PAGE12-第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第二節(jié)氮及其化合物第3課時硝酸酸雨及防治課標(biāo)定向1．能列舉、描述、辨識硝酸的重要物理、化學(xué)性質(zhì)及實驗現(xiàn)象，能用化學(xué)方程式、離子方程式正確表示其主要性質(zhì)。（宏觀辨識與微觀探析）2．能提出硝酸反應(yīng)的探究問題，能作出預(yù)測和假設(shè)，能依據(jù)實驗?zāi)康暮图僭O(shè)，設(shè)計實驗并能對實驗方案進(jìn)行評價。（科學(xué)探究與創(chuàng)新意識）情境導(dǎo)入公元八世紀(jì)，阿拉伯煉金術(shù)士賈比爾·伊本·哈揚在干餾硝石的時候發(fā)現(xiàn)并制得了硝酸，這是人類關(guān)于硝酸最早的記錄。硝酸是怎么生產(chǎn)的呢？教學(xué)建議本節(jié)課的重點是學(xué)會硝酸的性質(zhì)和酸雨的成因及防治。在教學(xué)時可借助硝酸的發(fā)現(xiàn)史引入教學(xué)，通過硝酸與銅反應(yīng)的實驗探究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象并分析產(chǎn)生現(xiàn)象的原因，設(shè)計探究實驗了解硝酸的主要性質(zhì)及其重要用途，構(gòu)建硝酸與金屬反應(yīng)的計算模型，通過酸雨及其防治和測定雨水pH的研究與實踐活動，認(rèn)識環(huán)境保護(hù)的重要性，培養(yǎng)社會責(zé)任感。學(xué)習(xí)任務(wù)一硝酸的性質(zhì)1．物理性質(zhì)無色、易揮發(fā)、具有刺激性氣味的液體，能與水以任意比混合。2．化學(xué)性質(zhì)（1）酸性：硝酸是一元強(qiáng)酸，電離方程式：HNO3=H＋＋NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))。（2）不穩(wěn)定性（用化學(xué)方程式表示）：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。①不純的HNO3呈黃色，是HNO3分解產(chǎn)生的NO2溶于其中形成的。②溫度越高、光線越強(qiáng)、濃度越大，越易分解。③保存：棕色試劑瓶，并放置在陰涼處。（3）強(qiáng)氧化性——【實驗5－8】實驗物質(zhì)稀硝酸濃硝酸實驗現(xiàn)象試管內(nèi)開始產(chǎn)生少量無色氣體，反應(yīng)逐漸加快，氣體在試管口變?yōu)榧t棕色，溶液逐漸變藍(lán)，銅絲逐漸變細(xì)試管內(nèi)產(chǎn)生大量紅棕色氣體，溶液逐漸變綠，銅絲逐漸變細(xì)實驗結(jié)論常溫下，稀硝酸與銅緩慢反應(yīng)生成NO常溫下，濃硝酸與銅迅速劇烈反應(yīng)生成NO2硝酸濃度不同，與金屬反應(yīng)的產(chǎn)物也不同：①濃硝酸與Cu反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu＋4HNO3（濃）=Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O；②稀硝酸與Cu反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Cu＋8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。常溫下，濃硝酸使鐵、鋁鈍化。除金、鉑外幾乎能氧化所有的金屬。[閃問]①銅與濃硝酸和稀硝酸反應(yīng)時，硝酸體現(xiàn)什么性質(zhì)？提示：硝酸體現(xiàn)氧化性和酸性。②教材中硝酸與銅的反應(yīng)中設(shè)計了可以抽動的銅絲，有什么優(yōu)點？提示：通過抽動銅絲可以控制反應(yīng)的發(fā)生和停止。3．硝酸的工業(yè)制法寫出每一步反應(yīng)的化學(xué)方程式，并指出含氮物質(zhì)發(fā)生的是氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)。①N2＋3H22NH3，還原反應(yīng)。②4NH3＋5O24NO＋6H2O，氧化反應(yīng)。③2NO＋O2=2NO2，氧化反應(yīng)。④3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。4．