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第五章 化工生产中的重要非金属元素
第二节 氮及其化合物
（三）
学习目标
一
掌握硝酸的物理性质和化学性质；
二
了解人类活动对氮循环的影响，知道造成酸雨、光化学烟雾和富营养化等化学环境的原因；
三
了解如何减少氮氧化合物的排放，树立环境保护的意识。
目录
CONTENTS
硝酸
酸雨及防治
1
2
新课导入
1.硝酸是一种强酸，活泼的金属如铁、锌与之反应却不会生成氢气？这是为什么呢？
2.工业上，常用铝槽车或铁槽车装运浓硝酸，为什么？
01
硝酸
硝酸的性质
物理性质
1.纯硝酸是无色、刺激性气味的液体，密度比水大；
2.与水以任意比互溶；
3.低沸点（83℃）、易挥发；
4.常用质量分数为69﹪的浓硝酸，溶解了过量NO2质量分数95﹪以上的浓硝酸叫“发烟硝酸”，；
5.久置的硝酸呈黄色是因为浓硝酸不稳定，见光或受热会分解生成了NO2，NO2溶于浓硝酸使溶液显黄色。
硝酸的性质
化学性质
1.酸性：
硝酸具有酸的一些通性，但硝酸与活泼金属反应时无氢气产生
HNO3=H++NO3-
①与指示剂反应:稀硝酸使石蕊溶液由紫色变为红色,浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红(酸性)后褪色(强氧化性)
②与碱反应:
Fe(OH)3+3HNO3=Fe(NO3)3+3H2O
③与碱性氧化物反应:
CuO+HNO3=Cu(NO3)2+H2O
④与弱酸盐反应:
CaCO3+HNO3=Ca(NO3)2+CO2↑+H2O
硝酸的性质
化学性质
1.不稳定性：
①浓硝酸见光或受热时易分解：
② 贮存：
4HNO3(浓) ==== 4NO2↑+O2↑+2H2O
△或光照
③去除硝酸的黄色方法：
③去除硝酸的黄色方法
一般将浓硝酸保存在棕色细口试剂瓶中，并避光放置于阴凉处，不能用橡胶塞。
向浓硝酸中通入氧气（或空气）
4NO2+O2+2H2O==4HNO3
硝酸的性质
化学性质
2.强氧化性：硝酸具有很强的氧化性，硝酸的浓度不同，与金属反应的产物也不同。
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5-8
铜丝
添加标题文字
硝酸的性质
1.试管内产生无色气体，气体在试管上部变为红棕色；
2.反应逐渐加快；
3.溶液逐渐变蓝，铜丝变细。
实验5-8
1.试管内产生大量红棕色气体；
2.反应剧烈；
3.溶液逐渐变绿，铜丝变细。
稀硝酸
浓硝酸
产物：
NO
Cu(NO3)2
产物：
NO2
Cu(NO3)2
硝酸的性质
1.浓硝酸与铜丝反应，浓硝酸过量会怎样？铜丝过量会怎样？
浓硝酸过量：浓HNO3和Cu反应剧烈，生成红棕色气体，溶液一般为蓝色（一般讲纯净的硝酸铜水溶液是蓝色的，因为铜离子水合后显蓝色，而硝酸根离子并不结合铜离子。但如果是浓硝酸和铜反应的时候形成NO2部分溶解在体系中，由于浓硝酸中，水份较少，一部分NO2并不水合而保持原有的颜色，混合铜离子的蓝色，看上去是绿色的。如果加入较多的水稀释，则又会变成蓝色溶液）；
铜片过量：刚开始反应剧烈，生成红棕色气体，溶液为蓝色，反应一段时间后溶液变稀HNO3与Cu反应缓慢，生成气体颜色变浅，试管口处颜色加深变为红色，溶液为蓝色。
思考：
硝酸的性质
稀硝酸和浓硝酸与铜反应的化学方程式。
Cu+4HNO3（浓）=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3（稀）=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
+5
+2
0
+2
得到2×3e-
失去3×2e-
氧化剂
还原剂
+5
+2
0
+4
得到2×e-
失去2e-
氧化剂
还原剂
硝酸的性质
稀硝酸和浓硝酸与铜反应的离子方程式。
Cu+ NO3- = Cu2+ + NO↑ + H2O
3 3
2 2
Cu + 4H+ + 2NO3- = Cu2+ +2NO2↑+ 2H2O
+5
+2
0
+2
+8H+ 4
硝酸的性质
2.稀硝酸和浓硝酸谁的氧化性更强？
1. 从实验现象可知，氧化性：浓HNO3>稀HNO3；
2. 浓硝酸的还原产物一般为NO2，稀硝酸的还原产物一般为NO，但
不能从还原产物中N元素的价态高低来判断氧化剂氧化性的强弱。
思考：
3.稀硝酸和浓硝酸与铜丝的反应速率都是怎样变化的？为什么会出现这样的现象？
1. 稀硝酸与铜丝的反应是先慢后快；浓硝酸与铜丝的反应是先快后慢；
2. 稀硝酸的氧化性没有浓的那么强，加上铜本来就不是很活泼，所以反应没有那么快，比较缓慢。但是反应放出热量使的反应速率加快，加上有气体生成，所以反应速率到后面会加快；而浓硝酸的氧化性比较强，开始与铜丝的反应比较快，随着反应发生，浓硝酸的浓度渐渐地变小，变为稀硝酸，反应速率自然就降了下来。
硝酸的性质
4.分支试管通入的氢氧化钠溶液的作用是什么？
吸收氮的氧化物，防止污染空气
思考：
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。
记忆方法 ：王水：“三言（盐）一笑（硝）”
特殊的强氧化性溶液——王水
硝酸的氧化性与H+的浓度有关。H+的浓度越高，硝酸的氧化性越强。盐酸中氯离子与金属形成配合物也促使金属溶解。
硝酸的性质
强氧化性
1.与金属的反应：HNO3既表现氧化性又表现酸性
硝酸具有强氧化性，能与除金、铂、钛以外的大多数金属反应。
与Fe、Al反应：常温时浓硝酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜，阻止酸与内层金属进一步反应，从而保护了金属，这个过程叫做“钝化”。
所以可以用铁容器或铝容器盛放浓硝酸。（加热时反应）
与铜反应，硝酸无论浓稀，都具有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强硝酸的浓度不同，与金属反应的产物也不同。一般情况金属与硝酸反应，浓硝酸被还原成NO2，稀硝酸被还原成NO
硝酸的性质
强氧化性
②与非金属反应：只表现氧化性
硝酸能把许多非金属单质(如：C、S、P等)氧化，生成最高价含氧酸或最高价非金属氧化物。如与C的反应：
③与还原性化合物反应
硝酸可氧化H2S、SO2、Na2SO3、HI、Fe2＋等还原性物质。
工业制硝酸
硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、炸药、染料等。工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸，如下图所示：
(1) 你能写出每一步反应的化学方程式吗？
(2) 请分析上述反应中的物质类别和氮元素化合价的变化情况，以及每一步反应中含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应。
工业制硝酸
N2→NH3:
NH3→NO:
NO→NO2:
NO2→HNO3:
N2+3H2 2NH3
高温高压
催化剂
4NH3+5O2 4NO+6H2O
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
N的化合价由0变为-3，发生还原反应
N的化合价由-3变为+2，发生氧化反应
N的化合价由+2变为+4，发生氧化反应
氮的化合价由+4变为+5和+2价，既发生氧化反应也发生还原反应
硝酸的用途
硝酸甘油用于治疗冠心病
化肥、农药、炸药、染料、医药、化学试剂。
02
酸雨及防治
酸雨及防治
大气中的二氧化硫、氮氧化物及它们反应后的生成物溶于雨水而形成酸雨。正常雨水溶解了二氧化碳，pH约为5.6。pH＜5.6的降水称为酸雨。
酸雨的形成
酸雨的形成示意图
酸雨及防治
硫酸型酸雨的形成
请写出图中标号所示的化学方程式。
① ；② ；
③ ；④ 。
SO3＋H2O===H2SO4
2H2SO3＋O2===2H2SO4
粉尘等催化剂
2SO2＋O2 2SO3
SO2+H2O H2SO3
酸雨及防治
硝酸型酸雨的形成
写出图中标号所示的化学方程式：
① ；
② 。
2NO＋O2===2NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
酸雨及防治
酸雨的危害
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、运输工具和电缆的腐蚀。
3.导致地下水中重金属元素含量增加，污染水源，危害人体健康。
酸雨及防治
酸雨的防治
1.消除污染源，改变能源结构，开发利用清洁能源，如太阳能、风能、氢能等。
2.对酸性物质的排放加以控制，如燃料脱硫处理，废气中二氧化硫回收利用、控制汽车尾气排放等。
3.健全法律法规，严格规定污染物的排放标准，提高环境保护意识。
典例集训
【例1】下列关于浓硝酸的说法正确的是（ ）
A．难挥发
B．常温下不能氧化铜
C．应保存在无色细口瓶中
D．常温下能使铝片钝化
D
典例集训
【例2】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一组是（ ）
A．浓硝酸使紫色石蕊试液先变红后褪色——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．能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液红色褪去——强氧化性
D
典例集训
【例3】对于硫酸和硝酸的比较中，下列叙述不正确的是（ ）
A．冷的浓硫酸和浓硝酸都可以用铝、铁的容器盛装
B．稀硫酸和稀硝酸都具有氧化性
C．浓硫酸和浓硝酸都具有很强的腐蚀性、脱水性
D．硫酸和硝酸都是重要的化工原料
C
典例集训
【例4】相同质量的四份铜片，分别置于足量的下列酸中，在一定条件下反应，所得到的气体的物质的量最多的是(　　)
A．浓硫酸
B．稀硫酸
C．浓硝酸
D．稀硝酸
C
典例集训
【例5】在一定条件下，硝酸与下列物质均能发生反应，其中硝酸表现出氧化性的是
A．木炭
B．氧化铜
C．氢氧化铁
D．碳酸钠
C
典例集训
C
典例集训
【例7】物质的量之比为2：5的锌与稀硝酸反应，若硝酸被还原的产物为N2O，反应结束后锌没有剩余，则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是
A．1：4
B．1：5
C．2：3
D．2：5
A
典例集训
【例8】将1.92g铜粉与一定量的浓硝酸反应，当铜粉完全反应时收集到气体1.12L(标准状况下)，则所消耗的硝酸的物质的量是
A．0.08mol
B．0.09mol
C．0.11mol
D．0.12mol
C
典例集训
B
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