7.2 重要的含氮化工原料 第2课时（教学课件）化学苏教版必修第二册

第二单元 重要的含氮化工原料第2课时 硝酸 苏教版必修2 专题7 氮与社会可持续发展 相关计算 2 硝酸的性质与用途 1 知识导航 知识导航 明·学习目标 1．结合生产流程了解工业制硝酸的基本原理。 3．结合真实情境并通过实验探究了解硝酸的主要性质，认识硝酸在工业和农业生产中的重要意义。 2．通过从物质类别和元素化合价的角度预测硝酸的性质，进一步建立学习酸的思维模型。 引·新课导入   玻尔是丹麦的物理学家，曾获得诺贝尔奖。二战中，玻尔被迫离开祖国，他决定将诺贝尔金质奖章溶解在一种溶液里，装于玻璃瓶中。后来，纳粹分子窜进玻尔的住宅，那瓶溶有奖章的溶液就在眼皮底下，他们却一无所知。战争结束后，玻尔又从溶液中还原提取出金，并重新铸成奖章。新铸成的奖章---它凝聚着玻尔对祖国无限的热爱和无穷的智慧。 这种溶液是什么？？？？ 玻尔 1885年—1962年 玻尔巧藏诺贝尔金质奖章 01 硝酸的性质与用途 探·知识奥秘 一、金属键 1.物理性质 一、硝酸的性质与用途 颜色 气味 状态 沸点 密度 挥发性 无色 刺激性 液体 83℃ 1.42g·cm-3 易挥发，在空气中形成白雾 注意 开瓶瓶口有白雾。 硝酸具有腐蚀性和挥发性，浓度越大氧化性越强，使用时须注意防护和通风！ 常用的浓硝酸质量分数为69% 质量分数98%以上的为发烟硝酸 能与水以任意比互溶。 探·知识奥秘 一、金属键 2.化学性质 一、硝酸的性质与用途 (1) 酸的通性 硝酸是一种强酸，请推测硝酸有哪些化学性质？ ①与金属单质反应 ②与碱性氧化物反应 ③与碱反应 ④与某些盐反应 ⑤能使指示剂变色 硝酸与金属反应一般不产生H2。 CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O Na2CO3 + 2HNO3 = 2NaNO3 + H2O+CO2↑ HNO3 = H+ + NO3 不能用pH试纸测硝酸的酸性 探·知识奥秘 一、金属键 思考讨论 一、硝酸的性质与用途 1.消防员为什么穿酸碱防护服，喷大量水稀释? 2.硝酸泄漏为什么产生红棕色气体？ 3.硝酸保存时为什么远离火种，并与可燃物、金属粉分开存放? 4.工业浓硝酸为什么显黄色？怎样去除黄色，原理是什么？ 5.实验室应该如何保存浓硝酸？ 探·知识奥秘 一、金属键 2.化学性质 一、硝酸的性质与用途 (2) 不稳定性 见光或受热分解 ①保存方法： 工业浓硝酸常因溶有少量NO2而显黄色。 硝酸密封贮存棕色细口瓶，并置于冷暗处。 ②工业浓硝酸显黄色原因： 见光易分解的物质 ：氯水、AgNO3、AgBr、AgI等 ③去除黄色方法： 向硝酸缓慢通入O2，能消除黄色 原理:4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 探·知识奥秘 实验探究 一、金属键 观察下列有关硝酸性质的实验，将实验现象和分析所得结论填入表7-2中 【实验1】将铜片置于具支试管的底部，通过分液漏斗加入2mL浓硝酸，将产生的气体通入倒置于水槽里充满水的集气瓶中（如左图），观察实验现象。 【实验2】在上述装置中，用分液漏斗向试管内加5ml水，稀释硝酸（如左图），继续收集产生的气体，观察实验现象。 一、硝酸的性质与用途 探·知识奥秘 实验探究 一、金属键 观察下列有关硝酸性质的实验，将实验现象和分析所得结论填入表7-2中 一、硝酸的性质与用途 实验序号 实验现象 化学方程式 实验1 实验2 反应剧烈，铜片不断溶解产生红棕色气体，溶液变绿色，收集到无色气体 反应缓慢，铜片不断溶解产生无色气体，在液面上方变为红棕色，溶液变蓝色，收集到无色气体。 Cu + 4HNO3(浓) =Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O 3Cu + 8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2 + 2NO↑ +4H2O 探·知识奥秘 思考讨论 一、金属键 一、硝酸的性质与用途 1.为什么实验1溶液变绿色？ 2.为什么两次实验都收集到无色气体？ 3.