29 第3章 第3节 第3课时 硝酸 人类活动对氮循环和环境的影响(基础课)-【名师导航】2025-2026学年高中化学必修第一册同步讲义（鲁科版）

第3课时　硝酸　人类活动对氮循环和环境的影响(基础课) 素养 目标 1．能从物质类别、氮元素的价态的角度预测分析硝酸的性质。 2．了解硝酸对人类发展的贡献，了解人类活动对氮循环和环境的影响。 初高 衔接 酸的通性：(1)使酸碱指示剂变色。如能使紫色石蕊溶液变红色。(2)与活泼金属反应生成盐和氢气。(3)与金属氧化物反应生成盐和水。(4)与碱反应生成盐和水。(5)与某些盐反应生成新酸和新盐。 一、硝酸的性质 1．物理性质 颜色 状态 气味 密度 特性 无色 液态 刺激性 ＞ 易挥发 2．实验探究硝酸的性质 实验装置 及操作 实验现象 实验结论 瓶口产生白雾，闻到刺激性气味 硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体 反应缓慢，有少量气泡产生，溶液变蓝 铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成NO气体 反应剧烈，有大量气泡产生，溶液变蓝 铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成NO2气体 无明显现象 铁发生钝化 3．化学性质 (1)酸的通性 电离方程式为。硝酸能使酸碱指示剂发生颜色变化，能与金属、碱、碱性氧化物等反应。 (2)不稳定性 浓硝酸受热或见光分解，化学方程式为4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。 (3)强氧化性 4．用途 硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、染料、塑料和硝酸盐等。在实验室里，硝酸是一种重要的化学试剂。 　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)浓硝酸显黄色是因为含有NO2。 (√) (2)常温下，铁质容器可以盛装浓硝酸，不可以盛装稀硝酸。 (√) (3)除去铜粉中混有的氧化铜，可采用的方法是加入稀硝酸溶解、过滤、洗涤、干燥。 (×) (4)浓硝酸氧化性很强，常温下就可以和碳发生反应。 (×) 二、人类活动对氮循环和环境的影响 1．含氮物质的来源及危害 2．减少人类活动对氮循环和环境影响的措施 (1)控制进入大气、土壤和水体中含有氮元素的物质的量。 (2)增强生态系统对含有氮元素的物质的吸收能力。 　将常见的环境问题填入下列括号中。 (1)与SO2及氮氧化物有关。(酸雨) (2)与氮氧化物及碳氢化合物有关。(光化学烟雾) (3)与氮氧化物及氟氯烃有关。(臭氧层空洞) (4)与含氮、磷元素的污水有关。(水体富营养化) 硝酸的强氧化性 通过以下实验分析硝酸的氧化性，并完成相关问题。 实验步骤 实验现象 解释或离子方程式 Cu＋HNO3(稀) Cu缓慢溶解，有无色气体生成，在试管上部变红棕色，溶液变蓝色 === 3Cu2+＋2NO↑＋4H2O Cu＋HNO3(浓) Cu迅速溶解，有红棕色气体生成，溶液变蓝色 ===Cu2+＋2NO2↑＋2H2O Fe＋HNO3(稀) Fe逐渐溶解，有无色气体生成，在试管上部变红棕色，溶液变棕黄色 ===Fe3+＋NO↑＋2H2O Fe＋HNO3(浓) 无明显现象 钝化 [问题1]　金属活动性顺序中排在氢前面的金属与酸反应一定产生氢气吗？金属活动性顺序中排在氢后面的金属与酸不反应吗？ 提示：均不一定。如Fe与稀硝酸反应不产生氢气，Cu与浓硝酸、稀硝酸均可以反应。 [问题2]　Fe与稀硝酸反应时的产物与二者的用量有何关系？ 提示：硝酸过量：===Fe3+＋NO↑＋2H2O。 铁过量：===3Fe2+＋2NO↑＋4H2O。 [问题3]　金属与硝酸的反应中，硝酸起什么作用？分别是如何体现的？ 提示：①强氧化性：HNO3中＋5价的氮元素有很强的得电子能力，如Fe与稀硝酸反应时，稀硝酸将Fe氧化为高价态的Fe3+，自身被还原为NO。 ②酸性：生成了盐类物质，如Fe(NO3)3、Al(NO3)3。 硝酸与金属、非金属的反应 1．本质：HNO3中的＋5价氮元素具有很强的得电子能力。 2．规律 (1)HNO3(浓硝酸)NO2，HNO3(稀硝酸)NO。 (2)硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强。 (3)还原剂一般被氧化成最高价态。 (4)还原产物为氮的氧化物而不是氢气。 3．具体表现 (1)硝酸和金属的反应 ①除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属。 ②活泼金属与HNO3反应不生成H2，硝酸的浓度不同，还原产物不同，一般情况下为 ③常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化。 (2)硝酸与非金属的反应 一般反应规律：非金属单质＋浓硝酸―→最高价氧化物或其含氧酸＋二氧化氮。 (3)硝酸与还原性化合物反应 如H2S、HI、SO2、H2SO3、、Fe2+等。 