第5章 第2节 课时3 硝酸 酸雨及防治-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单选）

第3课时　硝酸　酸雨及防治 学习目标 素养解读 1.掌握硝酸的物理性质和化学性质。 2．认识二氧化硫、氮氧化物为大气污染物，了解人类活动对氮循环的影响，知道造成酸雨等环境问题的原因。 3．了解如何减少氮氧化物的排放，树立环境保护意识 1.能从物质类别、氮元素化合价的角度认识硝酸及含氮物质间的相互转化，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。 2．了解酸雨的形成、危害及其防治，增强环保意识，促进“科学态度与社会责任”化学核心素养的发展 任务一　硝酸 实验室中能否用活泼金属与硝酸溶液反应制取氢气？为什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：硝酸具有强氧化性，与活泼金属反应不能生成氢气，而是硝酸根离子被还原。 1．硝酸的物理性质 硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。 2．硝酸的化学性质 (1)不稳定性 ①浓硝酸见光或受热易分解，化学方程式为4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。 ②保存：一般将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处。 [点拨]浓硝酸呈现黄色，是浓硝酸分解生成的NO2溶于浓硝酸造成的。 (2)强氧化性 ①与金属铜反应 实验物质 稀硝酸 浓硝酸 实验装置 实验现象 试管内开始产生少量无色气体，反应逐渐加快，气体在试管口变为红棕色，溶液逐渐变蓝，铜丝逐渐变细 试管内产生大量红棕色气体，溶液逐渐变蓝，铜丝逐渐变细 化学方程式 8HNO3(稀)＋3Cu=== 3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O ②与Fe、Al反应 常温下，浓硝酸可使铁、铝表面形成一层致密的氧化物薄膜，即使Fe、Al钝化，所以可以用铁或铝制容器来盛装浓硝酸。当加热时，Fe、Al会与浓硝酸发生反应。 [拓展]浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为1∶3)叫做王水，能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。 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： ①N2＋3H22NH3，N2发生还原反应。 ②4NH3＋5O24NO＋6H2O，NH3发生氧化反应。 ③2NO＋O2===2NO2，NO发生氧化反应。 ④3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，NO2既发生氧化反应，又发生还原反应。 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。 【易错辨析】 (1)在酸性溶液中，Fe2+、和H＋因发生氧化还原反应而不能大量共存(√) (2)浓HNO3使紫色石蕊溶液先变红后褪色(√) (3)稀硝酸可溶解Fe(OH)2生成Fe(NO3)2和水(×) (4)HNO3的酸性强于H2SO3，故稀硝酸与Na2SO3固体反应生成SO2(×) (5)过量的铜和一定量浓硝酸反应，生成的气体只有二氧化氮(×) (6)常温下，将铝片放入浓硝酸，无明显现象，是因为铝和浓硝酸不反应(×) 实验室利用具支试管进行浓、稀硝酸与铜的反应实验。浓、稀硝酸分别与铜反应时，产生不同的现象。请结合实验条件差别，分析产生不同现象的原因。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：浓硝酸中c(HNO3)大于稀硝酸，浓硝酸与铜在常温下能迅速反应，生成红棕色的NO2气体，Cu(NO3)2溶液显蓝色，当溶液中溶解较多NO2时，混合溶液显绿色；稀硝酸与铜在常温下缓慢反应，生成无色的NO气体，随着反应进行，溶液温度升高，反应变快，NO与少量O2反应生成红棕色的NO2，Cu(NO3)2溶液显蓝色。 【要点归纳】 硝酸的强氧化性 1．规律 (1)硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强。 (2)硝酸作氧化剂的反应中，还原剂一般被氧化成最高价态。 2．表现 (1)硝酸与金属的反应 ①除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属，如3Ag＋4HNO3(稀)===3AgNO3＋NO↑＋2H2O。 