第5章 第2节 第4课时 硝酸 酸雨及防治-【新课程学案】2025-2026学年高中化学必修第二册教师用书word（人教版 多选版）

第4课时　硝酸　酸雨及防治 新知探究(一)——硝酸 (一)硝酸的性质 1.物理性质 无色、易挥发、有刺激性气味的液体,能与水以任意比混合。 2.化学性质 (1)酸性:硝酸是一元强酸,电离方程式: HNO3===H++N,具有酸的通性。 (2)不稳定性(用化学方程式表示): 4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O。 ①不纯的HNO3呈黄色,是HNO3分解产生的NO2溶于其中导致的。 ②温度越高、光线越强、浓度越大,越易分解。 ③保存:棕色试剂瓶中,并放置在阴凉处。 (3)硝酸与Cu反应实验探究 实验 装置 向两支具支试管中分别加入浓硝酸和稀硝酸 实验 现象 浓HNO3:试管内产生大量红棕色气体,溶液逐渐变绿色,铜丝逐渐变细 稀HNO3:试管内开始产生少量无色气体,反应逐渐加快,气体在试管上部变为红棕色,溶液逐渐变蓝色,铜丝逐渐变细 化学 方程式　 Cu+4HNO3(浓) === Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀) ===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 实验 结论 浓HNO3与金属铜反应生成NO2, 稀HNO3与金属铜反应生成NO, 浓HNO3的氧化性更强 (二)硝酸的工业制法 写出上述转化的化学方程式,并指出含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应: ①N2+3H22NH3,N2发生还原反应。 ②4NH3+5O24NO+6H2O,NH3发生氧化反应。 ③2NO+O2===2NO2,NO发生氧化反应。 ④3NO2+H2O===2HNO3+NO,NO2既发生氧化反应,又发生还原反应。 　　[微点拨]　NH3催化氧化制HNO3的过程中可以通过调节O2和H2O的量,可以使NH3完全转化为HNO3。 [系统融通知能] 1.硝酸的不稳定性——棕色试剂瓶保存 4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O。 2.硝酸的氧化性 性质 解释或化学(离子)方程式 金属 与Fe、Al 浓硝酸 常温时浓硝酸使铁、铝钝化,加热时可以反应 与Fe 稀硝酸 铁少量:Fe+4H++N===Fe3++NO↑+2H2O 铁过量:3Fe+8H++2N===3Fe2++2NO↑+4H2O 与铜 浓硝酸 4HNO3(浓)+Cu===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 稀硝酸 8HNO3(稀)+3Cu===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 非金属 与碳反应 4HNO3(浓)+CCO2↑+4NO2↑+2H2O 还原性离子或 物质　 HI、HBr、SO2、Fe2+、FeO、Br-、I-、S2-、S等均能被HNO3氧化 3.硝酸与非金属反应规律 非金属单质+浓硝酸该非金属元素最高价氧化物或高价含氧酸+NO2↑+H2O。 4.硝酸与金属反应规律 (1)除Au、Pt等少数金属外,硝酸几乎可以氧化所有的金属至高价态。 (2)HNO3的浓度不同,还原产物不同。一般情况下,HNO3的还原产物如下: Cu、Ag——浓:NO2　稀:NO Zn——浓:NO2　稀:NO,一般稀:N2O,极稀:NH4NO3 [题点多维训练] 题点(一)　硝酸的主要性质 1.硝酸被称为“国防工业之母”是因为它是制取炸药的重要原料。下列实验事实与硝酸性质不相对应的是 (　　) 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.不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性 C.要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性 D.