1．下列说法中，正确的是(　　) A．碳与浓硝酸反应时，浓硝酸既表现氧化性又表现酸性 B．在0.1 mol·L-1的盐酸中，K＋、Fe2+、、能大量共存 C．56 g Fe与硝酸发生氧化还原反应时，Fe转移的电子是3 mol D．室温下，可用铝槽车贮存或运输浓硝酸 D　[碳与浓硝酸反应时生成CO2、NO2和H2O，HNO3全部被还原为NO2，则浓硝酸只表现氧化性，A错误；在0.1 mol·L-1盐酸中存在大量H＋，在H＋存在下，Fe2+与能发生氧化还原反应而不能大量共存，B错误；因Fe与硝酸反应的物质的量未知，Fe是否完全反应或反应后是生成Fe2+还是生成Fe3+都无法确定，故Fe转移的电子数也无法确定，C错误。] 2．下列关于硝酸的说法正确的是(　　) A．常温下，向浓硝酸中投入铁片，会产生大量的红棕色气体 B．与金属反应时，稀硝酸被还原为更低价态，则稀硝酸的氧化性强于浓硝酸 C．硝酸电离出的H＋能被锌、铁等金属还原成H2 D．硝酸与金属反应时，是＋5价的N得电子 D　[常温下，铁遇浓硝酸发生钝化，不能产生大量的红棕色气体，A项错误；浓硝酸比稀硝酸氧化性强，B项错误；硝酸有强氧化性，主要是因为＋5价的N易得电子，而HNO3电离出的H＋不能被锌、铁等金属还原为H2，C项错误，D项正确。] 3．有人用如图所示的实验装置探究浓硝酸、稀硝酸分别跟铜片的反应： (1)实验a中试管中会看到的现象是_____________________________________。 判断铜被氧化的现象是_______________________________________________。 (2)实验b中试管中观察到的现象是______________________________________ ____________________________________________________________________。 反应的化学方程式是___________________________________________________ ____________________________________________________________________。 (3)除了气体颜色方面的差别外，两实验中还有哪些实验现象有明显差异_______ ____________________________________________________________________。 由此你能得出的结论是_________________________________________________ ____________________________________________________________________。 (4)以前做过浓硫酸与铜共热的实验，与浓硝酸与铜反应的实验相比较，浓硝酸的氧化性________(填“大于”或“小于”)浓硫酸。 [答案]　(1)生成红棕色气体，溶液变蓝色　溶液变蓝色　(2)b中试管上部先出现红棕色气体后红棕色消失，溶液变蓝色　3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O、O2＋2NO===2NO2　(3)反应速率明显不同，实验a中反应快，实验b中反应慢　浓硝酸的氧化性比稀硝酸的氧化性强　(4)大于 硝酸与金属反应的计算 将32.64 g铜与140 mL一定浓度的硝酸溶液反应，铜完全溶解产生NO和NO2的混合气体0.5 mol。 [问题1]　反应中共消耗硝酸的物质的量为多少？ 提示：＝n气＋2nCu＝0.5 mol＋2×＝0.5 mol＋0.51×2 mol＝1.52 mol。 [问题2]　待产生的气体全部释放后，向溶液中加入V mL a mol·L-1的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2+全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为多少？ 提示：根据氮元素守恒，N最终以NO、NO2及NaNO3的形式存在。因此c(HNO3) ＝＝ mol·L-1。 守恒法突破硝酸与金属反应的计算题 1．思维模型 2．计算中守恒思想的应用 原子守 恒法 HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸性作用，以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的物质的量 得失电子 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 电荷守 恒法 HNO3过量时，反应后溶液中不考虑OH－，则有＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子) 离子方程 式计算法 金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于生成的硝酸盐中的在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＋或进行计算，且溶液中符合电荷守恒规律 1．