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5.2.1 氮及其化合物（3）——硝酸 酸雨及其防治
【学习目标】
1、掌握硝酸的性质及应用。
2、知道酸雨的成因及防治措施。
3、掌握硝酸与金属、非金属反应的特点。
4、掌握硝酸与金属反应的相关计算
▲▲▲预习案▲▲▲
一、硝酸
1、保存：保存浓硝酸要用______________________试剂瓶，__________，放置于___________处。
2、主要性质
物理性质 色、态：__________味：__________，挥发性：__________，沸点：83℃。
化学性质 酸的通性 与指示剂反应 稀硝酸使紫色石蕊溶液由________变成________，浓硝酸使紫色石蕊溶液先变________后________。
与碱反应 （如NaOH）
与碱性氧化物反应 （如Na2O）
与弱酸盐反应 （如CaCO3）
不稳定性
强氧化性 与金属反应 与Cu 稀： 浓：
与Al （稀）
与Fe （稀） Fe少量： Fe过量：
与非金属单质反应 与C
与S
与还原性物质 （如）
钝化 常温下，铁、铝的表面被____________或____________氧化，生成一层致密的氧化物薄膜，阻止了酸与内层金属的进一步反应。
用途 炸药、燃料、医药、硝化纤维、化肥等
3、制备
（1）实验室
原理：______________________________________________________________________________________。
（2）工业
①原理：
写出各步的反应方程式：
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
请总结在制备硝酸的过程中，反应物中含氮物质的类别、氮元素化合价的变化情况以及含氮物质发生反应的类型。
序号 物质类别 氮的化合价 反应类型
①
②
③
④
②工艺流程
4、王水
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。
二、酸雨及其防治
1、酸雨：指 pH小于5.6 的雨、雪、雾、雹等大气降水，其主要是含有硫酸和硝酸。
2、SO2和NOx的主要来源
（1）SO2：_________、_________和某些含硫的金属矿物的燃烧或冶炼；
（2）NOx：主要来自汽车尾气。
3、酸雨的形成、类型、危害及其防治
（1）形成：
（2）类型：
①硫酸（燃煤）型
②硝酸（燃油）型：由氮氧化物（NOx）引起。反应原理：3NO2+H2O===2HNO3+NO
③混合型： .
（3）危害
酸雨能直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化，加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。
（5）防治
①调整能源结构，开发利用清洁能源。②研究煤的脱硫技术，改进燃烧技术，减少SO2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，控制汽车尾气排放标准等。⑤对酸性物质的排放加以控制，对排放的二氧化硫、氮氧化物等物质采取吸收、回收处理等措施。
4、氮氧化物的其他危害
（1）汽车尾气的处理：2xCO+2NOx 2xCO2+N2
（2）破坏臭氧层：
NO+O3→NO2+O ①
NO2+O→NO+O2 ②
①+②得：总反应：2O3===3O2
▲▲▲探究案▲▲▲
一、实验【5-8】
如图所示，在橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。向两支具支试管中分别加入2mL浓硝酸和稀硝酸，用橡胶塞塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观察并比较实验现象。向上拉铜丝，终止反应。
实验现象 浓HNO3：
稀HNO3：
化学方程式 浓HNO3：
稀HNO3：
实验结论
NaOH的作用
问：为什么溶液逐渐变为绿色？
____________________________________________________________________________________________
二、硝酸的性质
1、硝酸是无色液体，但久置的浓硝酸为什么会显黄色？
____________________________________________________________________________________________
2、硝酸和金属的反应
（1）足量的Cu中加入少量的浓硝酸,可能会发生什么反应？
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
（2）反应停止后，如果在溶液中再加入足量硫酸会出现什么情况？
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________（3）浓硝酸、稀硝酸与Cu反应产物分别为NO2、NO，反应中稀硝酸化合价降低较多，说明稀硝酸氧化性比浓硝酸强，对吗？