稀硝酸能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去——强氧化性 解析:选D　浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红,表现出酸性,后褪色,表现出强氧化性,A正确;不能用稀硝酸与锌反应制氢气,因为硝酸具有强氧化性,被锌还原生成氮氧化物等,而不能生成氢气,B正确;要用棕色瓶盛装浓硝酸,因为浓硝酸具有不稳定性,见光易分解,C正确;稀硝酸能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去,硝酸表现出酸性,与氢氧化钠发生中和反应而使溶液碱性减弱,从而使溶液的红色褪去,D错误。 2.将铜粉放入稀硫酸中,加热,无明显现象发生。当加入一种物质(足量)后,铜粉溶解。则下列物质中:①Fe2(SO4)3、②Na2CO3、③KNO3、④FeSO4、⑤Fe2O3、⑥HCl,符合条件的是 (　　) A.①③⑤　　　　　　　　 B.③④⑥ C.②④⑥ D.①②③ 答案:A 3.[双选]下列有关足量铜与一定量浓硝酸反应的说法中错误的是 (　　) A.HNO3是氧化剂,NO2和NO为还原产物 B.每生成1 mol混合气体(NO2、NO),则被还原的硝酸为2 mol C.硝酸在反应中表现强氧化性和酸性 D.参加反应的硝酸中,被还原和未被还原的硝酸的物质的量之比一定是1∶1 解析:选BD　足量Cu与一定量浓硝酸反应,先发生反应Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O①,随反应进行,浓硝酸变稀,发生反应3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O②,两个反应中HNO3均为氧化剂,NO2和NO为还原产物,A项正确;根据氮原子守恒,生成1 mol NO2和NO的混合气体时,有1 mol HNO3被还原,B项错误;结合上述反应可知HNO3表现出强氧化性和酸性,C项正确;在反应①中被还原的HNO3和未被还原的HNO3的物质的量之比为1∶1,而反应②中被还原和未被还原的HNO3的物质的量之比为1∶3,D项错误。 |易错易混|浓酸参与反应的程度分析 (1)浓HCl与足量MnO2共热,HCl不能完全反应。 (2)浓H2SO4与足量Cu共热,H2SO4不能完全反应,浓H2SO4与Zn反应,开始生成SO2,后期生成H2。 (3)浓HNO3与足量Cu共热,开始生成NO2,后期生成NO。 题点(二)　硝酸的主要性质实验探究 4．(2025·广东卷)按如图组装装置并进行实验：将铜丝插入溶液中，当c中红色褪去时，将铜丝拔离液面。下列叙述错误的是(　　) A．a中有化合反应发生，并有颜色变化 B．b中气体变红棕色时，所含氮氧化物至少有两种 C．c中溶液红色刚好褪去时，HCO3－恰好完全反应 D．若将a中稀硝酸换为浓硫酸并加热，则c中溶液颜色会褪去 解析：选C　铜和稀硝酸反应，会生成一氧化氮，一氧化氮为无色气体，液面上方有氧气存在，一氧化氮与氧气反应，生成红棕色的二氧化氮，属于化合反应，生成的Cu(NO3)2为蓝色，有颜色变化，A正确；b中气体变红棕色时，说明有二氧化氮存在，存在2NO2N2O4的反应，所以所含氮氧化物至少有两种，B正确；酚酞的变色范围是8.2～10，c中溶液红色刚好褪去时，此时溶液可能呈弱碱性，所以不能判断HCO3－是否恰好完全反应，C错误；若将a中稀硝酸换为浓硫酸并加热，会生成二氧化硫，二氧化硫通入碳酸氢钠溶液中，可生成亚硫酸氢钠，溶液显酸性，c中溶液颜色会褪去，D正确。 5.为了探究浓硝酸的性质,进行以下五组实验,均观察到有红棕色气体产生。下列分析错误的是 (　　) A.将带火星的木条靠近实验①的试管口,木条复燃,说明NO2支持燃烧 B.实验②中的铁片钝化,红棕色气体由浓硝酸分解产生 C.对比实验①④⑤,实验④中的红棕色气体可能是由挥发的硝酸受热分解产生的 D.五支试管中的红棕色气体均为还原产物 解析:选B　浓硝酸受热分解生成NO2和O2,且NO2与O2的体积比为4∶1,该混合气体中O2的含量接近于空气中O2的含量,空气中的O2不能使带火星的木条复燃,而实验①中气体能使带火星的木条复燃,则说明实验①产生的气体中的NO2支持燃烧,A项正确;灼热的铁片放入浓硝酸中,相当于浓硝酸与铁在加热的条件下反应,红棕色气体是铁与浓硝酸反应的产物,B项错误;对比实验①④⑤,实验④中的灼热的木炭没有接触浓硝酸,但出现了红棕色气体,则红棕色气体可能是由挥发的硝酸受热分解产生的,C项正确;五支试管中的红棕色气体均来自HNO3,故NO2均为还原产物,D项正确。 