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基础课时6　硝酸、酸雨及其防治
学习目标　1.结合真实情境,了解硝酸的主要性质,认识硝酸在生产中的应用和对生态环境的影响。2.认识氮及其化合物的多样性,了解通过化学反应可以探索物质的性质,实现物质的转化。
一、硝酸的性质及工业制法
(一)知识梳理
1.物理性质
硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。
2.化学性质
(1)酸的通性(写出HNO3与下列物质反应的离子方程式)
①与碱(如NaOH):H++OH-===H2O。
②与碱性氧化物(如Na2O):2H++Na2O===2Na++H2O。
③与弱酸盐(如CaCO3):CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O。
(2)不稳定性
浓硝酸见光或受热易分解,化学方程式为4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O;长期存放的浓硝酸呈黄色是因为其分解生成的NO2溶于硝酸中,实验室常将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中,并放置在阴凉处。
(3)强氧化性
①分别写出浓HNO3和稀HNO3与铜的反应化学方程式:Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O、3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O ;根据反应可知,浓HNO3与金属铜反应生成NO2,稀HNO3与金属铜反应生成NO,硝酸表现氧化性和酸性,铜与浓硝酸反应更剧烈,说明浓HNO3的氧化性更强。
②钝化
常温下,铁、铝的表面被浓硝酸或浓硫酸氧化,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。所以常温下可以用铁或铝制容器来盛装浓硝酸或浓硫酸。当加热时,铁、铝会与浓HNO3或浓H2SO4发生反应。
③王水:组成为浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为1∶3 ),能使一些不溶于硝酸的金、铂等金属溶解。
3.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。
4.用途
硝酸是重要的化工原料,用于制化肥、农药、炸药、染料等。
(二)互动探究
材料1　浓HNO3和稀HNO3分别与铜的反应现象如下表。
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,反应逐渐加快,铜丝逐渐变细,试管中溶液由无色变为蓝色 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,铜丝逐渐变细,试管中溶液由无色变为蓝色
材料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。
【问题讨论】
问题1　材料表明,硝酸具有较强氧化性。硝酸呈现氧化性的实质是什么
提示　硝酸呈氧化性的本质是HNO3中+5价氮元素具有氧化性。
问题2　若把硝酸滴加到石蕊溶液中,溶液先变红后褪色,出现该现象的原因是什么
提示　硝酸显酸性使石蕊溶液变红,因强氧化性而具有漂白性,又使其褪色。
问题3　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
提示　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N会继续与铜反应。
问题4　铁在常温下可以和稀硝酸反应,预测铁与稀硝酸反应的产物,试写出化学方程式。
提示　硝酸与变价金属(如Fe)反应,根据金属量的多少分别得到高价、低价或两种价态共存的混合物。反应的化学方程式为Fe(少量)+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O;3Fe(过量)+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O。
【探究归纳】
(1)硝酸强氧化性的规律
①硝酸的浓度越大,反应温度越高,其氧化性越强。
②浓硝酸的还原产物是NO2,稀硝酸的还原产物是NO。
③还原剂一般被氧化为最高价态。
(2)硝酸强氧化性的表现
①硝酸与金属的反应:既体现强氧化性,又体现酸性。
②硝酸与非金属的反应:仅表现强氧化性。
实例:C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.氮及其化合物的变化关系如图所示。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
答案　D
解析　氮气和氧气在放电或高温条件下反应生成NO,NO与O2反应生成NO2,即氮气与氧气不能一步转化为NO2。
2.下列反应中硝酸既能表现出酸性又表现出氧化性的是 (　　)
A.能使紫色石蕊溶液变为红色
B.与铜反应放出一氧化氮气体,生成硝酸铜
C.与碳酸钠反应放出二氧化碳气体,生成硝酸钠
D.与红热的碳混合时生成二氧化碳和二氧化氮
答案　B
解析　硝酸使紫色石蕊溶液变为红色,与碳酸钠反应放出二氧化碳气体,表现的都是硝酸的酸性;硝酸与红热的碳混合时生成二氧化碳和二氧化氮,表现的是硝酸的强氧化性;硝酸与铜反应生成硝酸铜、一氧化氮和水,既表现其强氧化性又表现其酸性。
3.下列有关硝酸化学性质的叙述正确的是 (　　)
A.硝酸能与Na2SO3反应,但不生成SO2
B.硝酸的氧化性很强,能氧化所有金属
C.可用铝或铁制容器盛装稀硝酸
D.浓硝酸因易挥发出HNO3而呈黄色
答案　A
解析　硝酸与Na2SO3发生氧化还原反应,Na2SO3被氧化生成Na2SO4,不会生成SO2,A正确;硝酸具有强氧化性,能氧化大部分金属,Au、Pt等除外,B错误;常温下,Fe、Al均能与稀硝酸反应,不能用铝或铁制容器盛装稀硝酸,C错误;浓硝酸见光或受热易分解,生成的NO2溶于其中而使浓硝酸呈黄色,D错误。
二、酸雨及防治
(一)知识梳理
1.SO2与NOx的主要来源
(1)SO2主要来自煤、石油的燃烧和某些含硫金属矿物的冶炼。
(2)NOx主要来自机动车尾气(高温条件下氮气和氧气生成氮氧化物)。
2.酸雨
(1)概念:pH<5.6的降雨。正常雨水由于溶解了CO2,其pH约为5.6。
(2)成因:主要是大气中的SO2和NO2溶于水形成的。
①硫酸型酸雨的形成过程如图:
②硝酸型酸雨的形成过程如图:
汽车尾气→NONO2HNO3
(3)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。
(4)防治
工业废气排放到大气中之前,进行适当处理,防止有害物质污染大气。
(二)互动探究
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,回答问题。
【问题讨论】
问题1　雨水样品的pH变化的原因是什么 (结合化学方程式回答)
提示　酸雨放置时pH变小,其原因是雨水中的H2SO3被空气中的氧气氧化生成酸性更强的硫酸:SO2+H2OH2SO3、2H2SO3+O2===2H2SO4。
问题2　如果将刚取样的上述雨水与用氯气消毒的自来水相混合,pH将如何变化 原因是什么 (结合化学方程式回答)。