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，可能是NO2、N2O、NO、N2、等。 ③常温下，浓硝酸能使Fe、Al钝化；加热时可以与Fe、Al发生反应。 (2)硝酸与非金属的反应 ①反应规律：非金属单质＋浓硝酸―→最高价氧化物或其含氧酸＋NO2↑＋H2O； ②实例：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。 (3)硝酸与还原性化合物的反应 HI、HBr、SO2、Fe2+、FeO、Br－、I－、S2-、等还原性化合物或离子均能被HNO3氧化。 3．应用——硝酸与金属反应的相关计算 (1)原子守恒法 即：n(HNO3)消耗＝x·n[M(NO3)x]＋n(NO2)＋n(NO)。 (2)电子守恒法 HNO3中氮原子得到的电子的物质的量等于金属失去的电子的物质的量，即金属失电子的物质的量＝n(NO2)＋3n(NO)。 (3)电荷守恒法 HNO3过量时，反应后溶液中(不考虑OH－)有：＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。 (4)离子方程式法 金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先作过量判断，然后根据完全反应的金属、H＋或进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。 【典例分析】 【典例1】 将9 g铜和铁的混合物投入100 mL稀硝酸中，充分反应后得到标准状况下1.12 L NO，剩余4.8 g金属；继续加入100 mL等浓度的稀硝酸，金属完全溶解，又得到标准状况下1.12 L NO。若向反应后的溶液中加入KSCN溶液，溶液不变红，则下列说法不正确的是(　　) A．原混合物中铜和铁各0.075 mol B．稀硝酸的物质的量浓度为2.0 mol·L-1 C．第一次剩余的4.8 g金属为铜 D．向反应后的溶液中再加入该稀硝酸100 mL，又得到标准状况下的NO 1.12 L 解析：选D。整个过程可以看作是9 g铜和铁的混合物与200 mL硝酸反应生成0.1 mol NO，金属完全溶解，向反应后的溶液中加入KSCN溶液，溶液不变红，说明生成硝酸亚铁、硝酸铜，且硝酸完全反应，发生反应的化学方程式为3Fe＋8HNO3===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，3Cu＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，设铁为x mol，铜为y mol，根据二者质量与生成NO的体积列方程，有56x＋64y＝9、(x＋y)＝，联立方程，解得：x＝0.075、y＝0.075。由上述分析可知，原混合物中铜和铁各0.075 mol，A正确；根据化学方程式可知，n(HNO3)＝0.4 mol，稀硝酸的物质的量浓度为＝2 mol/L，B正确；9 g混合物中含铁质量为0.075 mol×56 g/mol＝4.2 g，含铜质量为0.075 mol×64 g/mol＝4.8 g，故第一次剩余金属4.8 g为Cu的质量，C正确；再加入100 mL该稀硝酸，亚铁离子与硝酸反应生成NO与硝酸铁，溶液中亚铁离子为0.075 mol，根据电子转移守恒可知，亚铁离子完全反应，所以再加硝酸生成NO为＝0.025 mol，其体积为0.025 mol×22.4 L/mol＝0.56 L，D错误。 【对点练】 1.将铜丝插入浓硝酸中进行如图所示的实验，下列说法正确的是(　　) A．装置a中出现红棕色气体，只体现HNO3的酸性 B．一段时间后抽出铜丝，向装置b中U形管内注入水，液体在U形管内在逐渐变成蓝色 C．注入水后装置b中铜片表面产生气泡，说明Cu与硝酸生成H2 D．装置c用NaOH吸收尾气，说明NO和NO2均是酸性氧化物 解析：选B。铜与浓硝酸反应生成红棕色的二氧化氮气体和硝酸铜，体现了硝酸的强氧化性和酸性，A错误；装置b中有铜与浓硝酸反应生成的二氧化氮气体及挥发出的硝酸，向其中注入水，二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮，而硝酸可将铜片氧化为硝酸铜，则U形管内液体逐渐变成蓝色，B正确；注入水后装置b中铜片表面产生气泡，说明铜片与稀硝酸反应生成了NO气体，C错误；酸性氧化物是指和碱反应只能生成盐和水的氧化物，NO和NO2均不是酸性氧化物，D错误。 2．向27.2 g Cu和Cu2O的混合物中加入0.5 L某浓度的稀硝酸，固体物质完全反应，生成NO和Cu(NO3)2。在所得溶液中加入1.0 L 1.0 mol/L的NaOH溶液，此时溶液呈中性，金属离子已完全沉淀，沉淀质量为39.2 g。