____________________________________________________________________________________________
（4）一定量的金属铜放入浓硝酸后，金属铜有剩余，推测产生的气体成分可能有哪些？再向其中加入少量的稀硫酸，金属铜还会继续溶解吗？
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
三、硝酸与金属反应的计算
1、金属与硝酸反应的一般规律
（1）金属+浓硝酸→金属硝酸盐+NO2↑+H2O
反应中，表现氧化性的HNO3占_____________，表现酸性的HNO3占_____________。
（2）金属+浓硝酸→金属硝酸盐+NO↑+H2O
反应中，表现氧化性的HNO3占_____________，表现酸性的HNO3占_____________。
2、思维模型
四、酸雨及其防治
1、SO2、NOx的治理
（1）SO2的消除方法
①钙基固硫法 含义：将生石灰和含硫的煤混合燃烧，S转化为CaSO4。 反应原理：CaO＋SO2CaSO3、2CaSO3＋O2===2CaSO4。 总反应：2CaO＋2SO2＋O22CaSO4。
氨水脱硫法 含义：将SO2通过氨水并被氧化生成氮肥(NH4)2SO4。 反应原理：2NH3·H2O＋SO2===(NH4)2SO3＋H2O、2(NH4)2SO3＋O2===2(NH4)2SO4。
③碱液吸收法 SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O。
（2）NOx的消除
①碱液吸收法 2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O、 NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。 NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件：n(NO2)≥n(NO)。
②催化转化法 NON2：4NH3＋6NO5N2＋6H2O，NOx＋CO―→N2＋CO2：2NO＋2CON2＋2CO2。
自纠自查
1、硝酸可与Na2SO3反应生成SO2（ ）
2、稀硝酸可溶解Fe(OH)2生成Fe(NO3)2和水（ ）
3、碳、铜与浓硝酸反应时，浓硝酸只表现强氧化性（ ）
4、在常温下Fe和Al在浓硫酸和浓硝酸中发生钝化，说明常温下浓硫酸和浓硝酸与Fe和Al不反应（ ）
5、王水是浓硝酸和浓盐酸体积比为1∶3的混合物，其氧化性比浓硝酸强（ ）
6、空气中的SO2溶于水最终形成酸雨（ ）
7、汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气都含有氮氧化物（ ）
8、安装煤炭燃烧过程的固硫装置主要是为了提高煤的利用率（ ）
9、大量燃烧化石燃料排放的废气中含大量的CO2，从而使雨水的pH＜5.6（ ）
▲▲▲习题案▲▲▲
1．对于硝酸的物理性质，下列叙述不正确的是
A．可以与水以任意比互溶
B．不易挥发
C．有刺激性气味
D．质量分数足够大时可形成发烟硝酸
2．下列关于硝酸的说法正确的是
A．常温下，向浓硝酸中投入铁片，会产生大量的红棕色气体
B．与金属反应时，稀硝酸被还原为更低价态，则稀硝酸的氧化性强于浓硝酸
C．硝酸电离出的能被锌。铁等金属还原成
D．硝酸与金属反应时，是+5价的N得电子
3．同学们在做铜与浓硝酸反应的实验时，发现反应后的溶液呈绿色，而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下4个实验来判断两种说法是否正确，这些方案中不可行的是
A．加水稀释该绿色溶液，观察溶液颜色变化
B．加热该绿色溶液，观察溶液颜色变化
C．向该绿色溶液中通入氮气，观察溶液颜色变化
D．向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察溶液颜色变化
4．下列有关实验操作、现象及解释或结论都正确的是
选项 实验操作 现象 解释或结论
将过量的粉加入稀中，充分反应后，滴入溶液 溶液呈红色 稀将氧化为
常温下，、放入浓中 无明显现象 、 在浓中发生钝化
铝箔插入稀中 无现象 箔表面被氧化，形成致密的氧化膜
用玻璃棒蘸取浓点到蓝色石蕊试纸上 试纸变红色 浓具有酸性
5．火药是我国古代四大发明之一，《本草纲目》中记载“火药乃焰消、硫黄、杉木炭所合，以烽燧铳极”。这里的“焰消”指的是
A． B．KCl C． D．
6．现有某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200 mL，将其平均分成两份。向其中一份中逐渐加入铜粉，最多能溶解9.6 g铜粉；向另一份中逐渐加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量的变化关系如图所示（假设硝酸的还原产物为NO气体）。下列分析或结果正确的是
A．原混合溶液中NO3-的物质的量为0.2 mol
B．OA段产生的是氢气
C．BC段产生NO
D．原混合溶液中H2SO4的浓度为1.25mol/L
7．足量铜溶于一定量浓硝酸，产生NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体若与1.12LO2（标准状况）混合后通入水中，气体被水完全吸收。若向原所得溶液中加入2mol L-1H2SO4溶液100mL，则继续溶解的Cu的质量为