提示　变小。雨水与自来水混合,SO2与Cl2或H2SO3与HClO反应:SO2+2H2O+Cl2===H2SO4+2HCl或H2SO3+HClO===H2SO4+HCl。因此雨水与自来水混合后溶液pH将变小。
问题3　你能列举出2点可以减少酸雨产生的途径吗
提示　减少酸雨的产生需减少SO2的排放,将煤转化为清洁能源(如煤的气化和液化),燃料脱硫、固硫,开发不含硫的新能源(如氢能、核能等)。
【探究归纳】
(1)含有SO2废气的两种处理方法
①钙基固硫法
工业上常用生石灰和含硫的煤混合后燃烧,燃烧时硫、生石灰、O2共同反应生成硫酸钙,从而使硫转移到煤渣中,反应的化学方程式为CaO+SO2CaSO3、2CaSO3+O22CaSO4,总反应的化学方程式为2CaO+2SO2+O22CaSO4。
②氨水脱硫法
该脱硫法采用喷雾吸收法,雾化的氨水与烟气中的SO2直接接触吸收SO2,其反应的化学方程式为2NH3+SO2+H2O===(NH4)2SO3、2(NH4)2SO3+O2===2(NH4)2SO4。
(2)含有NOx尾气的处理方法
①碱液吸收法
硝酸工业产生的废气中含有较多的NO、NO2,可用强碱溶液进行吸收,同时获得副产品。如:
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O;NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O。
注意:NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。
②催化转化法
在催化剂、加热条件下,氮氧化物通过与氨或CO反应转化为无毒气体(N2),一般适用于汽车尾气的处理。如:6NO+4NH35N2+6H2O;6NO2+8NH37N2+12H2O。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.保护环境,就是关爱自己。下列说法中你认为不正确的是 (　　)
A.采用燃煤脱硫技术,可减少燃煤产生的SO2
B.酸雨是指pH小于7的雨水
C.大气中氮氧化物主要来自汽车尾气的排放
D.倡导低碳生活、绿色出行
答案　B
解析　燃煤中加入的生石灰可与煤燃烧产生的二氧化硫反应,最终生成硫酸钙,从而减少了污染气体的排放,达到脱硫的目的, A项正确; 酸雨是指pH小于5.6的雨水,B项错误;大气中氮氧化物主要来自汽车尾气的排放, C项正确;低碳生活是指在生活中要尽力减少所消耗的能量,减少二氧化碳的排放量,从而减少对大气的污染,减缓生态恶化,故倡导低碳生活、绿色出行, D项正确。
2.酸雨是一种突出的环境问题。下列有关酸雨及其防治的说法正确的是 (　　)
A.酸雨主要是由空气中CO2的浓度增大引起的
B.酸雨能直接损伤农作物,破坏森林,加速桥梁的腐蚀
C.向煤中加入适量石灰石,在燃烧时SO2最终生成CaSO3,可减少酸雨
D.汽车排气管上装有“催化转化器”,使有毒的CO和NO反应生成N2和CO2,但不利于酸雨的防治
答案　B
解析　A项,酸雨主要是由SO2、NO2等气体引起的,正常雨水由于溶解了CO2,其pH约为5.6,而SO2、NO2溶于雨水分别生成H2SO3(进一步氧化可生成H2SO4)和HNO3,使雨水pH<5.6,即为酸雨;C项,向煤中加入生石灰,CaO+SO2===CaSO3,2CaSO3+O22CaSO4;D项, 2CO+2NO2CO2+N2,防止发生NONO2HNO3,利于酸雨的防治。
　　　　　　　　　　　　　　　　
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)硝酸的性质及工业制法
1.下列关于硝酸说法正确的是 (　　)
A.硝酸与金属反应,主要是+5价氮得电子
B.与金属反应时,稀硝酸可能被还原为更低价态,则稀硝酸氧化性强于浓硝酸
C.硝酸电离出H+,能被Zn、Fe等金属还原成H2
D.常温下,向浓HNO3中投入Fe片,会产生大量红棕色气体
答案　A
解析　硝酸与金属反应,主要是+5价氮得电子,生成氮的低价化合物,一般不生成氢气;浓HNO3比稀HNO3氧化性强,根据Cu与浓HNO3和稀HNO3的反应剧烈程度可以证明;常温下铁遇到浓硝酸发生钝化,不会生成大量红棕色气体。
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的性质不相对应的是 (　　)
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.能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液的红色褪去——强氧化性
答案　D
解析　向滴有酚酞的NaOH溶液中滴入硝酸,溶液红色褪去,利用的是硝酸的酸性。
3.对于反应3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,下列叙述正确的是 (　　)
A.氧化剂和还原剂的物质的量之比为8∶3
B.被还原的HNO3和起酸性作用的HNO3的物质的量之比为3∶1
C.生成1 mol NO转移的电子数为3NA
D.该反应中Cu(NO3)2为氧化产物,H2O为还原产物
答案　C
解析　A项,3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O中,Cu元素化合价由0价变为+2价,N元素化合价由+5价变为+2价,所以铜作还原剂,硝酸作氧化剂,参加反应的硝酸中有被还原,所以氧化剂和还原剂的物质的量之比是2∶3;B项,该反应中参加反应的硝酸中有被还原,所以被还原的HNO3和起酸性作用的HNO3的物质的量的比为1∶3;C项,该反应中转移电子数=3×(2-0)=2×(5-2)=6,结合方程式可知生成1 mol NO转移的电子数为3NA;D项,该反应中,铜作还原剂,则硝酸铜是氧化产物,部分硝酸作氧化剂,所以NO是还原产物。
4.铜粉放入稀硫酸中,加热后无现象,当加入一种盐后,铜粉质量减小,溶液变蓝,同时有气体产生。此盐应是 (　　)
A.KCl B.FeCl3
C.NaNO3 D.K2CO3
答案　C
解析　铜粉不能与盐酸反应,HNO3可以氧化铜粉,使之形成Cu2+,自身被还原产生NO,而FeCl3与铜粉反应无气体放出,故加入的应是硝酸盐。
5.某实验小组用如图装置探究炽热的木炭与浓硝酸发生的反应。
(1)按图示接好装置后,加入药品或试剂前需进行的操作是　　　　　　;装置A中盛装浓硝酸的仪器的名称为　　　　　　。
(2)浓硝酸与炽热的木炭发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。
(3)装置B中盛装的是去氧蒸馏水,写出NO2与H2O反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　;
装置C中盛装的是氢氧化钡溶液(足量),观察到的现象是　　　　　　,发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(4)有同学建议在装置A、B间补充装置E,装置E的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)装置D中收集到某无色气体,同学甲猜想是NO,同学乙猜想是O2。
①若O2是由装置A中反应生成的,则生成O2对应的化学方程式为　　　　　　　　　。