新知探究(二)——金属与硝酸反应的有关计算　　 典例导学 　　[典例]　(2025·福建泉港一中阶段检测)将3 g镁铝合金投入200 mL某浓度的硝酸中,合金完全溶解,共收集到NO气体0.1 mol(已知还原产物只有NO),向所得溶液中滴加4 mol·L-1 NaOH溶液,当滴加的NaOH溶液的体积为100 mL时,生成的沉淀质量最大。下列说法正确的是 (　　) A.合金中镁、铝的物质的量之比为1∶1 B.原硝酸的物质的量浓度为5 mol·L-1 C.合金完全溶解时,溶液中的H+的物质的量为0.2 mol D.所得沉淀的质量为8.1 g [解析]　设Mg、Al的物质的量分别为x、y,可知合金总质量为3 g,即24x+27y=3,且共产生0.1 mol NO,可知转移电子0.3 mol,故2x+3y=0.3,由解得合金和硝酸反应后,当混合液中滴加氢氧化钠溶液至沉淀恰好达到最大值时,溶液中的溶质为NaNO3,由原子守恒可知混合液中的N满足N~NaNO3~Na+~NaOH,故溶液中的n(N)=n(NaOH)=4×0.1 mol=0.4 mol,且硝酸中的N转化为混合液中的N和NO,故n(HNO3)=n(NO)+n(N)=0.1 mol+0.4 mol=0.5 mol,原硝酸的物质的量浓度为 mol·L-1=2.5 mol·L-1。由分析可知合金中镁、铝的物质的量之比为0.05∶=3∶4,A错误。由分析可知原硝酸的物质的量浓度为 mol·L-1=2.5 mol·L-1,B错误。合金完全溶解时,溶液中的H+的物质的量满足电荷守恒n(H+)+2n(Mg2+)+3n(Al3+)=n(N)得n(H+)=n(N)-2n(Mg2+)-3n(Al3+)= mol=0.1 mol,C错误。沉淀为Mg(OH)2、Al(OH)3,由原子守恒可知m[Mg(OH)2]+m[Al(OH)3]= g=8.1 g,D正确。 [答案]　D [系统融通知能] 1.以Cu与硝酸反应为例的计算方法 (1)原子守恒法 反应前所有的N元素只存在于HNO3中,反应后含N元素的物质有HNO3的还原产物(假设有NO2、NO)和Cu(NO3)2,则有n(HNO3)消耗=n(NO2)+n(NO)+2n[Cu(NO3)2]。 (2)电子守恒法 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),N+e-―→NO2、N+3e-―→NO。根据得失电子守恒,则有2n(Cu)=n(NO2)+3n(NO)。 (3)电荷守恒法 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N(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N。则有①若HNO3不过量:n(N)=2n(Cu2+);②若HNO3过量:n(N)=2n(Cu2+)+n(H+)。 (4)离子方程式计算法 金属与硫酸、硝酸的混合酸反应时,由于硝酸盐中N在硫酸提供H+的条件下能继续与金属反应,故此类题目应用离子方程式来计算3Cu+8H++2N===3Cu2++2NO↑+4H2O。先作过量判断,然后根据完全反应的金属或H+或N进行相关计算,且要符合电荷守恒。 2.金属与硝酸反应的思维流程 [题点多维训练] 1.在标准状况下将1.92 g铜粉投入一定量浓硝酸中,随着铜粉的溶解,反应生成的气体颜色逐渐变浅,当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12 L,则混合气体中NO的体积为(不考虑NO2与N2O4的转化) (　　) A.112 mL　　　　　　　 B.1 008 mL C.224 mL D.448 mL 解析:选A　混合气体的总物质的量为1.12 L÷22.4 L·mol-1=0.05 mol,1.92 g铜粉的物质的量为0.03 mol。设NO的物质的量为n1 mol,则NO2的物质的量为(0.05-n1)mol,根据得失电子守恒得3n1+(0.05-n1)×1=0.03×2,解得n1=0.005,V(NO)=0.005 mol×22.4 L·mol-1=0.112 L=112 mL。 2.