2020-2021学年新教材化学人教版必修第二册教案：第5章 第2节 第3课时　硝酸　酸雨及防治 Word版含解析 11页

第 3 课时 硝酸 酸雨及防治 发展目标 体系构建 1.通过实验掌握 HNO3 的性质，培养“变化观念与科学探 究”的核心素养。 2.根据生活和生产中的环境问题，了解酸雨及防治，培养 “科学态度与社会责任”的核心素养。 一、硝酸 1．物理性质 颜色 状态 气味 特性 无色 液态 有刺激性气味 易挥发 2.化学性质 (1)酸性：属于强酸，具有酸的通性，如 CaCO3 与 HNO3 反应的化学方程式为 CaCO3＋2HNO3(稀)===Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O。 (2)不稳定性：见光或者受热易分解，化学方程式为 4HNO3 ===== △ 或光照4NO2↑＋ O2↑＋2H2O。所以硝酸一般保存在棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处。 (3)强氧化性 与金属反应：硝酸具有强氧化性，能与除金、铂、钛以外的大多数金属反应。 a．Cu 与浓硝酸反应的化学方程式为 Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑ ＋2H2O。 Cu 与稀硝酸反应的化学方程式为 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋ 4H2O。 b．与 Fe、Al 反应：常温下，浓硝酸或浓硫酸可使铁、铝表面形成一层致密 的氧化物薄膜，所以可以用铁制容器或铝制容器来盛装浓硝酸或浓硫酸。当加热 时，Fe、Al 会与浓硝酸或浓硫酸发生反应。 c．浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为 1∶3)叫做王水，能使一些不溶于硝酸 的金属如金、铂等溶解。 浓硝酸往往显黄色的原因是什么？ 提示：HNO3 分解生成的 NO2 溶于浓硝酸中显黄色。 3．用途 硝酸是重要的化工原料，可用于制造化肥、炸药、染料、农药等。 二、酸雨及防治 1．SO2、NOx 的主要来源 (1)SO2：主要来源于煤、石油和某些含硫的金属矿物的燃烧或冶炼。 (2)NOx：主要来源于机动车产生的尾气。 2．SO2、NOx 对人体的危害 SO2 与 NOx 会引起呼吸道疾病，危害人体健康，严重时会使人死亡。 3．酸雨 4．酸雨防治 (1)工业废气排放到大气中之前，必须进行适当处理，防止有害物质污染大气。 (2)减少化石燃料的直接燃烧，如脱硫处理。 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)浓硝酸与足量 Zn 反应，生成的气体中可能有 NO2、NO、H2 等。 ( ) (2)硝酸与 Cu 反应中，HNO3 只表现强氧化性。 ( ) (3)酸雨的 pH＜5.6，正常雨水的 pH＝7。 ( ) (4)刚收集到的酸雨放置一段时间后，pH 会增大。 ( ) [答案] (1)× (2)× (3)× (4)× 2．下列关于硝酸的叙述正确的是( ) 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 [答案] C 3．分别写出 SO2、NO2 形成酸雨的有关化学方程式： ________________________________________________________________ ________________________________________________________________、 ________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 [ 答 案 ] SO2 ＋ H2O H2SO3 ， 2H2SO3 ＋ O2===2H2SO4 3NO2 ＋ H2O===2HNO3＋NO 硝酸的氧化性及有关计算 1．浓硝酸中加入紫色石蕊试液，溶液先变红又褪色，这表现了 HNO3 的什么 性质？ 提示：酸性和强氧化性。 2．酸性条件下，Fe2＋、NO－ 3 、Na＋能大量共存吗？在 NO － 3 存在的酸性条件下 还能氧化哪些离子？ 提示：不能共存，NO － 3 在酸性条件下能将 Fe2＋氧化为 Fe3＋。S2－、HS－、SO2－ 3 、 HSO－ 3 、I－等。 3．将 7.68 g 铜与 50 mL 一定浓度的硝酸恰好完全反应，收集到标准状况下 4.48 L 气体。