②若同学甲的猜想正确,则移开集气瓶口的玻璃片,可观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)检查装置的气密性　分液漏斗
(2)C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O
(3)3NO2+H2O===2HNO3+NO　生成白色沉淀　Ba2++2OH-+CO2===BaCO3↓+H2O
(4)作安全瓶,防止倒吸
(5)①4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O　②集气瓶的瓶口处的气体变为红棕色
解析　(1)加入药品或试剂前需进行的操作是检查装置的气密性;由图可知装置A中盛装浓硝酸的仪器的名称为分液漏斗;(2)浓硝酸与炽热的木炭反应生成二氧化碳、二氧化氮和水,其化学方程式为C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O;(3)二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,其对应的化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO;从B→C的气体中含有二氧化碳,二氧化碳可以和氢氧化钡反应生成碳酸钡沉淀,故现象为生成白色沉淀;对应的离子方程式为Ba2++2OH-+CO2===BaCO3↓+H2O;(4)二氧化氮在水中的溶解度较大,容易导致倒吸,故在装置A、B间应该有防倒吸装置,其作用是作安全瓶,防止倒吸;(5)①浓硝酸分解可以生成氧气,其对应的化学方程式为4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O;②一氧化氮无色,容易和氧气反应生成二氧化氮,二氧化氮为红棕色气体,故可观察到的现象是集气瓶的瓶口处的气体变为红棕色。
(二)酸雨及防治
6.酸雨是对pH小于5.6的降水的统称。下列说法错误的是 (　　)
A.空气中的SO2溶于水,最终形成酸雨
B.工业废水任意排放是造成酸雨的主要原因
C.汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气都含有能形成酸雨的氮氧化物
D.为了减少酸雨的形成,必须减少SO2的排放量,可对燃料进行脱硫处理
答案　B
解析　A项,二氧化硫与水反应生成亚硫酸,亚硫酸能被氧化为硫酸,从而形成酸雨;B项,工业废水任意排放会造成水污染,与酸雨的形成无必然关系;C项,汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气中都含有氮氧化物;D项,燃料脱硫可减少二氧化硫的排放量。
7.大气中的二氧化硫和二氧化氮溶于水后会形成酸雨。下列说法错误的是 (　　)
A.二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要物质
B.酸雨的主要成分为H2SO4和HNO3
C.汽车尾气中的NOx是指NO2
D.煤燃烧时加入适量石灰石,可减少废气中SO2的量
答案　C
解析　二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要物质,A项正确;酸雨的主要成分为H2SO4和HNO3,B项正确;汽车尾气中的NOx是指NO、NO2,C项错误;煤燃烧时加入适量石灰石,将发生反应CaCO3CaO+CO2↑,CaO+SO2CaSO3,减少了废气中SO2的量,D项正确。
8.酸雨的形成是一种复杂的大气化学和光学化学过程,在清洁空气、污染空气中形成硫酸型酸雨的过程如下:
下列有关说法不正确的是 (　　)
A.所涉及的变化均为氧化还原反应
B.光照是酸雨形成的必要条件之一
C.污染指数越高形成酸雨的速率越快
D.优化能源结构能有效遏制酸雨污染
答案　A
解析　SO2变为激发态SO2并未发生氧化还原反应,A不正确;产生激发态SO2和·OH自由基需要光照条件,B正确;途径Ⅱ的速率大于途径Ⅰ,C正确;优化能源结构可减少SO2的产生、减轻空气污染,能有效遏制酸雨污染,D正确。
B级　素养培优练
9.硝酸在工业上有着广泛的应用,可用于制化肥、农药、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,其过程如图所示:
下列说法错误的是 (　　)
A.合成塔实现了氮的固定
B.N2转化为硝酸的过程中,氮元素一直被氧化
C.从吸收塔出来的尾气不经处理任意排放可能会造成酸雨
D.合成塔和氧化炉中的反应均需要催化剂,目的是加快反应速率,提高生产效率
答案　B
解析　合成塔中氮气和氢气反应生成氨气,实现了氮的固定,A正确;N2转化为NH3的过程中氮元素被还原,在NO2转化为硝酸的过程中,氮元素部分被还原为NO,B错误;从吸收塔出来的尾气中含有氮的氧化物,不经处理任意排放可能会造成硝酸型酸雨,C正确;合成氨反应和氨的催化氧化反应均需要催化剂,目的是加快反应速率,提高生产效率,D正确。
10.下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是 (　　)
选项 实验操作 现象 解释或结论
A 过量的Fe粉中加入稀HNO3,充分反应后,滴入KSCN溶液 溶液呈红色 稀HNO3将Fe氧化为Fe3+
B 常温下,Fe、Al放入浓HNO3或浓H2SO4中 无明显现象 Fe、Al遇浓HNO3或浓H2SO4发生钝化
C Al箔插入稀HNO3中 无现象 Al箔表面被HNO3氧化,形成致密的氧化膜
D 用玻璃棒蘸取浓HNO3点到红色石蕊试纸上 试纸 变蓝色 浓HNO3具有酸性
答案　B
解析　A项,稀硝酸与铁粉反应,铁首先被氧化成Fe3+,过量铁粉将Fe3+还原,最终得到Fe2+,滴入KSCN溶液不显红色;B项,常温下,Fe、Al在浓HNO3或浓H2SO4中发生钝化,生成致密的保护膜阻止了反应进行;C项,Al箔能与稀HNO3反应放出气体;D项,浓硝酸具有氧化性,能使蓝色石蕊试纸先变红后褪色。
11.稀HNO3的还原产物可以是NO、N2O、N2、NH4NO3。在稀HNO3和Zn的反应中,硝酸既体现了酸性又体现了氧化性。若有10 mol HNO3参加反应,则有8 mol电子转移,由此推断稀HNO3的还原产物可能为 (　　)
A.NO B.NO 2
C.N2 D.NH4NO3
答案　D
解析　在稀HNO3和Zn的反应中,硝酸既体现了酸性又体现了氧化性。若有10 mol HNO3参加反应,有8 mol电子转移,则生成4 mol Zn(NO3)2,用掉8 mol HNO3,若余下的2 mol HNO3中N元素化合价都发生改变,则每个N原子降低4价,从而得出还原产物为N2O,若余下的2 mol HNO3中只有1 mol N原子价态降低,则由+5价降低到-3价,还原产物为NH4NO3,由此推断稀HNO3的还原产物可能为N2O或NH4NO3。
12.实验探究是学习化学的重要方法。以下是某研究小组探究硝酸性质的实验:
实验一　探究铜与浓硝酸的反应
图甲、乙均为铜与浓硝酸反应的装置。
(1)铜与浓硝酸反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(2)和甲装置相比,乙装置的优点是　　　　　　　　　　　　、　　　　　　。
实验二　探究铜与稀硝酸的反应
研究小组通过乙装置进行实验二,无法确定气体产物的组成,为进一步验证气体产物,设计了丙装置。
(3)丙装置中仪器a的名称为　　　　　　。
(4)如图所列装置中,可作为NO气体的收集装置的是　　　　　　(填装置序号)。