下列说法不正确的是(　　) A．Cu与Cu2O的物质的量之比为2∶1 B．硝酸的物质的量的浓度为2.6 mol/L C．产生的NO在标准状况下的体积为4.48 L D．Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余的HNO3为0.2 mol 解析：选B。设Cu和Cu2O的物质的量分别为x、y，最后得到的39.2 g沉淀为Cu(OH)2，则有64x＋144y＝27.2 g，(x＋2y)×98 g/mol＝39.2 g，联立两式解得：x＝0.2，y＝0.1，故Cu与Cu2O的物质的量之比为0.2 mol∶0.1 mol＝2∶1，A正确；据Cu原子守恒可知，反应生成Cu(NO3)2的物质的量为0.2 mol＋0.1 mol×2＝0.4 mol，反应中失电子的总物质的量为0.2 mol×2＋0.1 mol×2＝0.6 mol，据得失电子守恒推知，反应生成NO为0.2 mol，NO在标准状况下的体积为0.2 mol×22.4 L/mol＝4.48 L，C正确；金属离子恰好沉淀时，溶液中的溶质为NaNO3，原硝酸溶液中n(HNO3)＝n(NaNO3)＋n(NO)＝1.0 mol/L×1.0 L＋0.2 mol＝1.2 mol，故c(HNO3)＝＝2.4 mol/L，B错误；结合N原子守恒可知，Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余的HNO3为n(NaNO3)－2n[Cu(NO3)2]＝1.0 mol－2×0.4 mol＝0.2 mol，D正确。 任务二　酸雨及防治 用化学方程式分别解释硫酸型酸雨和硝酸型酸雨的形成过程。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：硫酸型酸雨：2SO2＋O22SO3、SO3＋H2O===H2SO4或SO2＋H2O⥫⥬H2SO3、2H2SO3＋O2===2H2SO4。硝酸型酸雨：2NO＋O2===2NO2、3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。 1．SO2与NOx的主要来源 (1)SO2主要来自煤、石油的燃烧和含硫金属矿物的冶炼。 (2)NOx主要来自机动车尾气(高温条件下空气中氮气和氧气反应生成氮氧化物)。 2．酸雨 (1)概念：pH<5.6的雨水。 (2)成因：主要是大气中的SO2和NOx以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于雨水形成的。 (3)危害 ①直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化。 ②加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。 (4)防治 工业废气排放到大气中之前，必须进行适当处理，防止有害物质污染大气，并充分利用原料 [拓展]常见的SO2和NOx的处理方法 (1)含有SO2的废气的处理方法 ①钙基固硫法 工业上常用生石灰和含硫的煤混合燃烧，化学方程式为： CaO＋SO2CaSO3 2CaSO3＋O22CaSO4 2CaO＋2SO2＋O22CaSO4(总反应) ②氨水脱硫法 用雾化的氨水与烟气中的SO2直接接触吸收SO2，化学方程式为： 2NH3＋SO2＋H2O===(NH4)2SO3 2(NH4)2SO3＋O2===2(NH4)2SO4 (2)含有NOx的废气的处理方法 ①碱液吸收法 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O [注意]NO2和NO的混合气体能被足量的烧碱溶液完全吸收的条件：n(NO2)≥n(NO)。该方法一般适合工业尾气中NOx的处理。 ②催化转化法 在催化剂、加热的条件下，NOx通过与NH3或CO反应转化为无毒气体N2。该方法一般适用于汽车尾气的处理。如6NO＋4NH35N2＋6H2O。 【对点练】 3.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 解析：选B。酸雨主要是由SO2、NO2等气体引起的，A错误；向煤中加入生石灰，CaO＋SO2===CaSO3，2CaSO3＋O22CaSO4，C错误；2CO＋2NO2CO2＋N2，防止发生NOHNO3，利于酸雨的防治，D错误。 4．(2024·浙江二模)为避免硝酸生产尾气中的氮氧化物污染环境，人们开 发了溶液吸收、催化还原等尾气处理方法。后者常采用NH3作还原剂，其反应之一为8NH3＋6NO27N2＋12H2O，下列说法不正确的是(NA为阿伏加德罗常数)(　　) A．氧化产物与还原产物的质量比为3∶4 B．