请思考： (1)反应过程中，失去电子的物质的量为多少？ (2)被还原的 HNO3 为多少摩尔？未被还原的 HNO3 为多少摩尔？ (3)硝酸的物质的量浓度为多少？ (4)4.48 L 气体的成分有哪些？各是多少 L? 提示：(1)n(e－)＝n(Cu)×2＝7.68 64 ×2 mol＝0.24 mol。 (2)n(被还原 HNO3)＝n(气体)＝ 4.48 L 22.4 L·mol－1 ＝0.2 mol， n(未被还原 HNO3)＝n(Cu)×2＝0.12 mol×2＝0.24 mol。 (3)n(HNO3)＝0.2 mol＋0.24 mol＝0.44 mol， c(HNO3)＝0.44 mol 0.05 L ＝8.8 mol·L－1。 (4)成分为 NO2、NO，根据电子守恒和氮原子守恒可知 n（NO）＋n（NO2）＝4.48 22.4mol 3n（NO）＋n（NO2）＝0.24 mol n(NO)＝0.02 mol，n(NO2)＝0.18 mol， 故 V(NO)＝0.448 L，V(NO2)＝4.032 L。 1．硝酸的强氧化性 HNO3 中的＋5 价氮元素具有很强的得电子能力。硝酸的浓度越大，反应温度 越高，其氧化性越强。 (1)硝酸与金属的反应 ①除 Au、Pt 等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属，如 3Ag＋ 4HNO3(稀)===3AgNO3＋NO↑＋2H2O。 ②活泼金属与硝酸反应不生成 H2，硝酸的浓度不同，还原产物不同，可能是 NO2、N2O、NO、N2、NH ＋ 4 等。 ③不活泼金属与硝酸反应的模板为 ④常温下，浓硝酸能使 Fe、Al 钝化。加热时可以与 Fe、Al 发生反应。 (2)硝酸与非金属的反应 ①反应规律：非金属单质＋浓硝酸→最高价氧化物或其含氧酸＋NO2↑＋ H2O； ②实例：C＋4HNO3(浓)===== △ CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。 (3)硝酸与还原性化合物的反应 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－、SO 2－ 3 等均能被 HNO3 氧化。 (4)铁与稀硝酸反应，先生成 Fe(NO3)3，若 Fe 过量，Fe(NO3)3 再与 Fe 反应生 成 Fe(NO3)2。 2．硝酸与金属反应的计算 (1)电子守恒法：硝酸与金属反应属于氧化还原反应，氮原子得到的电子总数 等于金属原子失去的电子总数。 (2)原子守恒法：硝酸与金属反应时，反应前硝酸中的 NO － 3 一部分仍以 NO － 3 的 形式存在，一部分转化为还原产物，这两部分中 N 的物质的量之和与反应消耗的 硝酸中 N 的物质的量相等。 (3)电荷守恒法 HNO3 过量时，反应后溶液中(不考虑 OH－)根据电荷守恒有 c(NO－ 3 )＝c(H＋)＋ nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。 (4)利用离子方程式计算 硝酸与硫酸混合液跟金属的反应，当金属足量时，不能用硝酸与金属反应的 化学方程式计算，应用离子方程式计算，因为生成的硝酸盐中的 NO － 3 与硫酸电离 出的 H＋仍能继续与金属反应。如金属铜与混酸的反应方程式为 3Cu＋8H＋＋ 2NO－ 3 ===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。 【典例】 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，反应后溶液中含有 a mol H＋，则此时溶液中所含 NO － 3 的物质的 量为( ) A．(0.2＋a)mol B．(0.1＋a)mol C．(0.05＋a)mol D．a mol [思路点拨] B [3.2 g 铜与过量硝酸(8 mol·L－1、30 mL)充分反应生成 Cu2＋，充分反应后 溶液中 Cu2＋的物质的量为 0.05 mol，含 a mol H＋，根据电荷守恒，可得硝酸根的 物质的量等于铜离子物质的量的 2 倍和氢离子的物质的量之和，则此时溶液中所 含 NO － 3 的物质的量为(0.1＋a)mol。] [借题发挥] (1)反应过程中失去电子________mol。 (2) 被 还 原 的 HNO3 为 ________mol 。 生 成 NO2 和 NO 的 总 物 质 的 量 为 ________mol。 [答案] (1)0.1 (2)(0.14－a) (0.14－a) 1．