(5)实验步骤:
①连接好仪器装置后,首先进行的操作是　　　　　　。
②将绕成螺旋状的铜丝一端插入U形管左侧胶塞内,先打开活塞A,然后从漏斗中逐渐注入稀硝酸,当U形管注满后,立即关闭活塞A,U形管中左管可观察到的现象为:铜丝的表面有气泡生成,　　　　　　。
③待反应停止后打开活塞A,U形管左管液面上升,仪器a中可观察到　　　　　　。
(6)实验评价:通过实验现象,能否得出“铜与稀硝酸反应生成的气体只有NO”的结论 说明理由:
　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(7)在0.2 mol·L-1 HNO3和0.1 mol·L-1 H2SO4的100 mL混合液中加入3.2 g铜粉,待充分反应后(若HNO3还原产物只有NO),所得溶液中Cu2+的物质的量浓度为　　　　　　 mol·L-1(假设溶液体积不变)。
答案　(1)Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
(2)可控制反应的进行　对尾气进行处理
(3)球形干燥管
(4)CE
(5)①检查装置的气密性　②左边液面下降,右边液面上升　③a中出现红棕色气体
(6)不能,由于NO2与水反应生成NO,不能确定气体中除了NO是否还有其他气体,如N2等,若是产生NH3,也会溶于溶液中　(7)0.15
解析　(1)铜与浓硝酸反应生成二氧化氮,化学方程式为Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。(2)和甲装置相比,乙装置的优点是可通过上下移动的铜丝控制反应的进行,用氢氧化钠溶液对尾气处理。(3)根据图示,丙装置中仪器a的名称为球形干燥管。(4)NO易与O2反应,不能用排空气法收集,用洗气瓶排水法收集则导管要短进长出。如图所列装置中,可作为NO气体的收集装置的是CE。(5)①连接好仪器装置后,首先进行的操作是检查装置的气密性;②关闭活塞A,Cu与稀硝酸反应产生的NO排不出去,U形管中左管可观察到的现象为铜丝的表面有气泡生成,左边液面下降,右边液面上升;③待反应停止后打开活塞A,NO气体从导管排出,U形管左管气压下降、液面上升,NO进入仪器a中,与O2反应生成红棕色的NO2,可观察到a中出现红棕色气体。(6)由于NO2与水反应生成NO,不能确定气体中除了NO是否还有其他气体,如N2等,若是产生NH3,也会溶于溶液中,故通过实验现象,不能得出“铜与稀硝酸反应生成的气体只有NO”的结论。(7)该操作下发生反应:3Cu+8H++2N===2NO↑+3Cu2++4H2O;体系中3.2 g铜粉物质的量为=0.05 mol,N物质的量为0.2 mol·L-1×0.1 L=0.02 mol,H+的物质的量为0.2 mol·L-1×0.1 L+0.1 mol·L-1×2×0.1 L=0.04 mol,根据方程式中化学计量数的关系,H+物质的量最少,用其计算,则所得Cu2+物质的量为0.015 mol,物质的量浓度为=0.15 mol·L-1。基础课时6　硝酸、酸雨及其防治
学习目标　1.结合真实情境,了解硝酸的主要性质,认识硝酸在生产中的应用和对生态环境的影响。2.认识氮及其化合物的多样性,了解通过化学反应可以探索物质的性质,实现物质的转化。
一、硝酸的性质及工业制法
(一)知识梳理
1.物理性质
硝酸是　　　　色、　　　　挥发、有　　　　气味的液体。
2.化学性质
(1)酸的通性(写出HNO3与下列物质反应的离子方程式)
①与碱(如NaOH):　　　　　　　　　　　　。
②与碱性氧化物(如Na2O):　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
③与弱酸盐(如CaCO3):　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(2)不稳定性
浓硝酸见光或受热易分解,化学方程式为　　　　　　　　　　　　;
长期存放的浓硝酸呈黄色是因为其分解生成的NO2溶于硝酸中,实验室常将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中,并放置在阴凉处。
(3)强氧化性
①分别写出浓HNO3和稀HNO3与铜的反应化学方程式:　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　;
根据反应可知,浓HNO3与金属铜反应生成　　　　,稀HNO3与金属铜反应生成　　　　　　　　　　　　, 硝酸表现　　　　　　性和酸性,铜与浓硝酸反应更剧烈,说明浓HNO3的氧化性更　　　　　　　　　　　　。
②钝化
常温下,铁、铝的表面被浓硝酸或浓硫酸氧化,生成一层致密的　　　　薄膜,阻止了酸与内层金属的进一步反应。所以常温下可以用铁或铝制容器来盛装浓硝酸或浓硫酸。当加热时,铁、铝会与浓HNO3或浓H2SO4发生反应。
③王水:组成为浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为　　　　),能使一些不溶于硝酸的金、铂等金属溶解。
3.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:
①　　　　　　　　　　　　, N2发生　　　　反应。
②　　　　　　　　　　　　, NH3发生　　　　反应。
③　　　　　　　　　　　　, NO发生　　　　反应。
④　　　　　　　　　　　　, NO2既发生　　　　反应,又发生　　　　反应。
4.用途
硝酸是重要的化工原料,用于制化肥、农药、炸药、染料等。
(二)互动探究
材料1　浓HNO3和稀HNO3分别与铜的反应现象如下表。
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,反应逐渐加快,铜丝逐渐变细,试管中溶液由无色变为蓝色 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,铜丝逐渐变细,试管中溶液由无色变为蓝色
材料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。
【问题讨论】
问题1　材料表明,硝酸具有较强氧化性。硝酸呈现氧化性的实质是什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题2　若把硝酸滴加到石蕊溶液中,溶液先变红后褪色,出现该现象的原因是什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题3　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
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题4　铁在常温下可以和稀硝酸反应,预测铁与稀硝酸反应的产物,试写出化学方程式。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究归纳】
(1)硝酸强氧化性的规律
①硝酸的浓度越大,反应温度越高,其氧化性越强。
②浓硝酸的还原产物是NO2,稀硝酸的还原产物是NO。
③还原剂一般被氧化为最高价态。
(2)硝酸强氧化性的表现
①硝酸与金属的反应:既体现强氧化性,又体现酸性。
②硝酸与非金属的反应:仅表现强氧化性。
实例:C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。