将3.84 g Cu和一定量的浓HNO3反应,当Cu反应完全时,共收集到气体2.24 L NO2和NO(标准状况,不考虑NO2转化为N2O4),则反应中消耗HNO3的物质的量为 (　　) A.0.1 mol B.0.24 mol C.0.16 mol D.0.22 mol 解析:选D　铜与硝酸反应转化为Cu(NO3)2、NO和NO2,根据铜原子守恒:n[Cu(NO3)2]=n(Cu)==0.06 mol,NO和NO2的物质的量共为n===0.1 mol,根据氮原子守恒:n(HNO3)=2n[Cu(NO3)2]+n(NO)+n(NO2)=2×0.06 mol+0.1 mol=0.22 mol。 3.a mol FeS与b mol FeO投入到V L c mol·L-1硝酸中充分反应,产生NO气体,所得澄清溶液成分可看作是Fe(NO3)3和H2SO4的混合液,则反应中未被还原的硝酸可能为 (　　) ①(a+b)×63 g　 ②(a+b)×189 g ③mol　 ④mol A.①④　　B.②③　　C.①③　　D.②④ 解析:选D　由Fe原子守恒可知,n[Fe(NO3)3]=(a+b)mol,则反应中未被还原的硝酸的物质的量=n(N)=3(a+b)mol,其质量为(a+b)×189 g;由S原子守恒可知,n(H2SO4)=a mol,由电子转移守恒可知,被还原的硝酸的物质的量为mol=mol,则反应中未被还原的硝酸为mol。 命题热点——氮的价类二维图及相关转化　　 [说明]　(1)氮的氧化物有O、O、O3(HNO2)、O2、O5(HNO3)。 (2)直接转化:N2(NH3)NONO2―→HNO3。 (3)NH3·H2O为一元弱碱。 [题点多维训练] 1.(2025·福州闽侯县期中)氮及其化合物的转化关系如下图所示,则下列说法不正确的是 (　　) A.路线①②③是工业生产硝酸的主要途径 B.路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径 C.上述所有反应都是氧化还原反应 D.氮气可在足量的氧气中通过一步反应生成NO2 解析:选D　闪电固氮的特点是空气中的氮气与氧气反应得到一氧化氮,工业固氮的特点是氨气与氧气催化氧化得到一氧化氮,据此回答问题。在工业上是用氨催化氧化方法制取硝酸,路线①②③就是工业生产硝酸的主要途径,A正确。雷电固氮就是空气中的N2与O2在电火花作用下反应产生NO,NO被O2氧化产生NO2,NO2被水吸收得到硝酸,故路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径,B正确。在题述反应中都存在N元素化合价的变化,因此都是氧化还原反应,C正确。氮气与氧气在高温或放电时反应产生NO,无法一步得到二氧化氮,D错误。 2.如图是氮元素形成物质的价—类二维图及氮循环的部分信息: 下列说法正确的是 (　　) ①可通过雷电作用将b转化为c,这是一种固氮方式　②可通过加氧化剂将e转化为f　③a→c→d→f这几个反应中,均发生了N元素被氧化的反应　④g只具有氧化性,可能与碱发生反应　 ⑤可通过加Cu、C等还原剂,将f转化为d　⑥h可与f反应生成i A.①③⑤⑥　　　　　　 B.①②③④ C.②③⑥ D.①④⑤ 解析:选A　根据物质类别及N元素的化合价可知:a是NH3、b是N2、c是NO、d是NO2、e是N2O5、f是HNO3、g是HNO2、h是NH3·H2O、i是铵盐,i中氮元素显-3价和+5价,则i为NH4NO3。②N2O5与HNO3中的氮化合价相同,不需加氧化剂;④中g为HNO2既有氧化性又有还原性。 3.(2025·重庆实验中学月考)已知有如图所示转化关系(反应条件略)。 已知:①X、Y、Z、W均为氧化物。常温下,X是红棕色气体;Y能使澄清石灰水变浑浊但不能使品红溶液褪色。②相对分子质量:甲<乙。③将甲的浓溶液露置在空气中一段时间,质量减小浓度降低;将乙的浓溶液露置在空气中一段时间,质量增加浓度降低。请回答下列问题: (1)Z是　　　　(填写化学式)。  (2)在X与Z的反应中,被氧化的X与被还原的X的物质的量之比是　　　　　　。  (3)W可使溴水褪色,写出该反应的化学方程式:　 。  (4)写出Cu与甲的浓溶液反应的化学方程式: 　。  解析:常温下,X是红棕色气体,则X为NO2;Y能使澄清石灰水变浑浊但不能使品红溶液褪色,则Y为CO2;结合甲与M反应得到NO2、CO2,并结合题中信息可知甲为HNO3、M为C,则Z为H2O;再结合乙的浓溶液露置在空气中一段时间,质量增加浓度降低,可知乙为H2SO4,则W为SO2。(2)X和Z的反应为3NO2+H2O===2HNO3+NO,NO2被氧化生成HNO3、被还原生成NO,即被氧化与被还原的NO2的物质的量之比是2∶1。