5.2.3 硝酸 酸雨的防治 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 化工生产中重要非金属元素 第二节 氮及其化合物 课时3 硝酸 酸雨的防治 素养目标 宏观辨识与微观探析： 通过硝酸与不活泼金属、非金属反应，认识硝酸的强氧化性。 证据推理与模型认知： 能依据实验目的，设计并优化实验方案，对硝酸相关性质进行探讨，了解硝酸的主要性质——不稳定性和强氧化性，建立对氧化性酸的模型认知。 科学探究与创新意识： 树立绿色化学理念，在解决酸雨的问题中，体会化学学科的社会价值，增强学生环保意识，培养社会责任感。 壹 贰 2. 硝酸的相关计算 1. 硝酸的制法和性质 知识导航 叁 3. 酸雨及防治 课堂导入 (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？ 4 课堂导入 王水 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，不溶于硝酸的黄金，却可以溶解在王水中。 5 课堂导入 二战时期 玻尔巧藏金奖章 6 7 知识点1：硝酸的制法和性质 1.硝酸的工业制法 现代工业上一般都采用氨催化氧化法制硝酸。 2NO+O2===2NO2 3NO2+H2O===2HNO3+NO 4NH3+5O2 4NO+6H2O 1 mol NH3原料，求最多可生产硝酸的物质的量。 NH3～ NO ～ NO2 ～2/3HNO3 1 mol 循环操作 8 知识点1：硝酸的制法和性质 1.硝酸的工业制法 生产流程 9 知识点1：硝酸的制法和性质 你知道吗？ 工业生产的浓硝酸为什么可以用铝槽车、铁槽车装运，一旦出现事故有极大的危害！从事故现场视频，你认为硝酸具有哪些性质呢？ 10 知识点1：硝酸的制法和性质 2. 硝酸的物理性质 纯硝酸是无色、易挥发(沸点是83℃)、有刺激性气味的液体，硝酸可以与水以任意比互溶,质量分数为95%以上的硝酸叫发烟硝酸。 【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。 浓硝酸久置后呈黄色，为什么？ 11 知识点1：硝酸的制法和性质 硝酸泄漏一段时间后的现象 红棕色气体是何物质？请写方程式 3. 硝酸的化学性质 HNO3 → NO2↑ +5 +4 具有氧化性 12 知识点1：硝酸的制法和性质 3. 硝酸的化学性质 (1) 不稳定性 ①浓硝酸见光或受热时发生反应 ②浓硝酸见光或受热会分解生成NO2，NO2溶于浓硝酸使溶液显黄色。 ③一般将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中，并避光放置于阴凉处 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 13 知识点1：硝酸的制法和性质 消防队员用水枪控制烟雾，用大量水和碱液对现场进行稀释。 利用酸的通性 请你思考！硝酸泄漏如何处理？ 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) 14 知识点1：硝酸的制法和性质 (2)酸的通性 ？ 3. 硝酸的化学性质 硝酸是一元强酸 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与指示剂反应: HNO3 === H++ N 15 知识点1：硝酸的制法和性质 3. 硝酸的化学性质 N2 NO2 NH3 Cu(NO3)2 物质类别 氢化物 单质 氧化物 酸 盐 -3 0 +2 +5 +4 化合价 +1 +3 NO HNO3 碱 NH4NO3 强氧化性 16 知识点1：硝酸的制法和性质 如图5-14所示，在橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。向两支具支试管中分别加入2mL浓硝酸(69%)和稀硝酸，用橡胶塞塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观察并比较实验现象。向上拉铜丝，终止反应。 【实验5-8】 17 知识点1：硝酸的制法和性质 3. 硝酸的化学性质 (3)强氧化性 ①铜与硝酸的反应 实验现象 实验结论 Cu＋4HNO3(浓) == Cu(NO3)2＋2NO2↑ ＋2H2O 3Cu＋8HNO3(稀) ==3Cu(NO3)2＋2NO↑ ＋4H2O 反应剧烈，铜片逐渐溶解，溶液变绿，生成红棕色气体 反应较慢，铜片上有气泡产生，溶液逐渐变为蓝色，接近管口处观察到浅红棕色 浓HNO3+Cu 稀HNO3+Cu 铜与浓硝酸反应生成NO2 铜与浓硝酸反应生成NO 硝酸具有强氧化性，浓度不同，与金属反应的产物也不同。 