應(yīng)用硝酸是一種重要的化工原料，可用于制造化肥、農(nóng)藥、炸藥、染料和硝酸鹽等，在實驗室里是一種重要的化學(xué)試劑。1．探索硝酸的氧化性（1）寫出下列硝酸與金屬反應(yīng)的離子方程式。①銅和濃硝酸反應(yīng)：Cu＋4H＋＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O。②銅和稀硝酸反應(yīng)：3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。③少量鐵與稀硝酸反應(yīng)：Fe＋4H＋＋NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=Fe3＋＋NO↑＋2H2O。④過量鐵與稀硝酸反應(yīng)：3Fe＋8H＋＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O。（2）濃硝酸可以氧化非金屬單質(zhì)，如加熱條件下可將C氧化為CO2，同時生成紅棕色氣體，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。體現(xiàn)濃硝酸的什么性質(zhì)？提示：C＋4HNO3（濃）eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O，濃硝酸體現(xiàn)氧化性。2．質(zhì)疑：濃硝酸、稀硝酸與Cu的反應(yīng)產(chǎn)物分別為NO2、NO，反應(yīng)中，稀硝酸中氮元素的化合價降低較多，說明稀硝酸的氧化性比濃硝酸強(qiáng)，對嗎？提示：不對，濃硝酸的氧化性比稀硝酸的強(qiáng)，與Cu反應(yīng)時濃硝酸反應(yīng)更劇烈。3．思考：溶液中，F(xiàn)e2＋、NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、H＋能大量共存嗎？酸性條件下NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))還能氧化哪些離子？提示：不能共存，NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))在酸性條件下能將Fe2＋氧化為Fe3＋。酸性條件下NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))還能氧化S2－、HS－、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))、HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、I－等還原性離子。1．硝酸的氧化性性質(zhì)解釋或化學(xué)方程式金屬與Fe、Al濃硝酸常溫時濃硝酸使鐵、鋁鈍化,加熱時可以反應(yīng)與Fe稀硝酸鐵少量Fe+4H++NO3-===Fe3++NO↑+2H鐵過量3Fe+8H++2NO3-===3Fe2++2NO↑+4H與銅濃硝酸4HNO3(濃)+Cu===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O稀硝酸8HNO3(稀)+3Cu===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O非金屬與碳反應(yīng)4HNO3(濃)+CCO2↑+4NO2↑+2H2O還原性離子或物質(zhì)HI、HBr、SO2、Fe2+、FeO、Br-、I-、S2-、SO32-等均能被2.硝酸與非金屬反應(yīng)規(guī)律非金屬單質(zhì)＋濃硝酸該非金屬元素最高價氧化物或高價含氧酸＋NO2↑＋H2O3．硝酸與金屬反應(yīng)規(guī)律（1）除Au、Pt等少數(shù)金屬外，硝酸幾乎可以氧化所有的金屬至高價態(tài)。（2）HNO3的濃度不同，還原產(chǎn)物不同。一般情況下，HNO3的還原產(chǎn)物如下：Cu、Ag——濃：NO2稀：NOMg、Zn——濃：NO2、較濃：NO，稀：N2O、極稀：NH4NO3（3）常溫下濃硝酸能使Fe、Al鈍化，但加熱時可以反應(yīng)。【典例】下述實驗中均有紅棕色氣體產(chǎn)生，對比分析所得結(jié)論不正確的是（）①②③A.由①中的紅棕色氣體，推斷產(chǎn)生的氣體一定是混合氣體B．紅棕色氣體不能表明②中木炭與濃硝酸發(fā)生了反應(yīng)C．由③說明濃硝酸具有揮發(fā)性，生成的紅棕色氣體為還原產(chǎn)物D．③的氣體產(chǎn)物中檢測出CO2，由此說明木炭一定與濃硝酸發(fā)生了反應(yīng)【解析】選D。