为什么实验2无色气体会变红棕色？ 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO(无色气体） 溶解有NO2 2NO +O2 = 2NO2 探·知识奥秘 一、金属键 2.化学性质 一、硝酸的性质与用途 (3) 强氧化性——与金属 ① 与金属Cu的反应 浓硝酸：反应剧烈，有红棕色气体生成 稀硝酸：反应较慢，有气泡产生，接近管口处观察到浅红棕色 3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O Cu + 4H+ + 2NO3- = Cu2+ + 2NO2 ↑+ 2H2O 3Cu + 8H+ + 2NO3- = 3Cu2+ + 2NO↑+ 4H2O 硝酸表现强氧化性外，还有酸性 探·知识奥秘 一、金属键 2.化学性质 一、硝酸的性质与用途 (3) 强氧化性——与金属 ②与金属Fe、Al的反应 常温下， Fe、Al与浓H2SO4或浓HNO3反应，生成了致密的氧化膜，阻止酸与内层金属进一步反应，从而保护了金属，这个过程叫做“钝化”。 应用：常温下可用铁制品或铝制品盛放浓硝酸，但要注意密封，以防硝酸挥发变稀后与铁、铝反应。 加热条件下可反应 Fe + 6HNO3(浓) = Fe(NO3)3 + 3NO2↑+ 3H2O △ Al + 6HNO3(浓) = Al(NO3)3 + 3NO2↑+ 3H2O △ 探·知识奥秘 一、金属键 2.化学性质 一、硝酸的性质与用途 (3) 强氧化性——与金属 ②与金属Fe、Al的反应 稀硝酸过量 Fe + 4H++NO3 - = Fe3+ + NO↑ + 2H2O Fe + 4HNO3(稀) = Fe(NO3)3 + NO↑+ 2H2O 稀硝酸少量 Fe + 2Fe(NO3)3 = 3Fe(NO3)2 = 铁粉过量 3Fe + 8HNO3(稀) = 3Fe(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O 3Fe + 8H++2NO3- = 3 Fe2++ 2NO↑ + 4H2O 探·知识奥秘 一、金属键 归纳小结 一、硝酸的性质与用途 ①硝酸能与大部分金属反应（除了铂、金） 金属单质+HNO3(浓)　　 高价硝酸盐 + NO2↑+ H2O 金属单质+HNO3(稀)　　 高价硝酸盐 + NO↑+ H2O ④硝酸的浓度越大，其氧化性越强。 ②硝酸无论浓稀都表现出强氧化性，又表现出酸性； ③硝酸中起氧化作用是 元素； +5价氮 探·知识奥秘 一、金属键 拓展延伸 一、硝酸的性质与用途 能使不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。 浓硝酸和浓盐酸按体积比为1∶3混合得到的混合物。 王 水 劳厄和弗兰克，曾获得1914年和1925年的物理学奖，德国纳粹政府要没收他们的诺贝尔奖牌，他们辗转来到丹麦，请求丹麦同行、1922年物理学奖得主玻尔帮忙保存。1940年，纳粹德国占领丹麦，受人之托的玻尔急得团团转。同在实验室工作的一位匈牙利化学家赫维西（1943年化学奖得主）帮他想了个好主意：将奖牌放入“王水” 中，纯金奖牌便溶解了。玻尔于是将溶液瓶放在实验室架子上，来搜查的纳粹士兵果然没有发现这一秘密。战争结束后，溶液瓶里的黄金被还原后送到斯德哥尔摩，按当年的模子重新铸造，于1949年完璧归赵。 记忆方法 ：“三言（盐）一笑（硝）” 探·知识奥秘 一、金属键 2.化学性质 一、硝酸的性质与用途 (3) 强氧化性——与非金属 C + 4HNO3（浓） = CO2 ↑+ 4NO2↑ + 2H2O Δ S + 6HNO3(浓) = 6NO2↑ +H2SO4 + 2H2O △ 实验现象：产生红棕色气体 探·知识奥秘 一、金属键 2.化学性质 一、硝酸的性质与用途 (3) 强氧化性——与其他还原性物质 硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如HI、HBr、SO2、Fe2＋、FeO、Br－、I－、S2－、SO32－等均能被HNO3氧化。 