18 知识点1：硝酸的制法和性质 观点1：浓硝酸中铜离子浓度更大 饱和硝酸铜溶液 观点2：溶液中溶解有NO2 向硝酸铜溶液中通入NO2气体 NO2在溶液中达到饱和，NO2饱和溶液呈黄色，硝酸铜溶液呈蓝色，两者混合成绿色。 请你思考！为什么铜和浓硝酸反应之后的溶液呈绿色？ 19 知识点1：硝酸的制法和性质 3. 硝酸的化学性质 (3)强氧化性 ②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。 ③常温下，铁、铝遇到浓硝酸发生钝化 用铝槽车、铁槽车装运浓硝酸 如果是稀硝酸会怎样？硝酸和金属发生怎样的反应？ 20 知识点1：硝酸的制法和性质 3. 硝酸的化学性质 ③铁与硝酸的反应 a.常温下，浓硝酸能使Fe、Al发生钝化。 b.加热会反应 Fe+6HNO3(浓) === Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O 加热 c.铁在常温下可以和稀硝酸反应，预测铁与稀硝酸反应的产物，试写出化学方程式 Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O 3Fe(过量)＋8HNO3(稀) ===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 21 知识点1：硝酸的制法和性质 3. 硝酸的化学性质 (3)强氧化性 ④硝酸与金属的反应，既表现出强氧化性，又表现出酸性,除了Pt、Au之外的绝大多数金属都能与硝酸反应。 a.硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强，还原剂一般被氧化为最高价态。氧化性：浓硝酸>稀硝酸(均比浓硫酸强) b.浓硝酸的还原产物是NO2，稀硝酸的还原产物是NO，极稀硝酸可能变成N2、N2O、NH4NO3等。 3Zn+8HNO3(稀)===3Zn(NO3)2+2NO↑+4H2O 4Zn+10HNO3(极稀)===4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O c. HNO3与金属反应一般不能产生H2 。 (浓、稀硝酸都具有强氧化性) ⑤硝酸与金属的反应规律： 22 知识点1：硝酸的制法和性质 解释原因 1.足量的Cu中加入少量的浓硝酸，可能会发生什么反应？ 2.上述反应停止后，如果再加入足量硫酸会出现什么情况？ 一开始是铜与浓硝酸反应: Cu+4HNO3(浓) === Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 随着反应进行，硝酸由浓变稀，则发生: 3Cu+8HNO3(稀) === 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 溶液中存在N，它遇到H+后，会继续氧化铜，当然此时N /H+的溶度较稀，发生3Cu + 8H+ + 2N=== 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O 3.铜投入稀硫酸中不会溶解，再向溶液中投入KNO3固体，铜会不会溶解?为什么? 【总结】中性和碱性溶液中N无氧化性，当溶液中有大量H+存在时，N就表现出强氧化性，如有H+ 、N存在的溶液中不能存在I−、Br−、Fe2+、S2−、S等还原性离子。 会溶解，相当于构成了HNO3 ，可以氧化Cu。 23 知识点1：硝酸的制法和性质 解释原因 浓硝酸氧化性比稀硝酸强，浓HNO3反应更剧烈。 4.浓硝酸、稀硝酸与Cu反应产物分别为NO2、NO，反应中稀硝酸化合价降低较多，说明稀硝酸氧化性比浓硝酸强，对吗？ 5.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？ 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。 24 知识点1：硝酸的制法和性质 C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O == △ C＋4HNO3(浓) CO2↑＋4NO2↑＋2H2O 根据碳与浓硫酸的反应，请推测碳与浓硝酸能否反应? 25 知识点1：硝酸的制法和性质 3. 硝酸的化学性质 (3)强氧化性 ⑦与非金属反应 C＋4HNO3(浓) === CO2↑＋4NO2↑＋2H2O △ ⑧硝酸可以氧化具有还原性的微粒：、I－、Fe2+、S2－等。 3Fe2+ + N+4H+ === 3Fe3+ + NO↑+ 2H2O 3S+2H++ 2N=== 3S+ 2NO↑ + H2O 6I− + 2N+8H+ === 3I2 + 2NO↑+ 4H2O 3S2- + 2N+8H+ === 3S↓ + 2NO↑+ 4H2O 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 知识点1：硝酸的制法和性质 26 1．硝酸与金属反应计算的思维模型 知识点2：硝酸的相关计算 27 2．计算技巧 知识点2：硝酸的相关计算 28 知识点2：硝酸的相关计算 29 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(被反应的硝酸)+2n(Cu2+) 知识点2：硝酸的相关计算 30 例1、38.4克的Cu与适量的浓HNO3反应，铜全部溶解，共收集到22.4L气体，则反应消耗HNO3的物质的量为 ________ n(反应的硝酸)= n(被还原的硝酸)+ n(未被还原的硝酸) = n(被反应的硝酸)+2n(Cu2+) = 22.4L/22.4L/mol+2ⅹ38.4g/64g/mol =2.2mol 知识点2：硝酸的相关计算 31 例2、 25.6mgCu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：扩放数据,简化计算 n(Cu)=4×10-4mol,生成4×10-4molCu(NO3)2 故生成气体为1.4×10-3 mol-4×10-4mo×2=6×10-4mol 气体体积为6×22.4×10-1=13.44 mL。 B 知识点2：硝酸的相关计算 32 例3、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.NH4NO3 B.N2O C.NO D.NO2 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。 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; NH4NO3中N元素的平均化合价为+1价。答案AB。 AB 知识点2：硝酸的相关计算 33 A.1∶4 B.1∶5 C.2∶3 D.2∶5 练1、物质的量之比为2∶5的锌与稀硝酸反应，若硝酸被还原的产物为N2O，反应结束后锌没有剩余，则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是(　　) 答案　A 知识点2：硝酸的相关计算 34 练2、1.92 g Cu投入到一定量的浓硝酸中，铜完全溶解，生成的气体的颜色越来越浅,共收集到 672 mL 的气体(标准状况下)，将盛有此气体的容器倒扣在水槽中，通入标准状况下一定体积的氧气，恰好使气体完全溶于水则通入的氧气的体积为(　　)mL A．168 B．224 C． 336 D．504 知识点2：硝酸的相关计算 练3 、铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与5.6LO2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。则消耗铜的质量为(　　) A．16g B．32g C．64g D．无法计算 35 C B HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH-)则有： c(NO3- )=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)。 ③电荷守恒法 例4、 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) 知识点2：硝酸的相关计算 36 ④利用离子方程式计算法 金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO 3- 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。 例5、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 知识点2：硝酸的相关计算 37 例5、 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 3mol 8mol 2mol 0.9mol 0.1mol NO3-不足,溶解n(Cu)=0.15mol;m(Cu)=9.6(g) D 知识点2：硝酸的相关计算 38 A.0.15 mol·L－1 B.0.2 mol·L－1 C.0.075 mol·L－1 D.0.45 mol·L－1 练4、将2.56 g铜粉加入100 mL 0.4 mol·L－1的稀HNO3溶液中，加热充分反应后再加入100 mL 0.2 mol·L－1的H2SO4溶液，继续加热，待充分反应后，所得溶液中Cu2＋的物质的量浓度是(忽略溶液体积变化)(　　) A 39 知识点2：硝酸的相关计算 ⑤金属与酸再与碱反应： 转移的电子的物质的量等于消耗的物质的量 例6、将11.9 g由Mg、Al、Fe组成的合金溶于足量的NaOH溶液中，合金质量减少了2.7 g。