加熱條件下，濃硝酸分解：4HNO3eq\o(=,\s\up7(△))4NO2↑＋O2↑＋2H2O，生成二氧化氮和氧氣，則產(chǎn)生的氣體一定是混合氣體，故A正確；碳與濃硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為C＋4HNO3（濃）eq\o(=,\s\up7(△))4NO2↑＋CO2↑＋2H2O，二氧化氮氣體為紅棕色，在加熱條件下，濃硝酸可分解生成二氧化氮，不一定是與碳反應(yīng)生成，故B正確；硝酸中N元素化合價為＋5價，二氧化氮中的N元素化合價為＋4價，化合價降低，生成的紅棕色氣體為還原產(chǎn)物，故C正確；碳加熱至紅熱，可與空氣中氧氣反應(yīng)生成二氧化碳，不一定是與濃硝酸發(fā)生了反應(yīng)，故D錯誤。[借題發(fā)揮]（1）物質(zhì)性質(zhì)：寫出本題中與硝酸相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)，并說明硝酸體現(xiàn)的性質(zhì)。提示：4HNO3eq\o(=,\s\up7(△))4NO2↑＋O2↑＋2H2O不穩(wěn)定性；C＋4HNO3（濃）eq\o(=,\s\up7(△))4NO2↑＋CO2↑＋2H2O氧化性。（2）設(shè)計實驗：某同學(xué)通過將②中生成的氣體直接通入澄清石灰水中，觀察現(xiàn)象來確定②中C與HNO3（濃）發(fā)生反應(yīng)，你認(rèn)為可行嗎？提示：不可行，發(fā)生反應(yīng)生成CO2和NO2，氣體中會混有揮發(fā)出來的HNO3以及NO2與H2O反應(yīng)會生成的HNO3，可能不會出現(xiàn)沉淀。1．下列有關(guān)硝酸反應(yīng)的敘述錯誤的是（）A．稀硝酸與鐵反應(yīng)，有氫氣放出B．濃硝酸與銅反應(yīng)，有二氧化氮氣體放出C．硝酸與碳酸鈉反應(yīng)，有二氧化碳?xì)怏w放出D．硝酸受熱時，有二氧化氮、氧氣放出【解析】選A。稀硝酸與鐵反應(yīng)不產(chǎn)生H2，應(yīng)生成硝酸鹽、NO和H2O。2．淺綠色的Fe（NO3）2溶液中逐滴加入少量稀鹽酸時，溶液的顏色變化應(yīng)該是（）A．顏色變淺B．變?yōu)榧t色C．沒有改變D．變?yōu)辄S色【解析】選D。Fe（NO3）2溶液中存在著具有還原性的Fe2＋，同時有大量的NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))。當(dāng)加入稀鹽酸時，溶液中相當(dāng)于存在著具有強(qiáng)氧化性的稀硝酸，于是將Fe2＋氧化成Fe3＋。原Fe2＋溶液為淺綠色，反應(yīng)后將變?yōu)镕e3＋溶液的顏色，即黃色。學(xué)習(xí)任務(wù)二硝酸計算1．原子守恒法在解題中的應(yīng)用HNO3與金屬反應(yīng)時，一部分HNO3起酸的作用，以NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的形式存在于溶液中，另一部分HNO3作為氧化劑轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物。這兩部分HNO3中氮原子的總物質(zhì)的量等于反應(yīng)消耗的HNO3中氮原子的物質(zhì)的量。n（HNO3）消耗＝x·n[M（NO3）x]＋n（NO2）＋n（NO）。2．電子守恒法在解題中的應(yīng)用HNO3與金屬的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)，HNO3中氮原子得到的電子的物質(zhì)的量等于金屬失去的電子的物質(zhì)的量，即金屬失電子的物質(zhì)的量＝n（NO2）＋3n（NO）。3．“離子方程式法”在解題中的應(yīng)用金屬與H2SO4、HNO3的混合酸反應(yīng)時，由于NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))在H2SO4提供H＋的條件下能繼續(xù)與金屬反應(yīng)，因此此類題目應(yīng)用離子方程式來計算，先做少、過量判斷，然后根據(jù)完全反應(yīng)的金屬或H＋或NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))進(jìn)行相關(guān)計算，且溶液中要符合電荷守恒。[提醒]溶液呈電中性，離子符合電荷守恒。