5.2 氮及其化合物 第3课时 课件 -2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

人教版(2019)·必修第二册 第3课时 硝酸、酸雨的防治 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 情境引入 2023年2月14日，美国亚利桑那州图森市高速公路一铝槽车侧翻，引发危险物质硝酸泄漏，产生大量红棕色烟雾，现场可闻到刺鼻的气味。消防人员运来纯碱进行处理，以防止其扩散造成更大危害。 情境引入 问题1：根据新闻描述，硝酸应具有怎样的物理性质？ 问题2：联系氮氧化物的知识，结合化学用语解释现场为何会看到大量红棕色烟雾？ 问题3：对比铜与浓、稀硫酸的反应，结合视频中提到的硝酸是强氧化性酸，推测铜是否能与浓、稀硝酸发生反应，并用化学用语进行解释。 问题5：结合浓硫酸的化学性质，继续从元素价态角度预测硝酸还能与哪些物质发生反应。 问题4：类比浓硫酸的化学性质，思考运输浓硝酸为什么可以用铝槽车? 问题6：消防人员用纯碱对硝酸进行处理，体现硝酸的什么性质？从物质类别角度，对该性质进行归纳和总结。 硝酸的物理性质 1 情境引入 问题1：根据新闻描述，硝酸应具有怎样的物理性质？ 问题2：联系氮氧化物的知识，结合化学用语解释现场为何会看到大量红棕色烟雾？ 问题3：对比铜与浓、稀硫酸的反应，结合视频中提到的硝酸是强氧化性酸，推测铜是否能与浓、稀硝酸发生反应，并用化学用语进行解释。 问题5：结合浓硫酸的化学性质，继续从元素价态角度预测硝酸还能与哪些物质发生反应。 问题4：类比浓硫酸的化学性质，思考运输浓硝酸为什么可以用铝槽车? 问题6：消防人员用纯碱对硝酸进行处理，体现硝酸的什么性质？从物质类别角度，对该性质进行归纳和总结。 环节一·硝酸的物理性质 硝酸 颜色 气味 状态 溶解性 无色 液体 刺激性 气味 与水可任 意互溶 (沸点 83℃) 浓硝酸易挥发 密度 大于 水 【知识延伸】质量分数为68%的硝酸为浓硝酸； 质量分数为98%以上的硝酸为“发烟硝酸”。 【注意】硝酸具有腐蚀性和挥发性，使用时须注意防护和通风。 吸入硝酸酸雾会腐蚀呼吸道，严重会引起急性中毒！ 形成白雾 硝酸的化学性质 1 情境引入 问题1：根据新闻描述，硝酸应具有怎样的物理性质？ 问题2：联系氮氧化物的知识，结合化学用语解释现场为何会看到大量红棕色烟雾？ 问题3：对比铜与浓、稀硫酸的反应，结合视频中提到的硝酸是强氧化性酸，推测铜是否能与浓、稀硝酸发生反应，并用化学用语进行解释。 问题5：结合浓硫酸的化学性质，继续从元素价态角度预测硝酸还能与哪些物质发生反应。 问题4：类比浓硫酸的化学性质，思考运输浓硝酸为什么可以用铝槽车? 问题6：消防人员用纯碱对硝酸进行处理，体现硝酸的什么性质？从物质类别角度，对该性质进行归纳和总结。 环节二·硝酸的化学性质 1.不稳定性——见光或受热易分解 4NO2↑＋O2↑＋2H2O 4HNO3 光照或 如何除去浓硝酸中的“黄色”？ 该如何保存硝酸？ (久置的硝酸呈黄色：硝酸分解生成的NO2溶于硝酸中) 往浓硝酸中通入足量的氧气，使NO2转化为硝酸。 浓硝酸应保存在棕色细口瓶中，并放置于阴凉处 情境引入 问题1：根据新闻描述，硝酸应具有怎样的物理性质？ 问题2：联系氮氧化物的知识，结合化学用语解释现场为何会看到大量红棕色烟雾？ 问题3：对比铜与浓、稀硫酸的反应，结合视频中提到的硝酸是强氧化性酸，推测铜是否能与浓、稀硝酸发生反应，并用化学用语进行解释。 问题5：结合浓硫酸的化学性质，继续从元素价态角度预测硝酸还能与哪些物质发生反应。 问题4：类比浓硫酸的化学性质，思考运输浓硝酸为什么可以用铝槽车? 问题6：消防人员用纯碱对硝酸进行处理，体现硝酸的什么性质？从物质类别角度，对该性质进行归纳和总结。 环节二·硝酸的化学性质 2.强氧化性 (1)与金属反应 ①与Cu反应 【类比思考】类比浓硫酸与金属的反应，能否预测硝酸与金属反应的一般规律？ 尾气处理，防止污染空气 控制反应的发生和停止 环节二·硝酸的化学性质 ①与Cu反应 浓硝酸 稀硝酸 实验现象 固体： 液体： 气体： 固体： 液体： 气体： 实验结论 铜片快速溶解 溶液变绿 产生大量红棕色气体 铜片缓慢溶解 溶液变蓝 试管口有红棕色气体生成 【思考1】浓硝酸和铜反应后溶液为什么呈绿色？ Cu与HNO3 反应均生成Cu2+，浓硝酸生成NO2，稀硝酸生成NO NO2溶解在溶液中呈黄色，硝酸铜溶液呈蓝色，根据光学原理，蓝色和黄色的混合色为绿色 环节二·硝酸的化学性质 ①与Cu反应 Cu + 4HNO3(浓) =Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O 3Cu+8HNO3(稀)= 3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O 【问题1】请用单线桥分析上述两个化方，在上述反应中HNO3体现什么性质？ 【问题2】上述两个反应为离子反应吗？若是，请将其改写为离子方程式。 酸性和强氧化性 Cu + 4H+ + 2NO3- = Cu2+ + 2NO2↑ + 2H2O 3Cu + 8H+ + 2NO3- = 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O 环节二·硝酸的化学性质 ①与Cu反应 【问题3】对比实验现象及所学物质性质，比较浓HNO3、稀HNO3、浓H2SO4、稀H2SO4的氧化性强弱。 浓HNO3 > 稀HNO3 > 浓H2SO4 > 稀H2SO4 【思考2】能否由HNO3还原产物的价态高低，即N原子得电子数目来比较浓、稀硝酸的氧化性强弱呢？ 环节二·硝酸的化学性质 【思考3】分析某金属与不同浓度硝酸反应对应还原产物的关系图，可以得出哪些结论？ 【结论2】硝酸越浓，氧化性越强，对应还原产物价态越高，一般浓硝酸对应生成NO2，稀硝酸对应生成NO(高中阶段，除给信息，否则均按一般规律)。 【结论1】同一浓度硝酸反应，还原产物的多样性。 环节二·硝酸的化学性质 ①与Cu反应 【问题4】①一定量铜放入浓硝酸后，铜有剩余，推测产生的气体成分？ ②再向其中加入少量的稀硫酸，金属铜还会继续溶解吗？ 气体为NO2和NO的混合气体 加入稀硫酸后，铜能继续溶解 中/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。 故，在酸性条件下，NO3-与Fe2+、I-、S2-、SO32-等还原性离子不共存 环节二·硝酸的化学性质 ①与Cu反应 【思考4】稀硝酸、Cu、稀硫酸以怎样的物质的量混合，可以使HNO3 完全体现氧化性? 3Cu + 8H+ + 2NO3- = 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O 情境引入 问题1：根据新闻描述，硝酸应具有怎样的物理性质？ 问题2：联系氮氧化物的知识，结合化学用语解释现场为何会看到大量红棕色烟雾？ 问题3：对比铜与浓、稀硫酸的反应，结合视频中提到的硝酸是强氧化性酸，推测铜是否能与浓、稀硝酸发生反应，并用化学用语进行解释。 问题5：结合浓硫酸的化学性质，继续从元素价态角度预测硝酸还能与哪些物质发生反应。 问题4：类比浓硫酸的化学性质，思考运输浓硝酸为什么可以用铝槽车? 问题6：消防人员用纯碱对硝酸进行处理，体现硝酸的什么性质？从物质类别角度，对该性质进行归纳和总结。 环节二·硝酸的化学性质 2.强氧化性 (1)与金属反应 ②浓硝酸与Fe、Al常温下钝化 可用铁或铝制容器来盛装浓硝酸、浓硫酸 ✪ 特别注意：加热会反应 Fe+6HNO3(浓) === Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O 加热 Al + 6HNO3(浓) === Al(NO3)3+ 3NO2↑+ 3H2O 加热 环节二·硝酸的化学性质 ③与Fe反应 【思考5】铁在常温下可以和稀硝酸反应，写出下列反应的化学方程式： ①少量铁粉加入稀硝酸中： ②足量铁粉加入稀硝酸中： Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O 3Fe(过量)＋8HNO3(稀)=== 3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 环节二·硝酸的化学性质 2.强氧化性 【拓展】硝酸与金属反应 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 环节二·硝酸的化学性质 浓稀硝酸都有强氧化性：浓硝酸＞稀硝酸，将变价金属氧化至高价 浓度不同，产物不同，高中阶段认为一般浓硝酸的还原产物是NO2，稀硝酸的还原产物是NO(稀硝酸的还原产物为N2O、N2甚至NH4+ ，极活泼金属如Mg与极稀硝酸可能得到H2) 除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属，且一般不需加热 常温下，Al、Fe在浓硫酸或浓硝酸中钝化 2.