3Fe2＋ + 4H+ + NO3- = 3Fe3＋ + NO↑ + 2H2O 3FeO +10HNO3 = 3Fe(NO3)3 + NO↑+ 5H2O 注意：在中性或碱性条件下 NO3-不具有氧化性，如硝酸钠无，硝酸有 探·知识奥秘 一、金属键 3.用途 一、硝酸的性质与用途 硝酸是一种重要的化工原料，常用来制造氮肥、燃料、塑料、炸药、硝酸盐等。 硝酸甘油用于治疗冠心病 硝化纤维塑料 黄色炸药 氮 肥 染 料 探·知识奥秘 一、金属键 归纳小结 一、硝酸的性质与用途 浓硝酸、浓硫酸、浓盐酸性质对比 酸通性 H+ 氧化性 强氧化性 热稳定性 挥发性 吸水性 脱水性 盐酸 硫酸 硝酸 有 有 有 有 有 有 无 浓有 有 稳定 稳定 不稳定 易挥发 难挥发 易挥发 无 无 无 无 浓有 浓有 探·知识奥秘 一、金属键 4.硝酸的工业制法 一、硝酸的性质与用途 氨催化氧化法 为了吸收更充分，往往同时通入O2 析·典型范例 1．硝酸是一种具有强氧化性、腐蚀性的强酸 （ ） 2．硝酸可与Na2SO3反应制得SO2气体 （ ） 3．浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色 （ ）4．在常温下，浓硫酸和浓硝酸与Fe和Al发生“钝化”，说明常 温下浓H2SO4和浓HNO3与Fe和Al都不反应 （ ） 析·典型范例 5．下列关于硝酸的叙述正确的是(　 　) D A．常温下，浓硝酸可以使金属镁钝化 B．稀硝酸与活泼金属反应主要放出氢气 C．浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂 D．室温下，铜能与浓硝酸反应，不能与稀硝酸反应 析·典型范例 6．在下列反应中，HNO3既表现出氧化性，又表现出酸性的是 (　 　) D A. H2S + 2HNO3 = S↓ + 2NO2↑ + 2H2O B．B. CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O C. 4HNO3 = NO2↑ + O2↑ + 2H2O D. 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O 析·典型范例 7．工业上用洗净的废铜屑作原料制取硝酸铜。为节约原料和防止环境污染，宜采取的方法是 (　 　) C 02 相关计算 探·知识奥秘 一、金属键 归纳整理 二、相关计算 氮元素及其化合物 -3 -2 0 +1 +2 +3 +4 +5 NH3 NH3·H2O NH4+ N2H4 肼，火箭燃料 N2 N2O NO N2O3 HNO2(亚硝酸) NO2- NO2(红棕色) N2O4(无色) N2O5 HNO3 NO3- 探·知识奥秘 一、金属键 思维建模 二、相关计算 金属 HNO3 参加反应 未参加 体现酸性 体现 氧化性 M(NO3)x NO、NO2等 两个 守恒 一个 关系 一个 技巧 N原子守恒 得失电子守恒 起酸性作用的n(HNO3)=生成的硝酸盐中n(NO3-) 利用离子方程式快速找出各种量的相互关系 全部电离，可以参加其他反应 探·知识奥秘 1.原子守恒法 一、金属键 二、相关计算 HNO3与金属反应时：氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3物质的量 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 反应前所有的N只存在于HNO3中 反应后含N的物质有HNO3的还原产物(假设有NO2、NO)和Cu(NO3)2 若HNO3过量，则过量HNO3中也含N，则有n(N)＝n(NO2)＋n(NO)＋2n[Cu(NO3)2]＋n(HNO3)剩。 探·知识奥秘 1.原子守恒法 一、金属键 二、相关计算 例题分析 【例1】38.4 g的Cu与适量的浓HNO3反应，铜全部溶解，共收集到22.4 L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 = 2.2 mol 2.2 mol 探·知识奥秘 2.得失电子守恒法 一、金属键 二、相关计算 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去电子的物质的量。 