A．6.4g B．9.6g C．19.2g D．24g
8．铜和Al的合金2.3g全溶于浓硝酸，若反应中硝酸被还原只产生2.24L的NO2气体和168mL的N2O4气体（都已折算到标准状况），在反应后的溶液中，加入一定量的氢氧化钠溶液，使生成的沉淀的最大质量为
A．4.1275g B．4.255g C．8.51g D．9.62g
9．酸雨是对降水呈酸性（pH小于5.6）的雨水的统称。下列说法不正确的是
A．空气中的SO2溶于水，最终形成酸雨
B．汽车排放的尾气、硝酸厂的废气中都含有氮氧化物
C．工业废水任意排放是造成酸雨的主要原因
D．为了减少酸雨的形成，必须减少SO2的排放量，对燃料脱硫处理
10．甲、乙两组同学分别对铜、铁与硝酸的反应进行探究，请你参与并完成对有关问题的解答。
（1）甲组同学采用如图所示装置验证铜与硝酸的反应。已知仪器A中盛有足量的一定浓度的硝酸，试管B中盛有3.2g铜。
①在铜与硝酸的反应中，硝酸所表现出的化学性质主要有 。
②仪器C中收集的气体主要是 （填化学式）。
③待试管B中的铜反应完全后，如果向B中液体里加入足量氢氧化钠溶液，可生成沉淀的质量是 g。
（2）乙组同学对铁与稀硝酸的反应进行探究。他们用和含有的稀硝酸进行实验，若两种物质恰好反应都无剩余，且只被还原成NO，反应结束后溶液中含有和。
①反应结束后的溶液中的物质的量的取值范围是 （用含a的代数式表示）。
②若反应结束后的溶液中、的物质的量之比，则为 。
11．将12.0g铜粉缓慢加入到50.0mL某浓度的浓硝酸中，随反应的进行，产生的和NO总体积（折算成标准状况）随铜粉加入量的变化如图。完成下列问题：
（1）最终产生气体的物质的量为 mol。
（2）反应中生成的和NO的体积之比为 。
（3）原硝酸的物质的量浓度为 。
（4）若使铜粉继续溶解，可向反应后的溶液中加入___________。
A．稀硫酸 B．固体
C．固体 D．固体
参考答案
【预习案】
一、
1、棕色细口 玻璃塞 冷暗
2、无色液体 有刺激性气味 易挥发
紫色 红色 红 褪色
HNO3+NaOH===NaNO3+H2O 2HNO3＋Na2O===2NaNO3＋H2O
2HNO3＋CaCO3===Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O 4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
Al+ 4HNO3(稀) ===Al(NO3)3+ NO↑+ 2H2O
Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O 3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O S+6HNO3(浓)H2SO4+6 NO2↑+2H2O
3+2H++===3+ 2NO↑+H2O
浓HNO3 浓H2SO4
3、H2SO4(浓)+KNO3 HNO3↑+KHSO4 H2SO4(浓)+NaNO3 HNO3↑+NaHSO4
N2＋3H2 2NH3 4NH3＋5O24NO＋6H2O
2NO＋O2===2NO2 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
序号 物质类别 氮的化合价 反应类型
① 单质 0→－3 还原反应
② 氢化物 －3→＋2 氧化反应
③ 氧化物 ＋2→＋4 氧化反应
④ 氧化物 ＋4→＋5、＋2 氧化反应、还原反应
二、
2、煤 石油
【探究案】
一、
铜丝变细，产生大量红棕色气体，溶液逐渐变绿。
铜丝变细，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。
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
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
吸收产生的氮氧化物，防止污染环境。
NO2在溶液中达到饱和，NO2饱和溶液呈黄色，硝酸铜溶液呈蓝色，两者混合成绿色。
二、
1、HNO3分解产生的NO2溶于浓HNO3中。
2、
（1）最初：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
随着反应进行，硝酸由浓变稀：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
（2）溶液中存在NO，它遇到H+后，会继续氧化铜，当然此时NO、H+的溶度较稀，故生成NO。
3Cu＋8H++2NO===3Cu2+＋2NO↑＋4H2O
（3）错，浓硝酸氧化性比稀硝酸强，浓HNO3反应更剧烈。
（4）产生的气体可能是NO2和NO的混合气体。向有金属铜剩余的溶液中加入少量稀硫酸，稀硫酸提供氢离子，与溶液中的NO会继续与铜反应。
三、
【自纠自查】
× × × × √ √ √ × ×
【习题案】
1．【答案】B
2．【答案】D
3．【答案】A
4．【答案】B
5．【答案】A
6．【答案】A
7．【答案】B
8．【答案】B
9．【答案】C
10．【答案】酸性和强氧化性；NO；4.9；；；
11．【答案】0.150；2：1；8.00；ABC

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