若HNO3過量，反應(yīng)后溶液中（不考慮OH－）有：c（NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))）＝c（H＋）＋nc（Mn＋）（Mn＋代表金屬離子）。[方法導(dǎo)引]硝酸與金屬反應(yīng)的計算規(guī)律【典例】（2022·金華高一檢測）將1.92g銅粉與一定量的濃硝酸反應(yīng)，當(dāng)銅粉完全反應(yīng)時收集到1.12L（換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下）NO、NO2混合氣體。則所消耗硝酸的物質(zhì)的量是（）A．0.11molB.0.12molC.0.08mol D.0.05mol【解析】選A。銅與硝酸反應(yīng)時，消耗的硝酸轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛徙~和氮的氧化物（NO2或NO）；由題意可知：n（Cu）＝eq\f(1.92g,64g·mol－1)＝0.03mol，n（氣體）＝eq\f(1.12L,22.4L·mol－1)＝0.05mol；根據(jù)元素守恒，共消耗硝酸的物質(zhì)的量n（HNO3）＝0.03mol×2＋0.05mol＝0.11mol，故選A。[借題發(fā)揮]電荷守恒：收集到的混合氣體中，NO和NO2的物質(zhì)的量之比是多少？提示：1∶9。反應(yīng)中Cu失電子的總物質(zhì)的量為0.03mol×2＝0.06mol，設(shè)NO和NO2的物質(zhì)的量分別是amol、bmol，據(jù)得失電子守恒推知，3a＋b＝0.06，又因為a＋b＝0.05，解得a＝0.005，b＝0.045，故NO和NO2的物質(zhì)的量之比是1∶9。銅與一定量濃硝酸反應(yīng)，得到硝酸銅溶液和NO、N2O4、NO2的混合氣體，這些氣體與5.6LO2（標(biāo)準(zhǔn)狀況）混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸，則消耗銅的質(zhì)量為（）A．16g B．32gC．64g D．無法計算【解析】選B。銅與一定量濃硝酸反應(yīng)，得到硝酸銅溶液和NO、N2O4、NO2的混合氣體，這些氣體與5.6LO2（標(biāo)準(zhǔn)狀況）混合后通入水中，所有氣體完全被水吸收生成硝酸，則整個過程中HNO3反應(yīng)前后沒有變化，證明氧氣得到的電子和銅失去的電子相同，由電子守恒可知n（Cu）×2＝n（O2）×4，n（Cu）＝2×eq\f(5.6L,22.4L·mol－1)＝0.5mol，消耗銅的質(zhì)量＝0.5mol×64g·mol－1＝32g。【補償訓(xùn)練】38．4mg銅跟適量的濃硝酸反應(yīng)，銅全部作用后，共收集到22.4mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體，則反應(yīng)消耗的硝酸的物質(zhì)的量可能是（）A．1.0×10－3molB．1.6×10－3molC．2.2×10－3molD．2.4×10－3mol【解析】選C。濃硝酸適量，在反應(yīng)過程中變稀，實際上發(fā)生了兩個反應(yīng)：Cu＋4HNO3（濃）=Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O，3Cu＋8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。反應(yīng)消耗的HNO3包括起酸性作用和起氧化性作用的兩部分，前者反應(yīng)后以Cu（NO3）2形式存在，后者被還原后生成NO2、NO氣體。從兩個方程式看出Cu＋2HNO3（酸）～Cu（NO3）2，HNO3（氧化劑）～NO2（或NO），所以反應(yīng)消耗的HNO3的物質(zhì)的量為eq\f(38.4×10－3g,64g·mol－1)×2＋eq\f(22.4×10－3L,22.4L·mol－1)＝1.2×10－3mol＋1×10－3mol＝2.2×10－3mol。學(xué)習(xí)任務(wù)三酸雨及防治1．SO2與NO2的主要來源、危害和防治2．酸雨1．思考：汽車燃油中不含氮元素，汽車尾氣中的氮氧化物從何而來？提示：空氣中的氮氣和氧氣在發(fā)動機(jī)高溫條件下化合生成NO，進(jìn)而被氧氣氧化生成NO2。2．質(zhì)疑：燃煤脫硫技術(shù)中，向燃煤中加入生石灰，若改為加入石灰石是否可行？提示：可行，高溫條件下CaCO3分解生成CaO，可吸收SO2。