0．3 mol Cu2S与HNO3溶液恰好完全反应，生成Cu(NO3)2、H2SO4、NO和H2O，则未被还原的HNO3的物质的量是(　　) A．1.0 mol　 B．1.2 mol C．0.3 mol D．2.2 mol B　[未被还原的HNO3中的氮原子的物质的量＝反应后Cu(NO3)2中氮原子的物质的量。由Cu2S～2Cu(NO3)2得，n[Cu(NO3)2]＝0.6 mol，所以未被还原的HNO3的物质的量是1.2 mol。] 2．铜和镁的合金4.6 g完全溶于足量的硝酸后，再加入过量的NaOH溶液，生成9.7 g沉淀，则合金与硝酸反应时，放出的气体可能是(　　) A．0.2 mol NO B．0.2 mol NO2和0.05 mol N2O4 C．0.1 mol N2O D．0.1 mol NO、0.1 mol NO2和0.1 mol N2O4 B　[分析题意可知：MMn＋M(OH)n。即金属失去电子的物质的量＝参加反应的OH－的物质的量＝HNO3得到电子的物质的量，参加反应的OH－的物质的量为＝0.3 mol，即可直接找出HNO3得到电子的物质的量为0.3 mol的选项，应选B。] 1．下列现象的产生与人为排放大气污染物氮氧化物无关的是(　　) A．温室效应　　 B．光化学烟雾 C．酸雨 D．水体的富营养化 A　[温室效应主要来自CO2的大量排放，和氮氧化物无关。氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。水体中过量的含氮元素的物质会对水体造成污染，使水体富营养化，导致藻类“疯长”。] 2．下列反应中，硝酸既表现出氧化性又表现出酸性的是(　　) A．稀硝酸与FeO反应 B．稀硝酸与HI反应 C．稀硝酸与Fe2O3反应 D．浓硝酸受热分解 [答案]　A 3．(2023·江苏卷)氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是(　　) A．实验室探究稀硝酸与铜反应的气态产物：HNO3(稀)NONO2 B．工业制硝酸过程中的物质转化：N2NOHNO3 C．汽车尾气催化转化器中发生的主要反应：2NO＋2CON2＋2CO2 D．实验室制备少量NH3的原理：CaCl2＋2NH3↑＋2H2O [答案]　B 4．已知某四种单质分别与浓硝酸混合出现的情况依次是①反应生成相应的硝酸盐；②反应生成最高价含氧酸；③发生钝化；④不发生反应。则符合上述情况的单质可能是(　　) A．Cu、Si、Zn、Au B．Ag、P、Al、Pt C．Fe、C、Sb、Hg D．Cu、S、Fe、Pb B　[Si与浓硝酸不反应，故A项不正确；浓硝酸在常温下使铁、铝钝化，故C项不正确；浓硝酸能与Pb反应，故D项不正确。] 5．利用如图所示装置进行铜与硝酸反应的实验。 (1)硝酸一般盛放在棕色试剂瓶中，请用化学方程式说明其原因：_____________ ____________________________________________________________________。 (2)使用稀硝酸进行实验：反应开始后，铜丝逐渐变细，有气泡产生，溶液变蓝。 ①铜与稀硝酸反应的离子方程式为_______________________________________ ____________________________________________________________________。 ②实验中观察到试管中的气体略有红棕色，其原因是_______________________ ____________________________________________________________________ (用化学方程式表示)。 (3)使用浓硝酸进行实验：反应剧烈进行，铜丝逐渐变细，溶液变绿，试管上方出现红棕色气体。 ①铜与浓硝酸反应的化学方程式为_______________________________________ ____________________________________________________________________。 ②某同学推测反应后溶液呈绿色的原因是NO2在溶液中达到饱和，NO2的饱和溶液呈黄色，硝酸铜溶液呈蓝色，两者混合后呈绿色。他取少量该绿色溶液，向其中加入适量水后溶液变为蓝色，可能的原因是___________________________ ____________________________________________________________________(用化学方程式表示)。 [答案]　(1)4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O　===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O　②2NO＋O2===2NO2　(3)①Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 数智分层作业(二十二)　硝酸　人类活动对氮循环和环境的影响 (分值：50分) (选择题只有一个选项符合题目要求，每小题2分) 1．