1.氮及其化合物的变化关系如图所示。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
2.下列反应中硝酸既能表现出酸性又表现出氧化性的是 (　　)
A.能使紫色石蕊溶液变为红色
B.与铜反应放出一氧化氮气体,生成硝酸铜
C.与碳酸钠反应放出二氧化碳气体,生成硝酸钠
D.与红热的碳混合时生成二氧化碳和二氧化氮
3.下列有关硝酸化学性质的叙述正确的是 (　　)
A.硝酸能与Na2SO3反应,但不生成SO2
B.硝酸的氧化性很强,能氧化所有金属
C.可用铝或铁制容器盛装稀硝酸
D.浓硝酸因易挥发出HNO3而呈黄色
二、酸雨及防治
(一)知识梳理
1.SO2与NOx的主要来源
(1)SO2主要来自煤、石油的燃烧和某些　　　　　　　　　　　 的冶炼。
(2)NOx主要来自机动车尾气(高温条件下氮气和氧气生成氮氧化物)。
2.酸雨
(1)概念:pH<　　　　的降雨。正常雨水由于溶解了CO2,其pH约为5.6。
(2)成因:主要是大气中的　　　　　　溶于水形成的。
①硫酸型酸雨的形成过程如图:
②硝酸型酸雨的形成过程如图:
汽车尾气→NONO2HNO3
(3)危害:
①直接损伤农作物、破坏森林和草原,使土壤、湖泊　　　　。
②加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电缆的腐蚀。
(4)防治
工业废气排放到大气中之前,进行适当处理,防止有害物质污染大气。
(二)互动探究
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,回答问题。
【问题讨论】
问题1　雨水样品的pH变化的原因是什么 (结合化学方程式回答)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题2　如果将刚取样的上述雨水与用氯气消毒的自来水相混合,pH将如何变化 原因是什么 (结合化学方程式回答)。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题3　你能列举出2点可以减少酸雨产生的途径吗
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究归纳】
(1)含有SO2废气的两种处理方法
①钙基固硫法
工业上常用生石灰和含硫的煤混合后燃烧,燃烧时硫、生石灰、O2共同反应生成硫酸钙,从而使硫转移到煤渣中,反应的化学方程式为CaO+SO2CaSO3、2CaSO3+O22CaSO4,总反应的化学方程式为2CaO+2SO2+O22CaSO4。
②氨水脱硫法
该脱硫法采用喷雾吸收法,雾化的氨水与烟气中的SO2直接接触吸收SO2,其反应的化学方程式为2NH3+SO2+H2O===(NH4)2SO3、2(NH4)2SO3+O2===2(NH4)2SO4。
(2)含有NOx尾气的处理方法
①碱液吸收法
硝酸工业产生的废气中含有较多的NO、NO2,可用强碱溶液进行吸收,同时获得副产品。如:
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O;NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O。
注意:NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。
②催化转化法
在催化剂、加热条件下,氮氧化物通过与氨或CO反应转化为无毒气体(N2),一般适用于汽车尾气的处理。如:6NO+4NH35N2+6H2O;6NO2+8NH37N2+12H2O。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.保护环境,就是关爱自己。下列说法中你认为不正确的是 (　　)
A.采用燃煤脱硫技术,可减少燃煤产生的SO2
B.酸雨是指pH小于7的雨水
C.大气中氮氧化物主要来自汽车尾气的排放
D.倡导低碳生活、绿色出行
2.酸雨是一种突出的环境问题。下列有关酸雨及其防治的说法正确的是 (　　)
A.酸雨主要是由空气中CO2的浓度增大引起的
B.酸雨能直接损伤农作物,破坏森林,加速桥梁的腐蚀
C.向煤中加入适量石灰石,在燃烧时SO2最终生成CaSO3,可减少酸雨
D.汽车排气管上装有“催化转化器”,使有毒的CO和NO反应生成N2和CO2,但不利于酸雨的防治
:课后完成　第五章　基础课时6(共60张PPT)
第二节　氮及其化合物
基础课时 硝酸、酸雨及其防治
6
第五章
化工生产中的重要非金属元素
1.结合真实情境,了解硝酸的主要性质,认识硝酸在生产中的应用和对生态环境的影响。
2.认识氮及其化合物的多样性,了解通过化学反应可以探索物质的性质,实现物质的转化。
学习目标
一、硝酸的性质及工业制法
二、酸雨及防治
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
一、硝酸的性质及工业制法
对点训练
(一)知识梳理
1.物理性质
硝酸是____色、____挥发、有________气味的液体。
2.化学性质
(1)酸的通性(写出HNO3与下列物质反应的离子方程式)
①与碱(如NaOH):_________________。
②与碱性氧化物(如Na2O):_________________________。
③与弱酸盐(如CaCO3):______________________________。
无
易
刺激性
H++OH-===H2O
2H++Na2O===2Na++H2O
CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O
(2)不稳定性
浓硝酸见光或受热易分解,化学方程式为__________________________________; 长期存放的浓硝酸呈黄色是因为其分解生成的NO2溶于硝酸中,实验室常将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中,并放置在阴凉处。
4HNO3 4NO2↑+O2↑+2H2O
(3)强氧化性
①分别写出浓HNO3和稀HNO3与铜的反应化学方程式:__________________
______________________、____________________________________________; 根据反应可知,浓HNO3与金属铜反应生成________,稀HNO3与金属铜反应生成______,硝酸表现______性和酸性,铜与浓硝酸反应更剧烈,说明浓HNO3的氧化性更____。
Cu+4HNO3(浓)===
Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
NO2
NO
氧化
强
②钝化
常温下,铁、铝的表面被浓硝酸或浓硫酸氧化,生成一层致密的________薄膜,阻止了酸与内层金属的进一步反应。所以常温下可以用铁或铝制容器来盛装浓硝酸或浓硫酸。当加热时,铁、铝会与浓HNO3或浓H2SO4发生反应。
③王水:组成为浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为__________),能使一些不溶于硝酸的金、铂等金属溶解。
氧化物
1∶3
3.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:
①________________________,N2发生______反应。
②____________________________,NH3发生______反应。
③__________________,NO发生______反应。
④__________________________,NO2既发生______反应,又发生______反应。
N2+3H2 2NH3
4NH3+5O2 4NO+6H2O
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
还原
氧化
氧化
氧化
还原
4.用途
硝酸是重要的化工原料,用于制化肥、农药、炸药、染料等。
(二)互动探究
材料1　浓HNO3和稀HNO3分别与铜的反应现象如下表。
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,反应逐渐加快,铜丝逐渐变细,试管中溶液由无色变为蓝色 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,铜丝逐渐变细,试管中溶液由无色变为蓝色
材料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。
【问题讨论】
问题1　材料表明,硝酸具有较强氧化性。硝酸呈现氧化性的实质是什么
提示　硝酸呈氧化性的本质是HNO3中+5价氮元素具有氧化性。
问题2　若把硝酸滴加到石蕊溶液中,溶液先变红后褪色,出现该现象的原因是什么
提示　硝酸显酸性使石蕊溶液变红,因强氧化性而具有漂白性,又使其褪色。
问题3　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
提示　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N会继续与铜反应。
问题4　铁在常温下可以和稀硝酸反应,预测铁与稀硝酸反应的产物,试写出化学方程式。
提示　硝酸与变价金属(如Fe)反应,根据金属量的多少分别得到高价、低价或两种价态共存的混合物。反应的化学方程式为Fe(少量)+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+ NO↑+2H2O;3Fe(过量)+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O。
【探究归纳】
(1)硝酸强氧化性的规律
①硝酸的浓度越大,反应温度越高,其氧化性越强。
②浓硝酸的还原产物是NO2,稀硝酸的还原产物是NO。
③还原剂一般被氧化为最高价态。
(2)硝酸强氧化性的表现
①硝酸与金属的反应:既体现强氧化性,又体现酸性。
②硝酸与非金属的反应:仅表现强氧化性。
实例:C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O。
1.氮及其化合物的变化关系如图所示。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　氮气和氧气在放电或高温条件下反应生成NO,NO与O2反应生成NO2,即氮气与氧气不能一步转化为NO2。
D
2.下列反应中硝酸既能表现出酸性又表现出氧化性的是 (　　)
A.能使紫色石蕊溶液变为红色
B.与铜反应放出一氧化氮气体,生成硝酸铜
C.与碳酸钠反应放出二氧化碳气体,生成硝酸钠
D.与红热的碳混合时生成二氧化碳和二氧化氮
解析　硝酸使紫色石蕊溶液变为红色,与碳酸钠反应放出二氧化碳气体,表现的都是硝酸的酸性;硝酸与红热的碳混合时生成二氧化碳和二氧化氮,表现的是硝酸的强氧化性;硝酸与铜反应生成硝酸铜、一氧化氮和水,既表现其强氧化性又表现其酸性。
B
3.下列有关硝酸化学性质的叙述正确的是 (　　)
A.硝酸能与Na2SO3反应,但不生成SO2
B.硝酸的氧化性很强,能氧化所有金属
C.可用铝或铁制容器盛装稀硝酸
D.浓硝酸因易挥发出HNO3而呈黄色
解析　硝酸与Na2SO3发生氧化还原反应,Na2SO3被氧化生成Na2SO4,不会生成SO2,A正确;硝酸具有强氧化性,能氧化大部分金属,Au、Pt等除外,B错误;常温下,Fe、Al均能与稀硝酸反应,不能用铝或铁制容器盛装稀硝酸,C错误;浓硝酸见光或受热易分解,生成的NO2溶于其中而使浓硝酸呈黄色,D错误。
A
二、酸雨及防治
对点训练
(一)知识梳理
1.SO2与NOx的主要来源
(1)SO2主要来自煤、石油的燃烧和某些______________的冶炼。
(2)NOx主要来自机动车尾气(高温条件下氮气和氧气生成氮氧化物)。
含硫金属矿物
2.酸雨
(1)概念:pH<________的降雨。正常雨水由于溶解了CO2,其pH约为5.6。
(2)成因:主要是大气中的________________溶于水形成的。
①硫酸型酸雨的形成过程如图:
5.6
SO2和NO2
②硝酸型酸雨的形成过程如图:
汽车尾气→NO NO2 HNO3
(3)危害:
①直接损伤农作物、破坏森林和草原,使土壤、湖泊______。
②加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电缆的腐蚀。
(4)防治
工业废气排放到大气中之前,进行适当处理,防止有害物质污染大气。
酸化
(二)互动探究
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,回答问题。
【问题讨论】
问题1　雨水样品的pH变化的原因是什么 (结合化学方程式回答)
提示　酸雨放置时pH变小,其原因是雨水中的H2SO3被空气中的氧气氧化生成酸性更强的硫酸:SO2+H2O H2SO3、2H2SO3+O2===2H2SO4。
问题2　如果将刚取样的上述雨水与用氯气消毒的自来水相混合,pH将如何变化 原因是什么 (结合化学方程式回答)。
提示　变小。雨水与自来水混合,SO2与Cl2或H2SO3与HClO反应:SO2+2H2O+Cl2 ===H2SO4+2HCl或H2SO3+HClO===H2SO4+HCl。因此雨水与自来水混合后溶液pH将变小。
问题3　你能列举出2点可以减少酸雨产生的途径吗
提示　减少酸雨的产生需减少SO2的排放,将煤转化为清洁能源(如煤的气化和液化),燃料脱硫、固硫,开发不含硫的新能源(如氢能、核能等)。
【探究归纳】
②氨水脱硫法
该脱硫法采用喷雾吸收法,雾化的氨水与烟气中的SO2直接接触吸收SO2,其反应的化学方程式为2NH3+SO2+H2O===(NH4)2SO3、2(NH4)2SO3+O2===2(NH4)2SO4。
(2)含有NOx尾气的处理方法
①碱液吸收法
硝酸工业产生的废气中含有较多的NO、NO2,可用强碱溶液进行吸收,同时获得副产品。如:
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O;NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O。
注意:NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。
1.保护环境,就是关爱自己。下列说法中你认为不正确的是 (　　)
A.采用燃煤脱硫技术,可减少燃煤产生的SO2
B.酸雨是指pH小于7的雨水
C.大气中氮氧化物主要来自汽车尾气的排放
D.倡导低碳生活、绿色出行
B