强氧化性 【总结】硝酸与金属反应 Zn + HNO3(极稀) —— Zn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O 环节二·硝酸的化学性质 2.强氧化性 王水又称“王酸”，是一种腐蚀性非常强、冒黄色雾的液体，是由浓盐酸(HCl)和浓硝酸(HNO₃)按体积比为3:1组成的混合物 王水中含有硝酸、氯气和氯化亚硝酰等强氧化剂，同时还含有高浓度的氯离子。正因为如此，王水的氧化能力比硝酸强，不溶于硝酸的金，却可以溶解在王水中 情境引入 问题1：根据新闻描述，硝酸应具有怎样的物理性质？ 问题2：联系氮氧化物的知识，结合化学用语解释现场为何会看到大量红棕色烟雾？ 问题3：对比铜与浓、稀硫酸的反应，结合视频中提到的硝酸是强氧化性酸，推测铜是否能与浓、稀硝酸发生反应，并用化学用语进行解释。 问题5：结合浓硫酸的化学性质，继续从元素价态角度预测硝酸还能与哪些物质发生反应。 问题4：类比浓硫酸的化学性质，思考运输浓硝酸为什么可以用铝槽车? 问题6：消防人员用纯碱对硝酸进行处理，体现硝酸的什么性质？从物质类别角度，对该性质进行归纳和总结。 环节二·硝酸的化学性质 2.强氧化性 (2)与非金属反应 ①浓硝酸与C的反应: ②浓硝酸与S的反应: 【小结】与非金属反应，非金属对应的产物是 ，硝酸对应的产物一般为NO2。 最高价氧化物或 最高价含氧酸 环节二·硝酸的化学性质 2.强氧化性 (3)与还原性化合物反应 常见还原性物质： H2S、SO2、SO32-、I-、Fe2+、Brˉ等 【实战演练】写出稀硝酸与FeSO4反应的离子方程式 3Fe2+ + 4H+ + NO3- === 3Fe3+ + NO↑ + 2H2O 情境引入 问题1：根据新闻描述，硝酸应具有怎样的物理性质？ 问题2：联系氮氧化物的知识，结合化学用语解释现场为何会看到大量红棕色烟雾？ 问题3：对比铜与浓、稀硫酸的反应，结合视频中提到的硝酸是强氧化性酸，推测铜是否能与浓、稀硝酸发生反应，并用化学用语进行解释。 问题5：结合浓硫酸的化学性质，继续从元素价态角度预测硝酸还能与哪些物质发生反应。 问题4：类比浓硫酸的化学性质，思考运输浓硝酸为什么可以用铝槽车? 问题6：消防人员用纯碱对硝酸进行处理，体现硝酸的什么性质？从物质类别角度，对该性质进行归纳和总结。 环节二·硝酸的化学性质 3.酸性 HNO3 === H+ + NO3- Na2O + 2H+===2Na+ + H2O OH- + H+===H2O 与非还原性碱反应(如NaOH) 与非还原性碱氧反应(如Na2O) 与非还原性盐反应(如CaCO3) CaCO3 + 2H+ === Ca2+ + CO2↑ + H2O 酸的通性 环节二·硝酸的化学性质 3.酸性 【思考6】硝酸与活泼金属反应能产生H2吗？ 硝酸与金属反应不能生成氢气。硝酸浓度不同，其还原产物不同，一般情况下，浓硝酸被还原为NO2，稀硝酸被还原为NO 【思考7】若把浓硝酸滴加到石蕊溶液中，有何现象？出现该现象的原因是什么？ 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。 硝酸的工业制法 1 环节三·硝酸的工业制法 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： N2→NH3: ________________________________。 NH3→NO: _______________________________。 NO→NO2: _______________________________。 NO2→HNO3: _____________________________。 N2+3H2 2NH3 高温高压 催化剂 4NH3+5O2 4NO+6H2O 2NO+O2===2NO2 3NO2+H2O===2HNO3+NO 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 酸雨及其防治 1 环节四·酸雨及其防治 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。 煤燃烧 这些气体对空气和我们的生活环境能造成什么影响呢？ 