反应中失去电子的是参加反应的Cu，Cu－2e－→Cu2＋ 得到电子的是被还原的HNO3(假设还原产物为NO2、NO)，NO3 ＋e－→NO2、NO3 ＋3e－→NO 根据得失电子守恒，则有2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)。 若将生成的氮的氧化物气体与一定量的氧气共同通入水中，氮的氧化物完全生成硝酸，由于开始反应物为硝酸，中间生成了氮的氧化物，但最终又变回了硝酸，所以相当于铜失的电子最终由氧气得到，则有2n(Cu)＝4n(O2)。 探·知识奥秘 2.得失电子守恒法 一、金属键 二、相关计算 例题分析 【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.NH4NO3 B.N2O C.NO D.NO2 AB 若二价金属(M)为2 mol，生成2 mol M(NO3)2，未被还原的硝酸4 mol，被还原的硝酸1 mol，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，则有0.5 mol硝酸发生氧化还原反应。 探·知识奥秘 2.得失电子守恒法 一、金属键 二、相关计算 例题分析 【例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 B 分析整个过程，金属提供的电子等于氧气获得的电子，标准状况下，n(O2)＝0.05 mol，设Cu、Ag的物质的量分别为x、y，则根据质量列方程：x×64 g·mol－1＋y×108 g·mol－1＝14 g，根据得失电子守恒列方程：2x＋y＝0.05 mol×4＝0.2 mol，解得x＝0.05 mol；y＝0.1 mol，m(Cu)＝0.05 mol×64 g·mol－1＝3.2 g。 探·知识奥秘 3.电荷守恒法 一、金属键 二、相关计算 在Cu与HNO3反应后的溶液中： 若HNO3不过量，阳离子只有Cu2＋，阴离子只有NO3-(此类计算不考虑H2O电离出的极少量的H＋、OH－)； 若HNO3过量，溶液中的阳离子有Cu2＋和H＋，阴离子只有NO3-。 则有①若HNO3不过量：n(NO3-)＝2n(Cu2＋)；②若HNO3过量：n(NO3-)＝2n(Cu2＋)＋n(H＋)。 HNO3过量时反应后溶液中则有：c(NO3─)=c(H+)+nc(Mn+) （不考虑OH-） (Mn+代表金属离子) 探·知识奥秘 一、金属键 二、相关计算 例题分析 3.电荷守恒法 【例4】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 B 根据溶液中的电荷守恒，n(NO3－)＝n(H＋)＋2n(Cu2＋)，n(Cu2＋)＝0.05 mol，所以n(NO3－)＝a mol＋0.05 mol×2＝(a＋0.1) mol。 探·知识奥秘 4.离子方程式计算方法 一、金属键 二、相关计算 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。 3Cu＋8H＋＋2NO3－ = 3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O 转移的电子的物质的量 = 消耗的OH－物质的量。 金属与酸反应，再与NaOH反应使金属离子沉淀 探·知识奥秘 一、金属键 二、相关计算 例题分析 4.离子方程式计算方法 【例5】某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(忽略体积变化)为(　　) A．0.15 mol·L－1 B．0.225 mol·L－1 C．0.35 mol·L－1 D．0.45 mol·L－1 B 探·知识奥秘 一、金属键 二、相关计算 例题分析 4.离子方程式计算方法 【例6】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 M Mn＋ M(OH)n，即金属失去电子的物质的量＝OH－的物质的量＝HNO3得到电子的物质的量。