下列有关浓硝酸的说法中不正确的是( ) A．实验室常用浓硝酸与金属锌反应制备氢气 B．常温下浓硝酸能使金属铝钝化 C．浓硝酸不稳定，见光易分解，需要避光保存 D．浓硝酸易挥发，打开瓶塞，瓶口有白雾产生 A [浓硝酸的氧化性很强，与金属反应时一般不生成氢气而生成氮氧化物， 所以实验室中不能使用浓硝酸制备氢气，A 错误；常温下铁、铝遇浓硝酸会被迅 速氧化，在表面产生一层致密氧化物薄膜，对内层的金属起到了保护作用，这种 现象叫钝化，B 正确；浓硝酸不稳定，见光容易分解：4HNO3===== 光照 4NO2↑＋O2 ↑＋2H2O，所以应避光保存，C 正确；浓硝酸易挥发，打开瓶塞，瓶口有白雾产 生，D 正确。] 2．某同学进行有关铜、硝酸、硫酸化学性质的实验，实验过程如图所示： ①、③均观察到实验现象：溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生。 下列说法正确的是( ) A．①试管口有红棕色气体产生，原因是硝酸被还原为 NO2 B．由③的现象可得出结论：Cu 可与稀硫酸反应 C．③中反应的离子方程式：3Cu＋2NO－ 3 ＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O D．③中可能产生 SO2 C [稀硝酸和铜片反应的离子方程式为 3Cu＋2NO － 3 ＋8H ＋ ===3Cu2 ＋ ＋ 2NO↑＋4H2O，①试管口有红棕色气体产生是因为 NO 被空气中的氧气氧化为 NO2，故 A 错误；③中的现象产生是因为溶液中的 NO － 3 在酸性环境下具有强氧化 性，继续与铜发生反应：3Cu＋2NO－ 3 ＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，故 B 错误， C 正确；③中 SO 2－ 4 没有参与反应，不可能产生 SO2，故 D 错误。] 3．某金属单质跟浓硝酸反应，若参加反应的单质和浓硝酸的物质的量之比为 1∶4，浓硝酸被还原成 NO2，则该单质在氧化产物中的化合价为( ) A．＋2 B．＋3 C．＋4 D．＋5 A [根据得失电子守恒解题，但要注意硝酸中有和金属元素结合的硝酸根未 被还原，所以，设反应后金属的化合价为 x，则列式为 1×(x－0)＝(4－x)×(5－4)， 解得 x＝＋2。注意(4－x)代表的是有 4 mol 硝酸反应，和金属元素结合的未被还原 的硝酸为 x mol，所以得电子的硝酸的物质的量为(4－x)mol。] 4．向某 HNO3 和 Fe(NO3)3 的混合溶液中逐渐加入铁粉，产生无色气体，该气 体遇空气变红棕色，溶液中 Fe2＋的物质的量和加入 Fe 粉的物质的量之间的关系如 图所示，则原稀溶液中 HNO3 和 Fe(NO3)3 的物质的量浓度之比为( ) A．4∶1 B．3∶1 C．2∶1 D．1∶1 A [由图像可知，当加入 1 mol Fe 时，n(Fe2＋)＝0，再加入 Fe，n(Fe2＋)逐渐 增大，说明当加入 Fe 少于 1 mol 时，发生反应：Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋ NO↑＋2H2O，所以混合溶液中含有 4 mol HNO3，当再加入 1 mol Fe 时，发生反 应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，得到 3 mol Fe2＋，由图像和前面分析可知原混合溶液中 含有 1 mol Fe(NO3)3。故原稀溶液中 HNO3 和 Fe(NO3)3 的物质的量浓度之比为 4∶1。A 项正确。] 某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体是否为 NO，设计了如 下实验。实验装置如图所示(已知 NO、NO2 能与 NaOH 溶液反应)： 1．设计装置 A 的目的是什么？为达到此目的，应进行的操作是什么？ 提示：利用生成的 CO2 将装置内的空气赶尽，排除对气体产物观察的干扰。 打开分液漏斗上口的活塞(或使分液漏斗活塞上的凹槽对准瓶口上的小孔)，打开 K，当装置 C 中产生白色浑浊时，关闭 K。 2．反应过程中，B 装置中的现象是什么？写出发生反应的离子方程式。 提示：铜丝上产生气泡，稀硝酸液面上气体仍无色，溶液变为蓝色。3Cu＋8H ＋＋2NO－ 3 ===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。 3．反应一段时间，将注射器中的空气注入 E 中，E 中现象是什么？