环节四·酸雨及其防治 雨水一般呈弱酸性， pH≈5.6 CO2+H2O H2CO3 SO2、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形成酸雨 酸雨：pH＜5.6 的雨水 环节四·酸雨及其防治 S SO2 SO3 H2SO4 硫酸型酸雨： 硝酸型酸雨： NO HNO3 N2 NO2 S SO2 H2SO3 H2SO4 环节四·酸雨及其防治 导致地下水中重金属元素含量增加，污染水源 直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化 加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀 酸雨的危害 环节四·酸雨及其防治 ①消除污染源，改变能源结构，开发利用清洁能源 酸雨的防治 环节四·酸雨及其防治 ②研究煤的脱硫、燃烧技术，减少SO2排放 酸雨的防治 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。 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。 环节四·酸雨及其防治 ③改进汽车尾气的处理技术，控制尾气排放 酸雨的防治 4NH3+6NO ==== 5N2+6H2O 催化剂 高温 2NO(g)+2CO(g) ==== 2CO2(g)+N2(g) 催化剂 高温 【催化还原法除NOX】 金属和硝酸反应的计算 1 环节五·金属和硝酸反应的计算 【方法介绍】 Cu + 4HNO3(浓) =Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O 3Cu+8HNO3(稀)= 3Cu(NO3)2 +2NO↑+4H2O 1. N原子守恒：　 2. 电子转移守恒(假设还原产物为NO2、NO)： n(HNO3)消耗＝n(NO2)＋n(NO)＋2n[Cu(NO3)2]。 2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO) 3. 电荷守恒： 若HNO3不过量，则n(NO3-)＝2n(Cu2＋)。 若HNO3过量，则n(NO3-)＝2n(Cu2＋)＋n(H＋)。 2. 电子转移守恒(假设还原产物为NO2、NO)： 2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO) 3. 电荷守恒： 若HNO3不过量，则n(NO3-)＝2n(Cu2＋)。 若HNO3过量，则n(NO3-)＝2n(Cu2＋)＋n(H＋)。 环节五·金属和硝酸反应的计算 【方法介绍】 4. 离子方程式解决混酸问题　 Cu + 4H+ + 2NO3- = Cu2+ + 2NO2↑ + 2H2O 3Cu + 8H+ + 2NO3- = 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O 先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NO3-进行相关计算，且要符合电荷守恒。 环节五·金属和硝酸反应的计算 【例1】将32 g铜(Cu-64)与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生标准状况下的NO和NO2混合气体共11.2 L。请回答下列问题： (1)产生NO的体积为____________L，NO2的体积为____________L (标准状况下)。 (2)参加反应的HNO3物质的量是____________。 环节五·金属和硝酸反应的计算 【例1】将32 g铜(Cu-64)与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生标准状况下的NO和NO2混合气体共11.2 L。请回答下列问题： (3)待反应结束后，向溶液中加入V mL a mol·L－1氢氧化钠溶液，恰好使溶液中的Cu2＋全部转化为沉淀，则原硝酸的浓度为____________mol·L－1。 (4)欲使铜与硝酸反应生成的气体在氢氧化钠溶液中全部转化为硝酸钠，至少需要双氧水________g。 环节五·金属和硝酸反应的计算 【例2】现有稀硫酸和稀硝酸的混合溶液，已知其中稀硫酸的浓度为3 mol·L－1，稀硝酸的浓度为2 mol·L－1。取10 mL该混合溶液，向其中加入过量铁粉，反应结束后，在标准状况下可收集到的气体体积为(假设HNO3只被还原为NO)(　　) A．0.244 L　　　　 B．0.896 L C．0.672 L D．0.448 L √ S＋6HNO3(浓)H2SO4＋6NO2↑＋2H2O C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O $$