解析　燃煤中加入的生石灰可与煤燃烧产生的二氧化硫反应,最终生成硫酸钙,从而减少了污染气体的排放,达到脱硫的目的, A项正确; 酸雨是指pH小于5.6的雨水,B项错误;大气中氮氧化物主要来自汽车尾气的排放, C项正确;低碳生活是指在生活中要尽力减少所消耗的能量,减少二氧化碳的排放量,从而减少对大气的污染,减缓生态恶化,故倡导低碳生活、绿色出行, D项正确。
2.酸雨是一种突出的环境问题。下列有关酸雨及其防治的说法正确的是 (　　)
A.酸雨主要是由空气中CO2的浓度增大引起的
B.酸雨能直接损伤农作物,破坏森林,加速桥梁的腐蚀
C.向煤中加入适量石灰石,在燃烧时SO2最终生成CaSO3,可减少酸雨
D.汽车排气管上装有“催化转化器”,使有毒的CO和NO反应生成N2和CO2,但不利于酸雨的防治
B
课后巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)硝酸的性质及工业制法
1.下列关于硝酸说法正确的是(　　)
A.硝酸与金属反应,主要是+5价氮得电子
B.与金属反应时,稀硝酸可能被还原为更低价态,则稀硝酸氧化性强于浓硝酸
C.硝酸电离出H+,能被Zn、Fe等金属还原成H2
D.常温下,向浓HNO3中投入Fe片,会产生大量红棕色气体
A
解析　硝酸与金属反应,主要是+5价氮得电子,生成氮的低价化合物,一般不生成氢气;浓HNO3比稀HNO3氧化性强,根据Cu与浓HNO3和稀HNO3的反应剧烈程度可以证明;常温下铁遇到浓硝酸发生钝化,不会生成大量红棕色气体。
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的性质不相对应的是 (　　)
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.能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液的红色褪去——强氧化性
解析　向滴有酚酞的NaOH溶液中滴入硝酸,溶液红色褪去,利用的是硝酸的酸性。
D
3.对于反应3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,下列叙述正确的是 (　　)
A.氧化剂和还原剂的物质的量之比为8∶3
B.被还原的HNO3和起酸性作用的HNO3的物质的量之比为3∶1
C.生成1 mol NO转移的电子数为3NA
D.该反应中Cu(NO3)2为氧化产物,H2O为还原产物
C
解析　A项,3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O中,Cu元素化合价由0价变为+2价,N元素化合价由+5价变为+2价,所以铜作还原剂,硝酸作氧化剂,参加反应的硝酸中有被还原,所以氧化剂和还原剂的物质的量之比是2∶3;B项,该反应中参加反应的硝酸中有被还原,所以被还原的HNO3和起酸性作用的HNO3的物质的量的比为1∶3;C项,该反应中转移电子数=3×(2-0)=2×(5-2)=6,结合方程式可知生成1 mol NO转移的电子数为3NA;D项,该反应中,铜作还原剂,则硝酸铜是氧化产物,部分硝酸作氧化剂,所以NO是还原产物。
4.铜粉放入稀硫酸中,加热后无现象,当加入一种盐后,铜粉质量减小,溶液变蓝,同时有气体产生。此盐应是 (　　)
A.KCl B.FeCl3
C.NaNO3 D.K2CO3
解析　铜粉不能与盐酸反应,HNO3可以氧化铜粉,使之形成Cu2+,自身被还原产生NO,而FeCl3与铜粉反应无气体放出,故加入的应是硝酸盐。
C
5.某实验小组用如图装置探究炽热的木炭与浓硝酸发生的反应。
(1)按图示接好装置后,加入药品或试剂前需进行的操作是　　　　　　　　　;装置A中盛装浓硝酸的仪器的名称为　　　　　　。
(2)浓硝酸与炽热的木炭发生反应的化学方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
检查装置的气密性
分液漏斗
C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O
解析　(1)加入药品或试剂前需进行的操作是检查装置的气密性;由图可知装置A中盛装浓硝酸的仪器的名称为分液漏斗;(2)浓硝酸与炽热的木炭反应生成二氧化碳、二氧化氮和水,其化学方程式为C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O;
(3)装置B中盛装的是去氧蒸馏水,写出NO2与H2O反应的化学方程式:
　　　　　　　　　　　 　;装置C中盛装的是氢氧化钡溶液(足量),观察到的现象是　　　　　　　,发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　 　。
(4)有同学建议在装置A、B间补充装置E,装置E的作用是　　　　　　　　　　。
(5)装置D中收集到某无色气体,同学甲猜想是NO,同学乙猜想是O2。
①若O2是由装置A中反应生成的,则生成O2对应的化学方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②若同学甲的猜想正确,则移开集气瓶口的玻璃片,可观察到的现象是
　　　　　　　　　　　　　　　　　。
3NO2+H2O===2HNO3+NO
生成白色沉淀
Ba2++2OH-+CO2===BaCO3↓+H2O
作安全瓶,防止倒吸
4HNO3(浓) 4NO2↑+O2↑+2H2O
集气瓶的瓶口处的气体变为红棕色
解析　(3)二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,其对应的化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO;从B→C的气体中含有二氧化碳,二氧化碳可以和氢氧化钡反应生成碳酸钡沉淀,故现象为生成白色沉淀;对应的离子方程式为Ba2++ 2OH-+CO2===BaCO3↓+H2O;(4)二氧化氮在水中的溶解度较大,容易导致倒吸,故在装置A、B间应该有防倒吸装置,其作用是作安全瓶,防止倒吸;(5)①浓硝酸分解可以生成氧气,其对应的化学方程式为4HNO3(浓) 4NO2↑+O2↑+2H2O;②一氧化氮无色,容易和氧气反应生成二氧化氮,二氧化氮为红棕色气体,故可观察到的现象是集气瓶的瓶口处的气体变为红棕色。
(二)酸雨及防治
6.酸雨是对pH小于5.6的降水的统称。下列说法错误的是(　　)
A.空气中的SO2溶于水,最终形成酸雨
B.工业废水任意排放是造成酸雨的主要原因
C.汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气都含有能形成酸雨的氮氧化物
D.为了减少酸雨的形成,必须减少SO2的排放量,可对燃料进行脱硫处理
B
解析　A项,二氧化硫与水反应生成亚硫酸,亚硫酸能被氧化为硫酸,从而形成酸雨;B项,工业废水任意排放会造成水污染,与酸雨的形成无必然关系;C项,汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气中都含有氮氧化物;D项,燃料脱硫可减少二氧化硫的排放量。
7.大气中的二氧化硫和二氧化氮溶于水后会形成酸雨。下列说法错误的是 (　　)
A.二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要物质
B.酸雨的主要成分为H2SO4和HNO3
C.汽车尾气中的NOx是指NO2
D.煤燃烧时加入适量石灰石,可减少废气中SO2的量
C