实验目的 是什么？写出发生反应的方程式。 提示：无色气体变为红棕色，验证 Cu 与稀 HNO3 反应生成 NO。2NO＋ O2===2NO2。 4．D 中用干燥管的目的是什么？D 装置的作用是什么？ 提示：防止倒吸。吸收尾气，防止污染空气。 5．若没有设计 A 装置，B 中液面上方有什么现象？ 提示：无色变成红棕色，一段时间又变为无色。 通过 Cu 与稀硝酸的反应的实验探究，培养学生“科学探究与科学态度”的核 心素养。 1．酸雨被称为“天堂的眼泪”，会造成水土酸性化、建筑物加速腐蚀等危害。 下列有关说法正确的是( ) A．酸雨是指 pH＜7 的雨水，酸雨长时间放置，酸性变强 B．NO2 与 SO2 的过度排放是形成酸雨的主要原因 C．使用新型能源不会对酸雨的防治产生效果 D．酸雨不会对动物的健康产生任何影响 B [pH＜5.6 的雨水叫酸雨，A 错误；酸雨的形成主要是由 SO2、NO2 的过度 排放引起的，B 正确；减少酸雨的发生的措施有使用脱硫煤、使用新型能源等，C 错误；酸雨不仅影响生物的生长发育，还会威胁人类健康，D 错误。] 2．下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是( ) A．稀硝酸使紫色石蕊溶液变红——酸性 B．铁与稀硝酸反应不能放出氢气——强氧化性 C．要用棕色试剂瓶盛装浓硝酸——不稳定性 D．氢氧化亚铁固体与稀硝酸混合——仅强酸性 D [稀硝酸具有酸性，使紫色石蕊溶液变红，但它具有强氧化性，会把红色 物质氧化为无色，A 正确；稀硝酸具有氧化性，与 Fe 反应，产生硝酸盐、NO 和 水，不能产生氢气，这是它的强氧化性，B 正确；硝酸不稳定，光照容易分解产 生 NO2、O2 和水，所以硝酸要放在棕色试剂瓶中避光保存，C 正确；稀硝酸具有 酸性，能与氢氧化亚铁发生中和反应，但硝酸同时具有强氧化性，会把 Fe2＋氧化 为 Fe3＋，不仅仅表现酸性，D 错误。] 3．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( ) A．Cu＋HNO3(浓)―→Cu(NO3)2 B．Cu＋HNO3(稀)―→Cu(NO3)2 C．Cu――→空气 △ CuO――→硝酸 Cu(NO3)2 D．Cu――→浓硫酸 △ CuSO4 ――→Ba（NO3）2Cu(NO3)2 C [A 中产生 NO2，B 中产生 NO，D 中产生 SO2，都产生了污染性气体。] 4．(素养题)下列实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是 ( ) ① ② ③ A.由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体 B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生反应 C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物 D．③的气体产物中检测出 CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应 D [A 对，①中灼热碎玻璃不与浓 HNO3 反应，仍有红棕色气体 NO2 生成， 说明浓硝酸受热发生了分解反应，生成 NO2、O2 和 H2O；B 对，由于浓硝酸受热 分解生成 NO2，则 ②中红棕色气体可能来源于浓硝酸的分解，故不能表明②中木炭与浓硝酸发 生反应；C 对，③中木炭未与浓硝酸接触，生成的红棕色气体只能是挥发出的 HNO3 与红热木炭发生反应，或挥发出的 HNO3 受热分解生成 NO2，说明浓硝酸具有挥 发性，NO2 是还原产物；D 错，由于空气中含有 O2，则红热的木条可能与 O2 反应 产生了 CO2，且木炭和浓硝酸未接触，故不能说明木炭与浓硝酸发生了反应。] 5．(素养题)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)硝酸见光易分解： 4HNO3===== 光照 4NO2↑＋O2↑＋2H2O (2)①3Cu＋8H＋＋2NO－ 3 ===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O ②2NO＋O2===2NO2 (3)①4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O ②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO