5.2.5 硝酸的制备与计算（教学课件）高一化学人教版必修第二册

硝酸有此广泛的应用，那么它是如何制备的？ 硝酸的制备与计算 3 学习目标 A B 硝酸的制备与计算 硝石法 制备 电孤法 氨氧化法 A 计算 B 3 原子守恒 电子守恒 离子方程式 硝酸的制备史话 资料在线 公元8世纪 阿拉伯炼金术士哈扬通过干馏硝石首次制得了硝酸。 KNO3 K2O＋4NO＋O2 高温 4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3 17-18世纪 17世纪中叶，德国化学家格劳贝尔发明了用硝石(硝酸钾) 与浓硫酸共热制取硝酸， KNO3＋H2SO4(浓) HNO3↑＋KHSO4 === 微热 18世纪末，普利斯特和卡万迪西先后在空气中放电取硝酸。 N2＋O2 2NO 2NO＋O2＝2NO2 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO 放电 1905年 挪威出现了电弧法生产硝酸的工厂，这是历史上最早的硝酸工业化尝试。 硝石法 电弧法 现代工业是如何制备硝酸的？ 01 工业上是如何生产硝酸的？ 5 一、硝酸工业制备 氨催化氧化法 三原料 氨气 空气 水 三反应 2NO＋O2＝2NO2 3NO2＋H2O＝HNO3＋NO 4NH3＋5O2 4NO＋6H2O 催化剂 热交换器 氧化炉 1930年代，由范旭东创建，初名永利宁厂。设计规模为日产合成氨39吨、硫酸120吨、硫铵150吨、硝酸10吨，侯德榜任厂长。 中国硝酸的生产 1 mol NH3原料，求最多可生产硝酸的物质的量。 感受﹒ 理解 NH3～ NO ～ NO2 ～2/3HNO3 1 mol 一、硝酸工业制备 氨催化氧化法 三原料 氨气 空气 水 三反应 2NO＋O2＝2NO2 3NO2＋H2O＝HNO3＋NO 4NH3＋5O2 4NO＋6H2O 催化剂 生产 流程 问题解决 硝酸工业尾气如何除去？ 一、硝酸工业制备 三原料 氨气 空气 水 三反应 2NO＋O2＝2NO2 3NO2＋H2O＝HNO3＋NO 4NH3＋5O2 4NO＋6H2O 催化剂 尾气处理 NH3 NO NO2 HNO3 NO O2 O2 H2O NO2＋NO＋2NaOH＝2NaNO2＋H2O 2NO2＋2NaOH＝NaNO3＋NaNO2＋H2O 氨催化氧化法 生产 流程 牛刀小试 硝酸工业生产中的尾气也可用纯碱溶液吸收，NO2被纯碱溶液吸收有亚硝酸钠生成，NO2、NO混合气体被纯碱溶液吸收生成亚硝酸钠。请写出有关的化学方程式。 2NO2＋2Na2CO3＝NaNO3＋NaNO2＋CO2 NO2＋NO＋Na2CO3＝2NaNO2＋CO2 02 有关硝酸计算的方法 19 a mol Cu跟含b mol HNO3的溶液恰好完全反应，求被还原的HNO3物质的量是多少？ 问题探究 Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 　 3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 　 N原子守恒： n(HNO3)总量＝n(HNO3)被还原＋2n[Cu(NO3)2] n(HNO3)被还原＝n(NO2)＋n(NO) a mol Cu跟含b mol HNO3的溶液恰好完全反应，求被还原的HNO3物质的量是多少？ 问题探究 n(HNO3)总量＝n(HNO3)被还原＋2n[Cu(NO3)2] n(HNO3)被还原＝n(HNO3)总量－2n[Cu(NO3)2] n(HNO3)被还原＝b mol －2a mol 二、硝酸与金属反应的计算 1. N原子守恒 HNO3 NO NO2 Cu Cu(NO3)2 酸性 氧化性 n(HNO3)反应＝n(HNO3)被还原＋2n[Cu(NO3)2] 将1.92 g铜投入10 mL一定浓度的硝酸中，铜完全溶解，产生标准状况下的NO和NO2混合气体共672 mL。反应结束后向溶液中加入70 mL 1 mol·L－1NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2＋全部转化为Cu(OH)2沉淀。求原硝酸溶液的浓度。 你学会了吗？ 与铜反应中，起氧化作用的硝酸的物质的量＝n(NO)＋n(NO2)＝0.03 mol，原硝酸溶液中HNO3的物质的量＝n(HNO3)酸性作用＋n(HNO3)氧化作用＋n(HNO3)过量的＝0.06 mol＋0.03 mol＋0.01 mol＝0.1 mol，原硝酸浓度＝ 0.1 mol /0.01 L＝10 mol·L－1。 n(Cu)＝1.92 g/64 g·mol－1＝0.03 mol， n[Cu(NO3)2]＝0.03 mol。将0.03 mol Cu(NO3)2全部转化为Cu(OH)2沉淀，只需消耗0.06 mol NaOH，而实际消耗了0.07 mol NaOH，这说明硝酸与铜反应后，过量的HNO3为0.01 mol。与铜反应中，起酸性作用的硝酸的物质的量＝2n[Cu(NO3)2]＝2×0.03 mol＝0.06 mol，根据产生标准状况下0.672 L的混合气体的体积，则n(NO)＋n(NO2)＝0.672 L/22.4 L·mol－1＝0.03 mol。 问题解决 1.92 g Cu和一定量的浓HNO3反应，随着铜的不断减少，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜反应完毕时，共收集到气体1.12 L(标况) ，求NO2和NO的体积比为多少？ Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 　 3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 　 x＋y＝0.03 mol 2x＋2/3y＝0.05 mol x＝0.0225 mol y＝0.0075 mol 解析： 2x∶2/3y＝2×0.0225 mol∶2/3× 0.0075 mol x∶y＝9∶1 Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 　 3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 　 感受•理解 e- e- Cu 失去2e－ Cu2＋ HNO3 得到1e－ NO2 HNO3 得到3e－ NO 铜失电子数 硝酸中N原子得电子数 等于 电子守恒 n(Cu)×2＝n(NO2)×1＋n(NO)×3 0.03 mol×2＝n(NO2)×1＋n(NO)×3 n(NO2)＋n(NO)＝0.05 mol n(NO2)＝0.045 mol n(NO)＝0.005 mol n(NO2)∶n(NO)＝9∶1 二、硝酸与金属反应的计算 1. N原子守恒 n(HNO3)反应＝n(HNO3)被还原＋2n[Cu(NO3)2] 2. 电子守恒 n(Cu)×2 n(NO2)×1 ＝ ＋ n(NO)×3 1.92 g Cu和一定量的浓HNO3反应，随着铜的不断减少，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜反应完毕时，共收集到气体1.12 L(标况) ，若将生成的气体通入水中，最后得到的气体体积在标况下是多少？ Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 　 3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 　 x＋y＝0.03 mol 2x＋2/3y＝0.05 mol x＝0.0225 mol y＝0.0075 mol 解析： 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO V(NO)＝[1/3n(NO2)＋n(NO)]×22.4 L/mol ＝[1/3×0.045 mol＋0.005 mol )]×22.4 L/mol ＝0.448 L 请你试一试 解析： 感受•理解 HNO3 Cu 0.03 mol NO NO2 0.05 mol Cu2＋　NO3－ H2O NO Cu 失去2e－ Cu2＋ HNO3 得到3e－ NO 电子守恒 n(Cu)×2＝n(NO)×3 0.03 mol×2＝n(NO)×3 n(NO)＝0.02 mol V(NO)＝0.02 mol×22.4 L/mol ＝0.448 L 1 L稀硝酸和稀硫酸的混合液，其物质的量浓度分别为0.1 mol/L和0.4 mol/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. 2.4 g B . 3.2 g C. 6.4 g D . 9.6 g 3 mol 8mol x 0.1 mol x＝0.0375 mol 考考你的智慧 m(Cu) ＝0.00375 mol×64 g/mol＝2.4 g 以上解法为何错了？ 3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 　 足量的Cu中加入少量的浓硝酸，可能会发生反应有： 一开始是铜与浓硝酸反应 随着反应进行, 硝酸由浓变稀,则发生 反应停止后, 加入什么物质可再反应？ Cu＋2Fe3＋＝Cu2＋＋2Fe3＋ 铁盐 3Cu＋2NO3－＋2H＋＝3Cu2＋＋2NO↑＋2H2O 盐酸或硫酸 Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 　 3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 　 交流▪研讨 1 L稀硝酸和稀硫酸的混合液，其物质的量浓度分别为0.1 mol/L和0.4 mol/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. 2.4 g B . 3.2 g C. 6.4 g D . 9.6 g 3 mol 8mol 2 mol x＝0.15 mol x 0.9mol 0.1 mol 成功体验 m(Cu)＝0.15 mol×64 g/mol＝9.6 g 3Cu＋2NO3－＋2H＋＝3Cu2＋＋2NO↑＋2H2O 二、硝酸与金属反应的计算 1. N原子守恒 n(Cu)×2 n(NO)×3 ＝ ＋ n(NO2)×1 n(HNO3)反应＝n(HNO3)被还原＋2n[Cu(NO3)2] 2. 电子守恒 3. 利用离子方程式 3Cu＋2NO3－＋8H＋＝3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O 1 00 mL稀硝酸和稀硫酸的混合液，其物质的量浓度分别为0.1 mol/L和0.4 mol/L。若向该混合液中加入1.92 g铜粉，则所得溶液中Cu2＋的物质的量浓度为多少mol/L 　　　　　　　　　　　　　　 A. 0.15 B . 0.225 C. 0.35 D . 0.45 3 mol 8mol 2 mol 0.03 mol 0.09mol 0.01 mol 你学会了吗？ 这节课我学到了什么？ （用一句话表示） 你还有什么疑问？ 课堂小结 课堂小结 硝酸工业制法——氨氧化法 三原料：氨、空气、水 三反应：氨氧化制NO、NO氧化为NO2、NO2与水制HNO3 三阶段：氨氧化制NO NO氧化为NO2，NO2被水吸收生成HNO3 尾气的处理 生产流程： 课堂小结 硝酸与金属的计算 三守恒一技巧 原子守恒 M(NO3)x NO NO2 N2O4 n(HNO3)余 酸性 氧化性 未反应 n(HNO3)总 ＝ xn[M(NO3)x]＋n(NO)＋n(NO2)＋2n(N2O4)＋n(HNO3)余 HNO3(总) 课堂小结 硝酸与金属的计算 三守恒一技巧 电子守恒 n(M)×x ＝n(NO2)×1 ＋n(NO)×3 M 失去xe－ Mx＋ HNO3 得到1e－ NO2 HNO3 得到3e－ NO 课堂小结 硝酸与金属的计算 三守恒一技巧 电荷守恒 c(H＋) 反应后溶液中 NO3－ Mx＋ H＋ c(NO3－) ＝ c(Mx＋)·x ＋ 课堂小结 硝酸与金属的计算 三守恒一技巧 一技巧 3Cu＋2NO3－＋8H＋＝3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O 金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时，由于NO3－在硫酸提供的H＋与金属继续反应： 先作过量判断，然后据完全反应的金属或NO3－、H＋进行计算。 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．0.1a mol C．(0.1＋a) mol D．2a mol 反应后溶液中有硝酸铜和硝酸，其中硝酸是a mol。 3.2 g铜是0.05 mol，则硝酸铜是0.05 mol，所以溶液中硝酸根的物质的量是a mol＋0.05 mol×2即(0.1＋a)mol，答案选C项。 牛刀小试 （2026·河南南阳期末改编）将一定量的铜完全溶于300 mL 2.0 mol·L－1稀硝酸中，无固体剩余，生成的气体只有NO。向反应后的溶液中加入4 mol·L－1的NaOH溶液，铜离子恰好沉淀完全时，消耗NaOH溶液125 mL。 求铜的物质的量是多少? 当加入NaOH溶液使Cu2＋完全沉淀时，溶液中溶质仅为NaNO3，由钠离子守恒可得n(NaNO3)＝n(NaOH)＝4 mol·L－1×0.125 L＝0.5 mol 　　再根据氮原子守恒，n(NO)＝n(NaNO3)总－n(NaNO3)＝2 mol·L－1×0.3 L－0.5 mol＝0.1 mol 　　接着由电子转移守恒n(Cu)×2＝ n(NO)×3，解得n(Cu)＝0.15 mol 考考你自己 成功体验 将14 g铜锌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 由题意铜锌失的电子数等于氧气得的电子数。n(O2)＝0.05 mol，设Cu、Ag的物质的量分别为x、y。 由电子守恒：2x＋y＝0.05 mol×4 ，据合金质量：64x g·mol －1＋108y g·mol －1＝14 g ，解得：x＝0.05 mol ，y＝0.1 mol， m(Cu)＝0.05 mol ×64x g·mol －1 ＝3.2 g ，答案选B项。 43 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.1 酷我音乐 Hero's Theme Kameo-Elements Of Power-[《凯蜜欧传奇:能量元素》游戏原声带] Steven Burke $