解析　二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要物质,A项正确;酸雨的主要成分为H2SO4和HNO3,B项正确;汽车尾气中的NOx是指NO、NO2,C项错误;煤燃烧时加入适量石灰石,将发生反应CaCO3 CaO+CO2↑,CaO+SO2 CaSO3,减少了废气中SO2的量,D项正确。
8.酸雨的形成是一种复杂的大气化学和光学化学过程,在清洁空气、污染空气中形成硫酸型酸雨的过程如下:
下列有关说法不正确的是 (　　)
A.所涉及的变化均为氧化还原反应
B.光照是酸雨形成的必要条件之一
C.污染指数越高形成酸雨的速率越快
D.优化能源结构能有效遏制酸雨污染
A
解析　SO2变为激发态SO2并未发生氧化还原反应,A不正确;产生激发态SO2和·OH自由基需要光照条件,B正确;途径Ⅱ的速率大于途径Ⅰ,C正确;优化能源结构可减少SO2的产生、减轻空气污染,能有效遏制酸雨污染,D正确。
B级　素养培优练
9.硝酸在工业上有着广泛的应用,可用于制化肥、农药、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,其过程如图所示:
下列说法错误的是 (　　)
A.合成塔实现了氮的固定
B.N2转化为硝酸的过程中,氮元素一直被氧化
C.从吸收塔出来的尾气不经处理任意排放可能会造成酸雨
D.合成塔和氧化炉中的反应均需要催化剂,目的是加快反应速率,提高生产效率
B
解析　合成塔中氮气和氢气反应生成氨气,实现了氮的固定,A正确;N2转化为NH3的过程中氮元素被还原,在NO2转化为硝酸的过程中,氮元素部分被还原为NO,B错误;从吸收塔出来的尾气中含有氮的氧化物,不经处理任意排放可能会造成硝酸型酸雨,C正确;合成氨反应和氨的催化氧化反应均需要催化剂,目的是加快反应速率,提高生产效率,D正确。
10.下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是 (　　)
B
选项 实验操作 现象 解释或结论
A 过量的Fe粉中加入稀HNO3,充分反应后,滴入KSCN溶液 溶液呈红色 稀HNO3将Fe氧化为Fe3+
B 常温下,Fe、Al放入浓HNO3或浓H2SO4中 无明显现象 Fe、Al遇浓HNO3或浓H2SO4发生钝化
C Al箔插入稀HNO3中 无现象 Al箔表面被HNO3氧化,形成致密的氧化膜
D 用玻璃棒蘸取浓HNO3点到红色石蕊试纸上 试纸 变蓝色 浓HNO3具有酸性
解析　A项,稀硝酸与铁粉反应,铁首先被氧化成Fe3+,过量铁粉将Fe3+还原,最终得到Fe2+,滴入KSCN溶液不显红色;B项,常温下,Fe、Al在浓HNO3或浓H2SO4中发生钝化,生成致密的保护膜阻止了反应进行;C项,Al箔能与稀HNO3反应放出气体;D项,浓硝酸具有氧化性,能使蓝色石蕊试纸先变红后褪色。
11.稀HNO3的还原产物可以是NO、N2O、N2、NH4NO3。在稀HNO3和Zn的反应中,硝酸既体现了酸性又体现了氧化性。若有10 mol HNO3参加反应,则有8 mol电子转移,由此推断稀HNO3的还原产物可能为 (　　)
A.NO B.NO2
C.N2 D.NH4NO3
D
解析　在稀HNO3和Zn的反应中,硝酸既体现了酸性又体现了氧化性。若有10 mol HNO3参加反应,有8 mol电子转移,则生成4 mol Zn(NO3)2,用掉8 mol HNO3,若余下的2 mol HNO3中N元素化合价都发生改变,则每个N原子降低4价,从而得出还原产物为N2O,若余下的2 mol HNO3中只有1 mol N原子价态降低,则由+5价降低到-3价,还原产物为NH4NO3,由此推断稀HNO3的还原产物可能为N2O或NH4NO3。
12.实验探究是学习化学的重要方法。以下是某研究小组探究硝酸性质的实验:
实验一　探究铜与浓硝酸的反应
图甲、乙均为铜与浓硝酸反应的装置。
(1)铜与浓硝酸反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　。
(2)和甲装置相比,乙装置的优点是　　　　　　　　　、　　　　　　　　　。
实验二　探究铜与稀硝酸的反应
研究小组通过乙装置进行实验二,无法确定气体产物的组成,为进一步验证气体产物,设计了丙装置。
(3)丙装置中仪器a的名称为　　　　　　。
Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
可控制反应的进行
对尾气进行处理
球形干燥管
解析　(1)铜与浓硝酸反应生成二氧化氮,化学方程式为Cu+4HNO3(浓) ===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。(2)和甲装置相比,乙装置的优点是可通过上下移动的铜丝控制反应的进行,用氢氧化钠溶液对尾气处理。(3)根据图示,丙装置中仪器a的名称为球形干燥管。
(4)如图所列装置中,可作为NO气体的收集装置的是　　　　(填装置序号)。
CE
解析　(4)NO易与O2反应,不能用排空气法收集,用洗气瓶排水法收集则导管要短进长出。如图所列装置中,可作为NO气体的收集装置的是CE。
(5)实验步骤:
①连接好仪器装置后,首先进行的操作是　　　　　　　　　。
②将绕成螺旋状的铜丝一端插入U形管左侧胶塞内,先打开活塞A,然后从漏斗中逐渐注入稀硝酸,当U形管注满后,立即关闭活塞A,U形管中左管可观察到的现象为:铜丝的表面有气泡生成,　　　　　　　　　　　　　　。
③待反应停止后打开活塞A,U形管左管液面上升,仪器a中可观察到
　　　　　　　　　　。
检查装置的气密性
左边液面下降,右边液面上升
a中出现红棕色气体
解析　(5)①连接好仪器装置后,首先进行的操作是检查装置的气密性;②关闭活塞A,Cu与稀硝酸反应产生的NO排不出去,U形管中左管可观察到的现象为铜丝的表面有气泡生成,左边液面下降,右边液面上升;③待反应停止后打开活塞A,NO气体从导管排出,U形管左管气压下降、液面上升,NO进入仪器a中,与O2反应生成红棕色的NO2,可观察到a中出现红棕色气体。
(6)实验评价:通过实验现象,能否得出“铜与稀硝酸反应生成的气体只有NO”的结论 说明理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(7)在0.2 mol·L-1 HNO3和0.1 mol·L-1 H2SO4的100 mL混合液中加入3.2 g铜粉,待充分反应后(若HNO3还原产物只有NO),所得溶液中Cu2+的物质的量浓度为_______ mol·L-1(假设溶液体积不变)。
不能,由于NO2与水反应生成NO,不能确定气体中除了NO是否还有
其他气体,如N2等,若是产生NH3,也会溶于溶液中
0.15
解析　(6)由于NO2与水反应生成NO,不能确定气体中除了NO是否还有其他气体,如N2等,若是产生NH3,也会溶于溶液中,故通过实验现象,不能得出“铜与稀硝酸反应生成的气体只有NO”的结论。(7)该操作下发生反应:3Cu+8H++2N=== 2NO↑+3Cu2++4H2O;体系中3.2 g铜粉物质的量为=0.05 mol,N物质的量为0.2 mol·L-1×0.1 L=0.02 mol,H+的物质的量为0.2 mol·L-1×0.1 L+0.1 mol·L-1 ×2×0.1 L=0.04 mol,根据方程式中化学计量数的关系,H+物质的量最少,用其计算,则所得Cu2+物质的量为0.015 mol,物质的量浓度为=0.15 mol·L-1。

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