5.2氮及其化合物 第5课时 硝酸 课件-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 第5课时 硝酸 第二节 氮及其化合物 硝酸在日常 生活中的用途 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 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？ 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”。 从物质分类和化合价的角度预测硝酸的性质 物质分类 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- 酸的通性 强氧化性 二、硝酸的化学性质 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: +3 +3 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】 3、强氧化性 课本实验【5-8】硝酸与铜的反应 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 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+ 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。 2．稀硝酸与铁反应(铁的常见价态：＋2、＋3) Fe(少量)＋ HNO3(稀) = Fe(过量)＋ HNO3(稀) = Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O 3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 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？ 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）” 【资料卡片】 Au + HNO3 + 4HCl = H[AuCl4] + NO↑ + 2H2O 3Pt+4HNO3+18HCl=3H2[PtCl6]+4NO↑+8H2O （不要求） 0 +3 0 +4 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 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 例题：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(　　) 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中木炭与浓硝酸产生了反应 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 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 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 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。 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 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 五、环境污染与保护 （一）酸雨及防治 1、酸雨：pH＜5.6的降水称为酸雨。（正常雨水的pH约为5.6，这是因为雨水中溶解了 的缘故） CO2 2、酸雨的形成 (1)大气中的 、 及它们在大气中发生反应后的生成物溶于 而形成酸雨。 (2)酸雨的形成过程 二氧化硫 氮氧化物 雨水 Ⅰ、硫酸型酸雨的形成过程： ①SO2→SO3：____________________。 SO3→H2SO4：__________________。 或②SO2→H2SO3：___________________。 H2SO3→H2SO4：______________________。 SO3＋H2O=H2SO4 2H2SO3＋O2=2H2SO4 Ⅱ、硝酸型酸雨形成过程： NO→NO2：_________________。 NO2→HNO3：_________________________。 2NO＋O2=2NO2 3NO2＋H2O=2HNO3＋NO SO2+H2O H2SO3 催化剂 △ 2SO2+O2 2SO3 3.酸雨的危害及防治 (1)酸雨的危害 ①直接 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、运输工具和电缆的 。 ③导致地下水中重金属元素含量增加，污染水源，危害人体健康。 损伤 酸化 腐蚀 酸雨在国外被称为“空中死神” 酸雨洗涤过的森林和雕塑 (2)酸雨的防治 ①消除 ，改变能源结构，开发利用清洁能源，如太阳能、风能、氢能等。 ②对 的排放加以控制，如燃料脱硫处理，废气中二氧化硫回收利用、控制汽车尾气排放等。 ③健全法律法规，严格规定污染物的排放标准，提高环境保护意识。 污染源 酸性物质 （三）其它常见的环境污染 环境污染 主要污染物 主要来源 温室效应 CO2 化石燃料的燃烧 臭氧空洞 氮氧化物、 氟氯代烃 汽车排放的尾气 赤潮 水华 含磷洗衣粉 使用含磷洗衣粉排放的 生活污水和农药、化肥的施用 白色污染 聚氯乙烯等塑料 塑料垃圾 题型：硝酸与金属反应的相关计算 1．硝酸与金属反应的计算方法 (1)“原子守恒法”在解题中的应用 HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，，另一部分HNO3作为氧化剂转化为还原产物，这两部分HNO3中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量。n(HNO3)总＝x·n[M(NO3)x]＋n(NO2)＋n(NO)。 (2)“电子守恒法”在解题中的应用 HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，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”在解题中的应用 HNO3过量时，反应后溶液中(不考虑OH－)有： c(NO )＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。 (4)“离子方程法”在解题中的应用 金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO3- 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或H＋或NO3- 进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。 2．稀硝酸与铁反应(铁的常见价态：＋2、＋3) Fe(少量)＋4HNO3(稀) = Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O； 3Fe(过量)＋8HNO3(稀) = 3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。 1．离子方程式法 在100 mL混合液中，HNO3和H2SO4的物质的量浓度分别是0.4 mol·L-1和0.1 mol·L-1，向该混合液中加入1.92 g铜粉，加热，待充分反应后，所得溶液中Cu2+的物质的量浓度是(忽略溶液体积的变化) A．0.15 mol·L-1 B．0.225 mol·L-1 C．0.35 mol·L-1 D．0.45 mol·L-1 √ 例题1： 例题2：将3.2 g Cu跟30.0 mL 10.0 mol·L－1的HNO3充分反应，还原产物有NO和NO2，若反应后溶液中有a mol H＋，则此时溶液中含NO3- 的物质的量为 A．0.5a mol B．(0.1＋a) mol C．0.1a mol D．2a mol √ 2．电荷守恒法 例题3：将14 g铜银合金与足量的硝酸反应，放出的气体与标准状况下体积为1.12 L的O2混合后再通入水中，恰好全部吸收，则合金中铜的质量为 A．4.8 g B．3.2 g C．6.4 g D．10.8 g √ 3、电子守恒法 例题4：将19.5 g锌粉与一定量的浓硝酸反应生成硝酸盐、水及气体，当锌粉完全反应时收集到11.2 L NO、NO2混合气体(标准状况下，此时NO2按气体近视处理)，则所消耗硝酸的物质的量是 A．1.2 mol B．1.1 mol C．0.9 mol D．0.8 mol √ 4、原子守恒法 例题5：将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生标准状况下的一氧化氮和二氧化氮(按气体处理)混合气体共11.2 L。请回答下列问题： (1)产生一氧化氮的体积为________L(标准状况下)。 5.824 5、综合应用 例题5：将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生标准状况下的一氧化氮和二氧化氮(按气体处理)混合气体共11.2 L。请回答下列问题： 5、综合应用 (2)待反应结束后，向溶液中加入V mL a mol·L－1的氢氧化钠溶液，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(不必化简)。 例题5：将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解，产生标准状况下的一氧化氮和二氧化氮(按气体处理)混合气体共11.2 L。请回答下列问题： 5、综合应用 (3)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，至少需要氧气________mol。 0.255 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 $$