生成1 mol水转移电子的数目为2NA C．可使用Na2CO3溶液吸收氮氧化物 D．氮氧化物的排放可形成酸雨 解析：选A。NH3的N元素化合价上升发生氧化反应，NO2的N元素化合价下降发生还原反应，则氧化产物与还原产物的质量比为8∶6＝4∶3，A错误；8NH3＋6NO27N2＋12H2O中NH3的N元素化合价由－3价上升到0价，转移24个电子生成12个H2O，生成1 mol水转移电子的数目为2NA，B正确；氮氧化物可以被碱性溶液Na2CO3溶液吸收，C正确；大气中氮氧化物积累过多，最终会生成硝酸，硝酸溶解在雨水中形成酸雨，D正确。 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是(　　) A．稀硝酸使紫色石蕊溶液变红——酸性 B．铁与稀硝酸反应不能放出氢气——强氧化性 C．要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性 D．氢氧化亚铁固体与稀硝酸混合——仅强酸性 解析：选D。稀硝酸具有酸性，能与氢氧化亚铁发生中和反应，但硝酸同时具有强氧化性，会把反应产生的Fe2+氧化为Fe3+，不仅仅表现酸性，D错误。 2．某学习小组为研究铜与浓、稀硝酸反应的差异，设计了下图所示的实验装置。 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装置中的离子方程式为Cu＋＋4H＋===Cu2+＋2NO2↑＋2H2O C．当试管B中0.03 mol铜粉被氧化时，试管B中产生的NO气体大于0.02 mol D．在C装置中装入一定量的水来进行尾气处理 解析：选D。研究铜与浓、稀硝酸反应的差异时，先利用二氧化碳将装置中的空气排出，防止Cu与稀硝酸反应生成的NO被氧化；滴加浓硝酸时Cu与浓硝酸反应生成二氧化氮，二氧化氮在试管B中发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO、3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；试管C中收集到NO气体，最后进行尾气处理。 3．将6.4 g铜投入30 mL一定浓度的硝酸中，恰好完全反应，产生标准状况下的NO和NO2混合气体共2.24 L。下列叙述正确的是(　　) A．反应中失去电子的物质的量为0.1 mol B．做氧化剂的硝酸为0.1 mol C．NO体积为0.56 L D．原硝酸浓度为0.3 mol/L 解析：选B。6.4 g Cu的物质的量为0.1 mol，与硝酸恰好反应，生成标准状况下NO和NO2共2.24 L，为0.1 mol，根据电子转移守恒，Cu失去的电子＝N得到的电子，0.1 mol Cu被氧化失去0.2 mol电子，设NO的物质的量为x mol，NO2的物质的量为y mol，故有3x＋y＝0.2 mol和x＋y＝0.1 mol，解得x＝0.05 mol，y＝0.05 mol。反应中Cu被氧化为Cu2+，0.1 mol Cu失去的电子的物质的量为0.2 mol，A错误；做氧化剂的硝酸转化为一氧化氮、二氧化氮，根据氮原子守恒可知，为0.1 mol，B正确； NO体积为0.05 mol×22.4 L/mol＝1.12 L，C错误；根据原子守恒，消耗的硝酸的总物质的量＝起氧化剂作用的硝酸的物质的量＋起酸性作用的硝酸的物质的量，故有n(HNO3)＝n(NO)＋n(NO2)＋2n[Cu(NO3)2]＝0.1＋0.2＝0.3 mol，V＝30 mL，则c(HNO3)＝＝10 mol/L，D错误。 4．汽车尾气主要含有CO2、CO、SO2、NOx等物质，这种尾气逐渐成为城市空气污染的主要来源之一。 (1)汽车尾气对环境的危害主要有_____________________(至少填两种)。 (2)NOx能形成酸雨，写出NO2转化为HNO3的化学方程式：________________。 (3)汽车尾气中的CO、NOx在适宜温度下采用催化转化法处理，使它们相互反应生成参与大气循环的无毒气体。写出NO被CO还原的化学方程式：__________________________________。 (4)用氨可将氮氧化物转化为无毒气体。已知：4NH3＋6NO＋5N2＋6H2O，8NH3＋6NO27N2＋12H2O。同温同压下，3.5 L NH3恰好将3.0 L NO和NO2的混合气体完全转化为N2，则原混合气体中NO和NO2的体积之比是__________。 答案：(1)形成硝酸型酸雨、导致光化学烟雾、产生温室效应(任填两种即可) (2)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　(3)2CO＋2NON2＋2CO2　(4)1∶3 学科网（北京）股份有限公司 $$