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．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——强酸性 D　[A项，浓硝酸因有酸性而使紫色石蕊溶液变红色，又因浓硝酸的强氧化性而使其褪色；B项，因稀硝酸有强氧化性，与铁反应不产生H2；C项，因浓硝酸不稳定，见光或受热易分解，因此应用棕色瓶盛装浓硝酸，且避光保存；D项，稀硝酸与氢氧化亚铁反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，表现了硝酸的酸性和强氧化性。] 2．涉及HNO3的下列反应中，不属于酸的通性的是(　　) A．4HNO3(浓)＋SSO2↑＋4NO2↑＋2H2O B．HNO3＋NaOH===NaNO3＋H2O C．2HNO3＋CuO===Cu(NO3)2＋H2O D．2HNO3＋CaCO3===Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O A　[HNO3属于酸，具有酸的通性，能与碱、碱性氧化物和某些盐反应，故B、C、D均体现了酸的通性；浓硝酸与S加热时发生氧化还原反应，体现了浓硝酸的强氧化性，A符合题意。] 3．(2023·黑龙江合格考)铜丝与稀硝酸反应的实验现象叙述错误的是(　　) A．铜丝逐渐变细 B．铜丝表面有无色气体产生 C．溶液变蓝 D．产生的气体遇到空气无明显变化 D　[稀硝酸具有强氧化性，能和Cu反应生成Cu(NO3)2，同时生成无色气体NO，Cu不断被溶解而导致铜丝逐渐变细，A正确；生成无色气体NO，所以有气泡产生，B正确；溶液中含有Cu2+，所以溶液呈蓝色，C正确；生成的无色气体NO遇空气变成红棕色，D错误。] 4．已知3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，则下列说法不正确的是(　　) A．Cu做还原剂，HNO3做氧化剂 B．HNO3在该反应中只有部分表现出了氧化性 C．每生成22.4 L(标准状况)NO，有3 mol的电子转移 D．如果有8 mol HNO3被还原，则生成了2 mol NO [答案]　D 5．在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解，再分别加入下列物质：①FeCl3，②Fe2O3，③Cu(NO3)2，④KNO3。能使铜粉溶解的是(　　) A．仅①②　　 B．仅②④ C．仅①②③ D．①②③④ D　[铜粉在稀硫酸中不溶解，当分别加入①②两种物质时，相当于加入了Fe3+，会发生反应Cu＋2Fe3+===2Fe2+＋Cu2+，铜粉溶解；当分别加入③④两种物质时，相当于加入了，会发生反应===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O，铜粉溶解。] 6．下列事实不能说明浓硝酸氧化性比稀硝酸强的是(NA表示阿伏加德罗常数的值)(　　) A．浓硝酸遇石蕊溶液先变红后褪色，稀硝酸遇石蕊溶液只变红不褪色 B．浓硝酸能与NO反应生成NO2，而稀硝酸不能与NO反应 C．浓硝酸在加热条件下可与碳单质反应，而稀硝酸则不能 D．足量的铜与浓硝酸、稀硝酸反应消耗1 mol HNO3转移电子数分别为NA和3NA [答案]　D 7．3.2 g铜与过量硝酸(8 mol·L-1，30 mL)充分反应，硝酸的还原产物为NO2和NO，反应后溶液中所含H＋为a mol，则此时溶液中所含为(　　) A．(0.2＋a)mol B．(0.1＋a)mol C．(0.05＋a)mol D．a mol B　[反应后存在于硝酸和硝酸铜中，n[Cu(NO3)2]＝n(Cu)＝＝0.05 mol，n(HNO3)剩余＝a mol，则＝2n[Cu(NO3)2]＋n(HNO3)剩余＝(0.1＋a)mol。] 8．(10分)硝酸是一种重要的工业原料。 (1)实验室中通常保存在棕色试剂瓶中，原因是_____________________________ ____________________________________________________________________(用化学方程式表示)。(2分) (2)储运浓硝酸时通常用铁罐或铝罐，原因是_______________________________ ____________________________________________________________________。(2分) (3)硝酸具有易挥发性，当两支分别蘸有浓硝酸和浓氨水的玻璃棒靠近时会产生大量白烟，白烟的成分是________(写化学式)。(2分) (4)工业上通常用氨催化氧化法制硝酸，写出氨催化氧化的化学方程式：___________________________________________________________________________， 硝酸工厂尾气的主要危害是____________________________________________________________________。(4分) [解析]　硝酸见光易分解，需避光保存；常温下，铁、铝遇浓硝酸钝化，可用铁、铝罐盛装浓硝酸；硝酸蒸气与氨气反应生成的白烟是硝酸铵。硝酸工厂尾气中氮氧化物会引起酸雨。 [答案]　(1)4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O　(2)常温下，铁、铝遇浓硝酸钝化　(3)NH4NO3　(4)4NH3＋5O24NO＋6H2O　形成酸雨 (选择题有一个或两个选项符合题目要求，每小题4分) 9．某化学兴趣小组进行有关Cu、硝酸、硫酸化学性质的实验，实验过程如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．①中溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生，稀硝酸被还原为NO2 B．③中反应的化学方程式：3Cu＋Cu(NO3)2＋4H2SO4===4CuSO4＋2NO↑＋4H2O C．③中滴加稀硫酸，铜片继续溶解，说明稀硫酸的氧化性比稀硝酸强　 D．由上述实验可知，Cu在常温下可与稀硝酸反应 BD　[A项，①中发生反应3Cu＋8HNO3(稀＋2NO↑＋4H2O，生成的Cu(NO3)2使溶液呈蓝色，稀硝酸被Cu还原为NO，在试管口NO遇到空气中的氧气反应生成红棕色气体NO2，错误；B项，③中反应的化学方程式为＋4H2SO4===4CuSO4＋2NO↑＋4H2O，正确；C项，③中滴加稀硫酸，铜片继续溶解，硝酸根离子在酸性条件下等同于硝酸，稀硝酸的氧化性强于稀硫酸，错误；D项，Cu在常温下可与稀硝酸反应，正确。] 10．在通风橱中进行下列实验： 步骤 现象 Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变为红棕色 Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止 下列说法中不正确的是(　　) A．Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式为2NO＋O2===2NO2 B．Ⅱ中的现象说明Fe在常温下与浓硝酸不反应 C．对比Ⅰ、Ⅱ中的现象，说明稀硝酸的氧化性强于浓硝酸 D．红棕色气体的成分是NO2 BC　[Ⅰ中由于稀硝酸的强氧化性，与铁发生氧化还原反应，硝酸得到电子被还原为NO，NO为无色气体，当遇到空气时，发生反应2NO＋O2===2NO2，气体变为红棕色的NO2，A正确；Ⅱ中由于浓硝酸的强氧化性，在室温下遇铁、铝会使金属表面氧化产生一层氧化物薄膜，对内层金属起保护作用，从而防止金属的进一步反应，即发生钝化现象，因此不能进一步反应，这恰好说明浓硝酸的氧化性比稀硝酸强，B错误，C错误。] 11．氨氮废水超标排放是水体富营养化的重要原因，可用以下流程处理： 高浓度氨氮废水低浓度氨氮废水含硝酸废水达标废水 设NA是阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是(　　) A．过程Ⅰ中发生的化学反应属于氧化还原反应 B．过程Ⅱ中，每转化转移的电子数为6NA C．过程Ⅲ中CH3OH→CO2，甲醇做还原剂 D．过程Ⅲ中HNO3→N2，转移10 mol e－时可生成11.2 L(标准状况)N2 [答案]　C 12．(14分)将加热至红热的2.4 g木炭投入盛有足量12 mol·L-1的浓硝酸的试管中，立即塞好塞子，如图所示，连接好装置(已检查装置的气密性)。 请回答下列问题： (1)反应开始后撤去酒精灯，试管a中除可看到木炭剧烈反应直至最后消失外，还观察到的现象是___________________________________________________ ____________________________________________________________________。(3分) (2)试管b中最终________(填“有”或“无”)沉淀产生，原因是_____________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。(4分) (3)试管c中发生反应的化学方程式为_____________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。(2分) (4)集气瓶e中最后收集到的气体为______(填化学式)，理论上该气体的总体积为________L(标准状况，结果保留小数点后2位数字)。(5分) [解析]　(4)由关系式C～4NO2～NO可得，n(NO)＝＝ mol，故标准状况下V(NO)＝mol×22.4 L·mol-1≈5.97 L。 [答案]　(1)试管上部充满红棕色气体　(2)无　NO2与水反应生成的HNO3(足量)中和了Ca(OH)2　(3)Ba(OH)2＋2CO2===Ba(HCO3)2　(4)NO　5.97 2/15 学科网（北京）股份有限公司 $$