（2022·金華高一檢測）酸雨是一種突出的環(huán)境問題。下列有關(guān)酸雨及其防治的說法正確的是（）A．酸雨主要是由空氣中CO2的濃度增大引起的B．酸雨能直接損傷農(nóng)作物，破壞森林，加速橋梁的腐蝕C．向煤中加入適量生石灰，在燃燒時SO2最終生成CaSO3，可減少酸雨D．汽車排氣管上裝有“催化轉(zhuǎn)化器”，使有毒的CO和NO反應(yīng)生成N2和CO2，但不利于酸雨的防治【解析】選B。酸雨主要是由SO2、NO2等氣體引起的，正常雨水由于溶解了CO2，其pH約為5.6，而SO2、NO2溶于雨水分別生成H2SO4和HNO3，使雨水pH<5.6，即為酸雨，故A錯誤；向煤中加入生石灰，CaO＋SO2=CaSO3，2CaSO3＋O2eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())2CaSO4，故C錯誤；2CO＋2NOeq\o(=,\s\up7(催化劑),\s\do5())2CO2＋N2，防止發(fā)生NOeq\o(→,\s\up7(O2),\s\do5())NO2eq\o(→,\s\up7(H2O),\s\do5())HNO3，利于酸雨的防治，故D錯誤。【補償訓(xùn)練】形成“酸雨”的主要原因是（）A．汽車排放出大量尾氣B．亂砍濫伐森林C．工業(yè)上大量燃燒含硫燃料D．大氣中二氧化碳含量增多【解析】選C。汽車排出大量尾氣，主要含有CO、氮氧化物，主要與光化學(xué)煙霧有關(guān)，故A不選；森林遭到亂砍濫伐，破壞了生態(tài)平衡，會減少二氧化碳的吸收，與溫室效應(yīng)有關(guān)，故B不選；工業(yè)上大量燃燒含硫燃料，使空氣中二氧化硫的含量增加，為酸雨形成的主要原因，故C選；大氣中二氧化碳含量增多，與溫室效應(yīng)有關(guān)，故D不選。1．我國清代《本草綱目拾遺》中記敘無機(jī)藥物335種，其中“強(qiáng)水”條目下寫道：“性最烈，能蝕五金……其水甚強(qiáng)，五金八石皆能穿第，惟玻璃可盛。”這里的“強(qiáng)水”是指（）A．氨水B．硝酸C．醋D．鹵水【解析】選B。根據(jù)所給四種物質(zhì)的氧化性的強(qiáng)弱可判斷，硝酸具有強(qiáng)氧化性，可溶解大部分金屬，“強(qiáng)水”為硝酸。2．下列反應(yīng)中HNO3既表現(xiàn)出酸性又表現(xiàn)出強(qiáng)氧化性的是（）A．稀硝酸與CuO反應(yīng)B．稀硝酸與NaOH溶液反應(yīng)C．濃硝酸與灼熱的碳反應(yīng)D．濃硝酸與銅反應(yīng)【解析】選D。硝酸表現(xiàn)出酸性的特征是有硝酸鹽生成，硝酸表現(xiàn)出氧化性的特征是氮元素的化合價降低，據(jù)此可知，A、B中只能表現(xiàn)出酸性，C中只能表現(xiàn)出強(qiáng)氧化性，D中有硝酸銅、NO2和水生成，HNO3既表現(xiàn)出酸性又表現(xiàn)出強(qiáng)氧化性。3．導(dǎo)致下列現(xiàn)象的主要原因與排放氮氧化物無關(guān)的是（）A．酸雨B．光化學(xué)煙霧C．霧霾D．溫室效應(yīng)【解析】選D。氮氧化物的排放可以引起酸雨、光化學(xué)煙霧、霧霾等，但是不能引起溫室效應(yīng)。4．（2022·臺州高一檢測）下列關(guān)于HNO3說法不正確的是（）A.濃硝酸見光或受熱時易分解B．HNO3分解產(chǎn)生NO2與O2，物質(zhì)的量之比為4∶1，若將帶火星的木條伸入該混合氣體內(nèi)，木條復(fù)燃，說明NO2也支持燃燒C．常溫下，F(xiàn)e和Al遇到濃硝酸會發(fā)生“鈍化”，因此可以用鐵制容器來儲存濃硝酸D．濃鹽酸和濃硝酸按體積比1∶3混合，可以得到“王水”【解析】選D。濃硝酸見光或受熱會分解生成NO2、O2和H2O，A正確；濃硝酸分解產(chǎn)生的NO2與O2物質(zhì)的量之比為4∶1，在相同條件下體積之比為4∶1，其中O2的體積分?jǐn)?shù)為20%，比空氣中O2的體積分?jǐn)?shù)（約21%）略小，因為空氣不能使帶火星的木條復(fù)燃，故若將帶火星的木條伸入該混合氣體內(nèi)，木條復(fù)燃，說明NO2也支持燃燒，B正確；常溫下，鐵、鋁的表面被濃硝酸氧化生成了一層致密的氧化物薄膜，這層薄膜阻止了濃硝酸與內(nèi)層金屬的進(jìn)一步反應(yīng)（即常溫下Fe、Al遇到濃硝酸會發(fā)生“鈍化”），因此可用鐵制容器儲存濃硝酸，C正確；濃鹽酸和濃硝酸按體積比3∶1混合可以得到王水，D錯誤。5．利用如圖所示裝置進(jìn)行銅與硝酸反應(yīng)的實驗。（1）硝酸一般盛放在棕色試