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

第五章 化工生产中的重要非金属元素 容山中学 化学科组 第一节 氮及其化合物 第3课时 硝酸 酸雨及防治 主讲人：郭 静 目 录 CONTENTS 1 2 硝酸的性质和用途 酸雨的危害和防治 新课导入 （强水）：西洋人所造，性最猛烈，能蚀五金。王怡堂先生云∶其水至强，五金八石皆能穿漏，惟玻璃可盛。 此水性猛烈，不可服食。西人凡画洋画，必须镂板于铜上者，先以笔画铜，或山水人物，以此水渍其间一昼夜，其渍处铜自烂，胜于雕刻。 中医书籍《本草纲目拾遗》记载： 强水是什么？ 任务一 探究硝酸的性质 一、硝酸的物理性质 颜色 气味 挥发性 状态 沸点 密度 无色 有刺激性气味 易挥发 液体 83℃ 1.5027 g/cm3 ① 硝酸能与水任意比互溶 ② 常用浓硝酸质量分数为69％。 ③ 质量分数为98%以上的硝酸为“发烟硝酸” 瓶口有白雾 【注意】 硝酸具有强腐蚀性和挥发性，使用时须注意防护和通风 任务一 探究硝酸的性质 刚倒出来 久置后 硝酸是无色液体， 但久置的浓硝酸为什么会显黄色？ 运输硝酸的铝槽车发生泄露事故， 为什么造成大量红棕色烟雾？ 任务一 探究硝酸的性质 二、硝酸的化学性质 4HNO3(浓) 4NO2↑+O2↑+2H2O 或光照 ∆ 保存在棕色细口瓶中，并放置于阴凉处。 1、不稳定性 （久制硝酸由于NO2溶解而使其变黄色。） 该如何保存硝酸？ 如何除去浓硝酸中的“黄色”？ 往浓硝酸中通入足量的氧气，发生反应4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3，使NO2转化为硝酸，即可除去浓硝酸中的“黄色”。 任务一 探究硝酸的性质 从物质分类和化合价的角度预测硝酸的性质 物质分类 化合价 氢化物 单质 氧化物 酸 碱 盐 +5 +4 +3 +2 0 -3 NH3 NH4+ N2 N2O3 N2O4 N2O5 NO NO2 HNO3 HNO2 NH3∙H2O NO3- NO2- 2、酸的通性 3、强氧化性 二、硝酸的化学性质 任务一 探究硝酸的性质 2、酸的通性 硝酸是一元强酸 HNO3 H++NO3- 稀硝酸使石蕊溶液由紫色变为红色,浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红(酸性)后褪色(强氧化性) ②与碱反应: Fe(OH)3+3HNO3=Fe(NO3)3+3H2O ③与碱性氧化物反应: CuO+2HNO3=Cu(NO3)2+H2O ④与弱酸盐反应: CaCO3+2HNO3=Ca(NO3)2+CO2↑+H2O ①使指示剂变色: 回顾浓硫酸性质，硝酸能与与活泼金属反应生成氢气吗？ 【思考】 任务一 探究硝酸的性质 3、强氧化性 课本实验【5-8】硝酸与铜的反应 任务一 探究硝酸的性质 铜与浓硝酸反应 铜与稀硝酸反应 现象 常温下反应剧烈，铜片溶解 ； 有红棕色的气体产生； 溶液变绿。 反应缓慢，铜片溶解； 有无色的气体产生，气体接触空气时立即变成红棕色； 溶液由无色变为蓝色。 结论 离子 方程式 总结 Cu+4HNO3(浓) =Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8H+ + 2NO3- = 3Cu2++2NO↑+4H2O Cu+4H+ + 2NO3- =Cu2++2NO2↑+2H2O Cu与HNO3 反应，浓度不同，产物不同。 3Cu+8HNO3(稀) =3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 3、强氧化性 任务一 探究硝酸的性质 浓硝酸中的＋5价氮元素具有很强的得电子能力。 浓硝酸和稀硝酸都具有很强的氧化性， 且浓度越大氧化性越强，还原剂一般被其氧化为最高价态。 硝酸的 还原产物 浓 稀 极稀 NO2 NO NH4+ 探究课堂 足量的Cu中加入少量的浓硝酸 , 可能会发生什么反应? (3) 反应停止后，如果在溶液中再加入足量盐酸，会出现什么情况? (1) 一开始是铜与浓硝酸反应: Cu+4HNO3(浓) = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O (2) 随着反应进行，硝酸由浓变稀，则发生： 溶液中存在NO3-，它遇到H+后，会继续氧化铜。 3Cu+8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 中性和碱性溶液中NO3-无氧化性，当溶液中有大量H+存在时，NO3-就表现出强氧化性。 任务一 探究硝酸的性质 大多数金属能与硝酸反应，但在常温下，铁和铝会被冷的浓硝酸、浓硫酸钝化，生成一层致密的氧化膜，阻止了酸与内层金属的反应，故可以用铁（铝）槽车运输浓硝酸、浓硫酸。 