5.2.3 硝酸及酸雨的防治 课件-2024-2025学年下学期高一化学人教版（2019）必修第二册

第五章 化工生产中的重要非金属元素 第二节 氮及其化合物 课时3 硝酸 哪一瓶是纯硝酸 ? 课堂导入 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” 【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 一、硝酸的性质 在空气中形成白雾 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？ 一、硝酸的性质 4HNO3(浓) ===== 4NO2↑+O2↑+2H2O 或光照 △ 1.不稳定性 （久制硝酸由于NO2溶解而使其变黄色。） 【思考1】硝酸该如何保存？ 【思考2】如何去除浓硝酸的黄色？ 向浓硝酸中通入氧气（或空气） 4NO2+O2+2H2O === 4HNO3 2.酸的通性 一元强酸：HNO3 = H＋ + NO3- 与指示剂显色 与碱反应 与碱性氧化物反应 与弱酸盐反应 硝酸 稀硝酸使蓝色石蕊溶液变为红色 浓硝酸使蓝色石蕊溶液先变红后褪色 如NaOH H+ + OH- = H2O 如Na2O 2H＋＋Na2O=2Na＋＋H2O 2H+ + CO32- = H2O + CO2↑ 如Na2CO3 一、硝酸的性质 【思考】回顾浓硫酸，硝酸能与与活泼金属反应生成氢气吗？ 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。 【实验5-8】硝酸与铜反应 一、硝酸的性质 3.强氧化性 铜与浓硝酸反应 铜与稀硝酸反应 现象 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 NO2溶于水呈现黄色，与Cu2+的蓝色复合而呈现绿色 常温下反应剧烈，铜片溶解 ； 有红棕色的气体产生； 溶液变绿。 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+ 一、硝酸的性质 大多数金属(除Au、Pt等少数金属)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？ 一、硝酸的性质 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”。 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。 一、硝酸的性质 ② 与还原性化合物的反应-----如I-、Br-、Fe2+、S2-、SO32- I-、Br-、Fe2+、S2-、SO32-等还原性离子在酸性条件下不能与NO3-大量共存！ I-→I2、Br-→Br2、Fe2+→Fe3+、S2-→S、SO32-→SO42- 3、强氧化性 一、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 【资料卡片】 王水(强水)：浓硝酸和浓盐酸的混合物（体积比为1:3） “三言（盐）一笑（硝）” 一、硝酸的性质 硝酸是重要的化工原料，用于制炸药、染料、医药、硝化纤维，化肥等。 二、硝酸的用途 工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸： 三、硝酸的工业制法 2NO+O2 === 2NO2 3NO2+H2O === 2HNO3+NO N2 + 3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 4NH3＋5O2 ====== 4NO＋6H2O 催化剂 △ 【例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 及时巩固 【例2】 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 及时巩固 1、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 四、酸雨的危害和防治 2、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 四、酸雨的危害和防治 3、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。 四、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 四、酸雨的危害和防治 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 四、酸雨的危害和防治 【例3】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 A 及时巩固 课堂总结 补充：硝酸的相关计算 1、原子守恒法 Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2 ↑ + 2H2O HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用以NO3-的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3物质的量。 n(反应的硝酸)=n(被还原的硝酸)+ n(未被还原的硝酸) = n(被还原的硝酸)+2n(Cu2+) 补充：硝酸的相关计算方法 24 　【例1】25.6mg Cu跟含有1.4×10-3 mol的硝酸恰好完全反应,反应完毕后收集到的气体在标准状况下的体积为 ( ) A．7.84 mL B．13.44 mL 　　C．15.68 mL D．17.92 mL 解析：写出方程式，列出已知数据 n(Cu)=0.4×10-3mol, 则生成0.4×10-3molCu(NO3)2, n(反应的硝酸)=n(被还原的硝酸)+ n(未被还原的硝酸) n(反应的硝酸)=1.4×10-3mol，n(未被还原的硝酸)＝0.4×10-3mol×2 故生成气体n(被还原的硝酸)=1.4×10-3mol－0.4×10-3mol×2＝0.6×10-3mol 气体体积为0.6×10-3×22.4=13.44 mL。 B 补充：硝酸的相关计算方法 2、电子得失守恒法 　　HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。 n(氮原子得电子)=n(金属失电子) 补充：硝酸的相关计算方法 　　【例2】某二价金属与硝酸反应时，金属与硝酸所消耗的物质的量之比为2:5，则HNO3的还原产物是（ ） 　　A.N2O5 B.N2O C.NO D.NO2 B 解析:若二价金属(M)为2mol,生成2molM(NO3)2, 未被还原的硝酸4mol,被还原的硝酸1mol 根据得失电子数相等,HNO3中N元素被还原成+1价,应为N2O；答案B。 补充：硝酸的相关计算方法 3、电荷守恒法 　　HNO3过量时反应后溶液中（不考虑OH-）则有： n(NO3- )=n(H+)+xn(Mx+)(Mx+代表金属离子)。 补充：硝酸的相关计算方法 【例3】3.2 g铜与过量硝酸反应，硝酸被还原为NO2和NO。反应后溶液中含H+ a mol,则此时溶液中含NO3-的物质的量为__________mol。 解析: 反应后的溶液中溶质是:Cu(NO3)2和HNO3。 n(NO3-)=2n(Cu)+n(H+)=2×0.05+a=(0.1+a)mol (a+0.1) 补充：硝酸的相关计算方法 4、利用离子方程式计算法 金属与稀H2SO4、稀HNO3的混合酸反应时，当Cu足量时，不能用硝酸与铜反应的化学方程式计算，应用离子方程式来计算。因为硝酸盐中NO 3- 与H2SO4电离出的H+仍能继续与金属反应，因此此类题目，先作过量判断,然后根据完全反应的离子方程式进行相关计算。 3Cu + 8H++2NO3- = 3Cu2++ 2NO ↑ +4H2O 补充：硝酸的相关计算方法 【例4】1L稀硝酸和稀硫酸的混合液，其物质的量浓度分别为0.1mol/L和0.4mol/L。若向该混合液中加入足量的铜粉，则最多能溶解铜粉的质量为 ( ) 　 A.2.4g　　　B.3.2g　　　C. 6.4g　　　D.9.6g 解析: n(H+)=0.1+0.8=0.9(mol) n(NO3-)=0.1mol 　　　3Cu + 8H+ + 2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O 　　　 3 8 2 　　　 0.9mol 0.1mol 　　　NO3-不足,溶解n(Cu)=0.15mol;m(Cu)=9.6(g) B 补充：硝酸的相关计算方法 1、金属与HNO3反应的计算 2、合金与HNO3反应的计算 5、金属与HNO3反应后，再加NaOH使金属离子沉淀的计算 4、金属与HNO3反应，产生的气体又被O2氧化成HNO3的计算 3、金属与HNO3、H2SO4混酸反应的计算 相关题型 补充：硝酸的相关计算方法 Lavf58.45.100 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$