碱液吸收法 硝酸工业产生的废气中含有较多的NO、NO2,可用强碱溶液进行吸收,同时获得副产品。如: 2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O;NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O。 注意:NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。 ②催化转化法 在催化剂、加热条件下,氮氧化物通过与氨或CO反应转化为无毒气体(N2),一般适用于汽车尾气的处理。如:6NO+4NH35N2+6H2O;6NO2+8NH37N2+12H2O。 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.保护环境,就是关爱自己。下列说法中你认为不正确的是 (　　) A.采用燃煤脱硫技术,可减少燃煤产生的SO2 B.酸雨是指pH小于7的雨水 C.大气中氮氧化物主要来自汽车尾气的排放 D.倡导低碳生活、绿色出行 2.酸雨是一种突出的环境问题。下列有关酸雨及其防治的说法正确的是 (　　) A.酸雨主要是由空气中CO2的浓度增大引起的 B.酸雨能直接损伤农作物,破坏森林,加速桥梁的腐蚀 C.向煤中加入适量石灰石,在燃烧时SO2最终生成CaSO3,可减少酸雨 D.汽车排气管上装有“催化转化器”,使有毒的CO和NO反应生成N2和CO2,但不利于酸雨的防治 硝酸、酸雨及其防治 一、 (一)1.无　易　刺激性　2.(1)①H++OH-H2O ②2H++Na2O2Na++H2O　③CaCO3+2H+Ca2++CO2↑+H2O　(2)4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O　(3)①Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O　3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 　NO2　NO　氧化　强　②氧化物　③1∶3 3.①N2+3H22NH3　还原 ②4NH3+5O24NO+6H2O　氧化 ③2NO+O22NO2　氧化 ④3NO2+H2O2HNO3+NO　氧化　还原 (二) 问题1　硝酸呈氧化性的本质是HNO3中+5价氮元素具有氧化性。 问题2　硝酸显酸性使石蕊溶液变红,因强氧化性而具有漂白性,又使其褪色。 问题3　产生的气体可能是NO2和NO的混合气体。向有金属铜剩余的溶液中加入少量稀硫酸,稀硫酸提供氢离子,与溶液中的N会继续与铜反应。 问题4　硝酸与变价金属(如Fe)反应,根据金属量的多少分别得到高价、低价或两种价态共存的混合物。反应的化学方程式为Fe(少量)+4HNO3(稀)Fe(NO3)3+NO↑+2H2O;3Fe(过量)+8HNO3(稀)3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O。 对点训练 1.D　[氮气和氧气在放电或高温条件下反应生成NO,NO与O2反应生成NO2,即氮气与氧气不能一步转化为NO2。] 2.B　[硝酸使紫色石蕊溶液变为红色,与碳酸钠反应放出二氧化碳气体,表现的都是硝酸的酸性;硝酸与红热的碳混合时生成二氧化碳和二氧化氮,表现的是硝酸的强氧化性;硝酸与铜反应生成硝酸铜、一氧化氮和水,既表现其强氧化性又表现其酸性。] 3.A　[硝酸与Na2SO3发生氧化还原反应,Na2SO3被氧化生成Na2SO4,不会生成SO2,A正确;硝酸具有强氧化性,能氧化大部分金属,Au、Pt等除外,B错误;常温下,Fe、Al均能与稀硝酸反应,不能用铝或铁制容器盛装稀硝酸,C错误;浓硝酸见光或受热易分解,生成的NO2溶于其中而使浓硝酸呈黄色,D错误。] 二、 (一)1.(1)含硫金属矿物　2.(1)5.6　(2)SO2和NO2 (3)①酸化 (二) 问题1　酸雨放置时pH变小,其原因是雨水中的H2SO3被空气中的氧气氧化生成酸性更强的硫酸:SO2+H2OH2SO3、2H2SO3+O22H2SO4。 问题2　变小。雨水与自来水混合,SO2与Cl2或H2SO3与HClO反应:SO2+2H2O+Cl2H2SO4+2HCl或H2SO3+HClOH2SO4+HCl。因此雨水与自来水混合后溶液pH将变小。 问题3　减少酸雨的产生需减少SO2的排放,将煤转化为清洁能源(如煤的气化和液化),燃料脱硫、固硫,开发不含硫的新能源(如氢能、核能等)。 对点训练 1.B　[燃煤中加入的生石灰可与煤燃烧产生的二氧化硫反应,最终生成硫酸钙,从而减少了污染气体的排放,达到脱硫的目的, A项正确; 酸雨是指pH小于5.6的雨水,B项错误;大气中氮氧化物主要来自汽车尾气的排放, C项正确;低碳生活是指在生活中要尽力减少所消耗的能量,减少二氧化碳的排放量,从而减少对大气的污染,减缓生态恶化,故倡导低碳生活、绿色出行, D项正确。] 2.B　[A项,酸雨主要是由SO2、NO2等气体引起的,正常雨水由于溶解了CO2,其pH约为5.6,而SO2、NO2溶于雨水分别生成H2SO3(进一步氧化可生成H2SO4)和HNO3,使雨水pH<5.6,即为酸雨;C项,向煤中加入生石灰,CaO+SO2CaSO3,2CaSO3+O22CaSO4;D项, 2CO+2NO2CO2+N2,防止发生NONO2HNO3,利于酸雨的防治。] 学科网（北京）股份有限公司 $$