硝酸能大多数金属反应（除铂、金），那么运输硝酸用什么容器呢？ 归纳总结——硝酸与金属反应规律 ① 除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎氧化所有的金属。 ③ 一般来说，金属与硝酸反应 浓硝酸→NO2，稀硝酸→NO，都无H2放出。 ② 常温下，Fe、Al等金属在浓HNO3中发生“钝化”。 怎么溶解？ 任务一 探究硝酸的性质 【资料卡片】 王水：浓硝酸和浓盐酸的混合物（体积比为1:3） “三言（盐）一笑（硝）” 任务一 探究硝酸的性质 I-、Br-、Fe2+、S2-、SO32-可以和H+、NO3-共存吗？ ② 与还原性化合物的反应 如与含S2- 、SO32- 、 I- 、 Fe2+等的化合物反应。 S2- 、SO32- 、Fe2+ 、I﹣等还原性离子在酸性条件下不能与NO3-大量共存！ 3Fe2+ + 4H+ + NO3- = 3Fe3+ + NO↑+ 2H2O S2-→S、SO32-→SO42-、I-→I2 、Fe2+→Fe3+ 二、硝酸的化学性质 3、强氧化性 任务一 探究硝酸的性质 ③ 与某些非金属单质反应： S+6HNO3(浓) H2SO4+6NO2↑+2H2O △ C+4HNO3（浓） 2H2O+4NO2↑+CO2↑ ∆ 规律：硝酸跟非金属反应，生成NO2、 H2O和高价氧化物或相应的含氧酸 3、强氧化性 课堂小结 浓硫酸与硝酸的比较 浓硫酸 HNO3 稳定性 酸的通性 与Cu反应 钝化现象 与C反应 吸水性、脱水性 使Fe、 Al 钝化 浓硝酸 使Fe、 Al 钝化 有吸水性、脱水性 无 Cu+2H2SO4 （浓）= CuSO4+SO2↑+2H2O △ 2H2SO4(浓)+C = 2SO2↑+CO2↑+2H2O △ 稳定 不稳定 是 是 Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 4HNO3(浓)+C=4NO2↑+CO2↑+2H2O 任务一 探究硝酸的性质 三、硝酸的用途 炸药、医药、硝化纤维塑料，化肥等 炸药 硝化纤维塑料 任务一 探究硝酸的性质 四、硝酸的工业制法 工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸： N2 H2O NO NO2 HNO3 H2 O2 O2 NH3 1.试写出以下每一步转化的反应方程式。 2.分析上述每一步反应中氮元素化合价的变化，指出氮元素发生的是氧化反应还是还原反应。 任务一 探究硝酸的性质 写出有关化学方程式: N2→NH3: ________________________________________。 NH3→NO: _______________________________________。 NO→NO2: _______________________________________。 NO2→HNO3: _____________________________________。 氮气发生还原反应 氨气发生氧化反应 NO发生氧化反应 NO2既发生氧化反应也发生还原反应 4NH3+5O2 4NO+6H2O 2NO+O2 = 2NO2 3NO2+H2O = 2HNO3+NO N2+3H2 2NH3 高温高压 催化剂 学习评价 1．硝酸被称为“国防工业之母”是因为它是制取炸药的重要原 料。下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是(　　) A．浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后褪色——酸性和强氧化性 B．不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性 C．要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性 D．能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去——强氧化性 D 学习评价 2. 下列各组中的两物质作用时，反应条件或反应物用量的改变，对生成物没有影响的是(　　) A．Na与O2　　　 B．Fe和FeCl3 C．NaOH与CO2 D．Cu与HNO3 B 学习评价 3. 某学习小组为研究铜与浓、稀硝酸反应的差异，设计了如图所示的实验装置。 下列说法不正确的是(　　) A．反应开始前通入过量的CO2气体，目的是排除装置内的空气 B．A中的离子方程式为：Cu＋2NO3－＋4H＋= Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O C．当B中0.03 mol铜粉被氧化时，B中产生的NO气体大于0.02 mol D．