OH－的物质的量为＝ =0.3 mol，即可直接找出得到电子的物质的量为0.3 mol 的选项。 析·典型范例 1．25.6 mg 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(　 　) B A．7.84 mL B．13.44 mL C．15.68 mL D．17.92 mL 扩放数据，简化计算 n(Cu)=0.4 mol，生成0.4 mol Cu(NO3)2，故生成气体为1.4 mol-0.4 mol×2=0.6 mol，气体体积为0.6mol×22.4L/mol=13.44 L。 析·典型范例 2．将22.4 g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中，如反应只收集到0.2 mol NO2和0.3 mol NO，下列说法正确的是(　 　) C A．反应后生成的盐只有Fe(NO3) 3 B．反应后生成的盐只有Fe(NO3) 2 C．反应后生成的盐为Fe(NO3) 2和Fe(NO3) 3，其物质的量之比为1∶3 D．反应后生成的盐为Fe(NO3) 2和Fe(NO3) 3，其物质的量之比为3∶1 硝酸 物理性质 理·核心要点 化学性质 纯硝酸是无色、具有挥发性的液体，能与水以任意比混溶 强氧化性（与金属、非金属） 酸的通性 不稳定性 用途 工业制硝酸 相关计算 HNO3 = H+ + NO3- NH3→NO→NO2→HNO3 -3 +2 +4 +5 常用来制造氮肥、燃料、塑料、炸药、硝酸盐等 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 1. 下列说法中正确的是（ ） A．硝酸应保存在塑料瓶中 B．常温下，浓硝酸不与铁和铝反应，但稀硝酸可以与铁和铝反应 C．稀硝酸与Cu反应时，硝酸只表现为强氧化性 D．浓硝酸与碳反应时，硝酸只表现为强氧化性 D 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 2. 下列对于硝酸的认识不正确的是（ ） A．浓硝酸和稀硝酸都具有氧化性 B．铜与硝酸的反应属于置换反应 C．金属与硝酸反应一定不产生氢气 D．可用铁或铝质容器盛装浓硝酸 B 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 3. 在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶，再加入下列物质，铜粉溶解的是（　　） ① FeCl3　 ② Fe2O3　 ③ Cu(NO3) 2　 ④ KNO3 A．只有①或② B．只有②或④ C．只有①或②或③ D．①②③④中任意一种 D 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 4.只用一种试剂可将NH4Cl、(NH4)2SO4、NaCl、Na2SO4等溶液区别开来的是（　　） A. NaOH溶液 B. AgNO3溶液 C. BaCl2溶液 D. Ba(OH)2溶液 D 析·典型范例 5．足量铜与一定量的浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、 N2O4、NO的混合气体,这些气体与1.68 L的O2（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。若所得的硝酸铜溶液中加入5 mol·L-1NaOH溶液到Cu2+完全沉淀，则消耗的NaOH的溶液的体积是(　 　) A A.60mL B.45mL C.30mL D.15mL 感谢 您的聆听 THANKS 苏教版必修2 4HNO3eq \o(=====,\s\up17(光照))2H2O＋4NO2↑＋O2↑ Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 www.aliyun.com - Media Transcoding 4HNO3eq \o(=====,\s\up17(光照))2H2O＋4NO2↑＋O2↑ $