(3)W为SO2,Br2具有强氧化性,在溶液中将SO2氧化为H2SO4,化学方程式为SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBr。(4)Cu与浓HNO3反应的化学方程式为Cu+4HNO3(浓) ===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。 答案:(1)H2O　(2)2∶1　(3)SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBr　(4)Cu+4HNO3(浓) ===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 新知探究(三)——酸雨及防治 1.酸雨 (1)二氧化硫和氮氧化物的来源 SO2 煤、石油和某些金属矿物的燃烧和冶炼 NOx 机动车发动机中,燃料燃烧产生的高温条件会使空气中的N2与O2反应生成NOx (2)酸雨的形成 SO2、氮氧化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。正常雨水由于溶解了CO2,其pH约为5.6,而酸雨的pH<5.6。 Ⅰ.硫酸型酸雨的形成过程如图: 写出图中标号所对应的化学方程式: ①2SO2+O22SO3。 ②SO2+H2OH2SO3。 ③SO3+H2O===H2SO4。 ④2H2SO3+O2===2H2SO4。 Ⅱ.硝酸型酸雨的形成过程如图: 汽车尾气→NONO2HNO3 写出图中标号所对应的化学方程式: ①2NO+O2===2NO2。 ②3NO2+H2O===2HNO3+NO。 2.酸雨的危害与防治 危害 ①直接损伤农作物,破坏森林和草原,使土壤、湖泊酸化; ②加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电缆的腐蚀 防治 ①调整能源结构,发展清洁能源; ②研究煤的脱硫技术,改进燃烧技术,减少二氧化硫和氮氧化物的排放; ③加强工厂废气的回收处理; ④改进汽车尾气的处理技术,控制尾气排放 [题点多维训练] 1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)酸雨是指pH小于7的降雨。 (×) (2)化石燃料燃烧产生大量CO2,是形成酸雨的主要原因。 (×) (3)氮氧化物、硫的氧化物都可以形成酸雨。 (√) (4)防治酸雨的根本途径是减少人为SO2、NOx的排放。 (√) 2．(2025·安徽黄山期中)酸雨形成的示意图如图所示。下列说法正确的是(　　) A．pH<7的雨水即为酸雨 B．汽车排气口处发生反应：N2＋O22NO C．可以通过“汽车尾气催化净化”“燃煤脱硫”等措施遏制酸雨形成 D．二氧化氮、二氧化硫均能形成强酸，所以都为酸性氧化物 解析：选C　pH小于5.6的雨水即为酸雨，故A错误；汽车排气口处发生的反应为一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，反应的化学方程式为2NO＋O2===2NO2，故B错误；可以通过“汽车尾气催化净化”“燃煤脱硫”等措施减少氮的氧化物和二氧化硫的排放，遏制酸雨形成，故C正确；二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮，所以二氧化氮不属于酸性氧化物，故D错误。 3.(1)现有雨水样品1份,每隔一段时间测定该雨水样品的pH,所得数据如下: 测试时间/h 0 1 2 3 4 雨水的pH 4.73 4.63 4.56 4.55 4.55 分析数据,回答下列问题: ①雨水样品的pH变化的原因是 　(用化学方程式表示)。  ②如果将刚取样的上述雨水与自来水相混合,pH将变　　　　,原因是 　(用化学方程式表示)。  (2)下列可以减少酸雨产生的途径是　　　　　　(填字母)。  ①少用煤作燃料　②把工厂烟囱造高　③燃料脱硫　④在已酸化的土壤中加石灰　⑤开发新能源 A.①②③　　　　　　 B.②③④⑤ C.①③⑤ D.①③④⑤ 答案:(1)①SO2+H2OH2SO3、2H2SO3+O2===2H2SO4　 ②小　Cl2+2H2O+SO2===H2SO4+2HCl(或H2SO3+HClO===H2SO4+HCl)　(2)C 学科网（北京）股份有限公司 $