C装置中装入一定量的水进行尾气处理 D 学习评价 4. 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 D 任务二 酸雨的危害和防治 一、酸雨的概念和成因 酸雨：主要指 pH小于5.6 的雨水，其主要是含有硫酸和硝酸。 S SO2 SO3 H2SO4 硫酸型酸雨：煤、石油等化石燃料的燃烧和某些含硫的金属矿物的冶炼 硝酸型酸雨：汽车尾气以及硝酸工业废气等 成因：主要是大气中的SO2与NOx溶于水形成的。 NO HNO3 N2 NO2 任务二 酸雨的危害和防治 二、酸雨的危害 酸雨有很大的危害，其pH小于5.6，能直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化，还会加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。 酸雨腐蚀过的雕像 酸雨腐蚀过的森林 任务二 酸雨的危害和防治 三、酸雨的防治 ①调整能源结构，发展清洁能源； ②研究煤的脱硫技术，改进燃烧技术，减少SO2的排放； ③加强工业废气的回收处理； ④改进汽车尾气的处理技术，提高汽车尾气排放标准。 任务二 酸雨的危害和防治 ①钙基固硫法：将生石灰和含硫的煤混合燃烧，S转化为CaSO4。 反应原理：CaO + SO2 = CaSO3、2CaSO3 + O2 = 2CaSO4 (生产石膏) 总反应：2CaO + 2SO2 + O2 = 2CaSO4 ②氨水脱硫法：将SO2通过氨水并被氧化生成氮肥(NH4)2SO4。 反应原理：2NH3·H2O + SO2 = (NH4)2SO3 + H2O、2(NH4)2SO3 + O2 = 2(NH4)2SO4 ③碱液吸收法：SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O。 ①碱液吸收法 2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O、NO2 + NO + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O 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： NOx和NH3或CO在高温和催化剂的条件下反应生成N2。 SO2的消除方法 NOx的消除 探究课堂 常见的环境污染 环境污染 形成原因 主要危害 温室效应 大气中CO2含量不断增加 全球变暖，冰川融化 酸雨 SO2和氮氧化物的排放 土壤酸化，腐蚀建筑物 光化学烟雾 氮氧化物和碳氢化合物的排放 危害人体健康和植物生长 臭氧空洞 氮氧化物和氟氯代烃的排放 地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧 赤潮和水华 含磷洗衣粉的大量使用及废水的任意排放 使藻类过度繁殖，水质恶化，发生在海水中为赤潮，淡水中为水华 白色污染 聚乙烯塑料的大量使用、任意丢弃 破坏土壤结构和生态环境 学习评价 5．C、N、S的氧化物中许多是工业上重要的化工原料，但是当它们分散到空气中时，会带来很多环境问题。下列有关这些元素的氧化物说法不正确的是 ( )   A. 开发太阳能、水能、风能、氢能等有利于减少这些氧化物的产生 B. 这些氧化物使雨水的，我们把的雨水称之为酸雨 C. N的氧化物是造成光化学烟雾的主要原因 D. 温室效应与二氧化碳的排放有着直接的关系 B 学习评价 A 6. 目前，汽车尾气系统中均安装了催化转化器(含有催化 剂)，在催化剂作用下，尾气中CO和NO发生反应，其微观过程如 图所示。下列说法错误的是（ ） A．CO和NO在催化剂表面反应过程的顺序为①②③④⑤ B．该反应属于氧化还原反应 C．反应中CO和NO的物质的量比为1∶1 D．反应前后涉及3种氧化物 学习评价 7. 某企业利用下列流程综合处理工厂排放的含有SO2的烟气，以减少其对环境造成的污染。下列有关说法正确的是 A A. 二氧化硫吸收塔中发生的反应为SO2+SO32-+H2O=2HSO3- B. 氨气吸收塔中发生的反应为HSO3-+OH-=H2O+SO32- C. 上述流程利用的是氧化还原反应原理 D. 述流程中二氧化硫可循环利用 课堂小结 硝酸 物理 性质 无色（久置可能呈黄色）、易挥发、有刺激性气味的液体，密度比水大，与水任意比互溶 化学 性质 酸通性、不稳定性、强氧化性（与不活泼金属如Cu、非金属如C、N、S反应） 酸雨及防治 定义 成因 防治 方法 调整能源结构，积极开发新能源； 研究脱硫、燃烧技术；种植能够吸收SO2的有关树木等。 pH小于5.6 的雨水；二氧化硫、氮氧化物以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于雨水 Lavf58.30.100 $$