另取等质量的合金溶于过量稀硝酸中，生成了6.72 L NO(标准状况下)，向反应后的溶液中加入适量NaOH溶液恰好使Mg2+、Al3+、Fe3+完全转化为沉淀，则沉淀的质量为(　　) A．22.1 g B．27.2 g C．30 g D．无法计算 知识点2：硝酸的相关计算 40 解：将合金溶于过量稀硝酸中，分别生成Al3+、Fe3+、Mg2+离子，根据电子守恒，金属共失去电子的物质的量：0.9mol, 反应中金属失去电子的物质的量等于生成碱的氢氧根离子的物质的量，即n()=0.9mol， 所以反应后沉淀的质量等于11.9g+0.9mol×17g/mol=27.2g，故选：B。 练5、将0.51mol铜与140mL一定浓度的硝酸溶液反应，铜完全溶解， 产生NO和NO2混合气体0.5mol。 (1)NO的物质的量为 ；NO2的物质的量为 。 (2)要使反应生成的气体全部转化为HNO3，需要O2 mol (3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转 化为NaNO3，至少需要30%的双氧水 g。 (4)待产生的气体全部逸出后，向溶液中加入V mL a mol·L-1的 NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2+完全转化为沉淀，则原硝 酸溶液的浓度为 mol·L-1 0.26mol 0.24mol 0.252 57.8g aV×10-3 + 0.5 0.14 知识点2：硝酸的相关计算 41 42 知识点3：酸雨及防治 57年后 你知道什么是酸雨吗？酸雨有何危害、如何防治？ 42 43 知识点3：酸雨及防治 1. 酸雨 PH小于5.6的雨水(正常雨水由于溶解了CO2，PH约为5.6)。 二氧化硫、氮氧化合物以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于雨水会形成酸雨。 (1)硫酸型酸雨 S→SO2 →H2SO3→ H2SO4 SO2＋H2O⇌H2SO3 2H2SO3 ＋O2 = 2H2SO4 SO2来源于煤 、石油和某些金属矿物的燃烧和冶炼 (2)硝酸型酸雨 NO2 →HNO3 3NO2＋H2O = 2HNO3＋NO Nox来源于汽车发动机中，N2与O2反应生成NOx 43 44 知识点3：酸雨及防治 2.酸雨的危害与防治 (1)危害：直接损伤农作物，使土壤、湖泊酸化， 腐蚀建筑物、桥梁、工业设备等。 (2)防治： 钙基固硫：CaO + SO2 = CaSO3 2CaSO3 ＋O2 = 2CaSO4 煤中加石灰石、生石灰 2NO＋2CO 2CO2＋2N2 催化剂 44 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 45 46 课堂小结 46 谢谢观看 THANKS Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.27.100 www.ku6.com 'Ku6 ku6.com 2007 www.ku6.com 解析　设2 mol Zn参与反应，因Zn无剩余，则最终生成了2 mol Zn(NO3)2，显然含有4 mol NOeq \o\al(－,3)，这部分是没有参与氧化还原反应的HNO3；HNO3→N2O过程中N元素的化合价＋5价→＋1价，根据得失电子守恒有：2×n(Zn)＝n(HNO3)×4，则n(HNO3)＝1 mol，即有1 mol HNO3被还原。 解析　2.56 g铜粉的物质的量为eq \f(2.56 g,64 g/mol)＝0.04 mol，NOeq \o\al(－,3)的物质的量为0.1 L× 0.4 mol/L＝0.04 mol，H＋的物质的量为0.1 L×0.4 mol/L＋0.1 L×0.2 mol/L×2＝ 0.08 mol，该反应的离子方程式为：3Cu＋8H＋＋2NOeq \o\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，由离子方程式可知，H＋完全反应，铜和硝酸根过量，具体有 eq \a\vs4\ac\hs10\co3(8H＋,～,3Cu2＋,8 mol,,3 mol,0.08 mol,,n)， 解得Cu2＋的物质的量n＝eq \f(0.08 mol×3 mol,8 mol)＝0.03 mol，所得溶液中Cu2＋的物质的量浓度为c＝eq \f(n,V)＝eq \f(0.03 mol,0.1 L＋0.1 L)＝0.15 mol/L，答案选A。 Lavf58.20.100 Tencent CAPD MTS (T-tech) $$