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第五章 化工生产中的重要非金属元素
第3课时 硝酸
第二节 氮及其化合物
四、硝酸
（一）硝酸的物理性质
纯硝酸是无色、有刺激性气味、易挥发，
与水以任意比混溶的液体，比水重，沸点低。
质量分数为69%的硝酸为浓硝酸；
质量分数为98%以上的硝酸为发烟硝酸。
（二）硝酸的特性
1、硝酸的不稳定性
硝酸越浓,越容易分解,分解放出的NO2溶于硝酸而使硝酸呈黄色
Δ或光照
保存：硝酸盛放于棕色瓶中，置于冷暗处
2、强氧化性
（1）与金属反应
③溶液变绿
②有红棕色的气体产生
①铜片溶解,常温下反应剧烈
③溶液变蓝
②有无色的气体
(试管口红棕色)
①铜片溶解
铜片与浓硝酸
铜片与稀硝酸
Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO3)2 +2NO2 ↑+ 2H2O
3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 +2NO ↑+ 4H2O
讨论1：硝酸的作用
--- 氧化剂、酸性作用
（改写成离子方程式）
Cu + 4H+ +2NO3- = Cu2+ + 2NO2↑+ 2H2O
3Cu + 8H++2NO3- = 3Cu2+ + 2NO↑+ 4H2O
硝酸无论浓稀都具有氧化性,硝酸越浓,氧化性越强；
讨论2：能否由还原产物化合价的变化多少推出氧化性稀硝酸强？
还原产物：浓硝酸→NO2 稀硝酸→NO
总 结：
1、硝酸几乎能氧化除金、铂等少数几种金属外的所有金属，通常不产生H2 。
2、有些金属如，Fe、Al与冷、浓硝酸发生钝化现象。故浓硝酸可用Fe、Al罐盛装。
3、王水---浓硝酸、浓盐酸体积比1 ：3配成的混合液，可氧化金、铂
讨论：试写出铁与稀硝酸反应的化学方程式
Fe + 4HNO3(稀) = Fe(NO3)3 + NO↑+ 2H2O
（1）铁粉少量
3Fe + 8HNO3(稀) = 3Fe(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O
（2）铁粉过量
（2）与非金属反应
浓硝酸能氧化 C、S、P 等非金属
硝酸的作用
--- 氧化剂
C + 4HNO3(浓) === CO2 ↑ +4NO2 ↑+ 2H2O
△
（3）与还原性化合物反应
SO2
H2SO4
Fe3+
Fe2+
3SO2 + 2H2O + 2NO3- = 3SO42- + 2NO↑ + 4H+
3Fe2+ + 4H+ + NO3- = 3Fe3+ + NO↑ + 2H2O
注意：NO3-在酸性条件下，就相当于硝酸溶液，具有强氧化性，因此，在强酸性条件下NO3-与Fe2+（I-、Br-、S2-、SO32-等）不能大量共存。
浓硫酸 HNO3
稳定性
酸的通性
与Cu反应
钝化现象
与C反应
吸水性 脱水性
使Fe、 Al 钝化
浓硝酸 使Fe、 Al 钝化
有吸水性、脱水性
无
Cu+2H2SO4 （浓）===CuSO4+SO2↑+2H2O
△
Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
4HNO3(浓)+C=4NO2↑+CO2↑+2H2O
2H2SO4(浓)+C==2SO2↑+CO2↑+2H2O
△
稳定
不稳定
有
有
【思考与交流】
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：
N2
H2
O2
O2
H2O
NH3
NO
NO2
HNO3
(1) 写出每一步反应的化学方程式。
(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。
写出有关化学方程式:
N2→NH3: ________________________________。
NH3→NO: _______________________________。
NO→NO2: _______________________________。
NO2→HNO3: _____________________________。
2NO+O2 = 2NO2
3NO2+H2O = 2HNO3+NO
N2+3H2 2NH3
4NH3+5O2 4NO+6H2O
催化剂
NH3空气
空气NH3
热交换器
转化器
吸收塔
工业制备硝酸的流程
NO、O2、N2等
NO2、O2、N2等
HNO3
H2O
课堂练习
1、工业上拟用铜和硝酸来制备Cu(NO3)2· 3H2O，下面有三位同学提出了不同的生产方案：
甲方案：Cu+浓HNO3→ 蒸发结晶
乙方案： Cu+稀HNO3→ 蒸发结晶
丙方案：Cu CuO 蒸发结晶
你认为______方案最好，理由
空气加热
HNO3
丙
若生产等量Cu(NO3)2 ,
丙消耗HNO3少且无污染
2、取三张蓝色石蕊试纸，放在表面皿上，然后按顺序分别滴加69%的HNO3，98.3%的H2SO4和新制的氯水，三张试纸最后呈现的颜色是（ ）
A、白、红、白 B、红、黑、红
C、红、红、红 D、白、黑、白
D
3. 下述实验中均有红棕色气体产生，分析所得结论错误的是 (　　)
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了反应
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
4、等质量的铜分别与足量的下列各种酸反应，生成的气体在相同条件下体积最大的是（ ）
A、浓HNO3 B、稀HNO3 C、浓H2SO4 D、稀H2SO4
A
Cu + 4HNO3（浓）= Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
3Cu + 8HNO3（稀）= 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Cu + 2H2SO4 （浓）== CuSO4 + SO2 +2H2O
方法一：根据方程式计算
方法二：得失电子守恒
5、铜与1mol/L的硝酸反应，如果NO3-浓度下降0.2mol/L。则溶液 中，氢离子的物质的量浓度同时下降（ ）
A、0.2mol/L B、0.4mol/L C、0.6mol/L D、0.8mol/L
D
3Cu + 8H++2NO3- = 3Cu2+ + 2NO↑+ 4H2O
6、38.4g铜与适量浓硝酸反应，铜完全溶解，共收集到气体标准状况下22.4L。反应中耗硝酸物质的量可能是（ ）
A 1.0 mol B 1.6 mol C 2.2 mol D 2.4 mol
C
若38.4 g铜与硝酸恰好完全反应，未被还原的硝酸物质的量为？
7. 铜和镁的合金4.6 g完全溶解于浓硝酸中，若反应中硝酸被还原只产生4.48 L的NO2气体和0.224 L的NO气体（气体体积已折算到标准状况），在反应后的溶液中，加入足量的NaOH溶液，生成沉淀的质量为（ ）
A 9.02 g B 8.51 g C 8.26 g D 7.04 g
解法一：质量守恒和得失电子守恒
m（氢氧化物）=m（金属）+ m（OH-）
n（OH-）=n（金属失电子）
=n（HNO3得电子）
解法二：关系式法（得失电子守恒）
B
8. 将32.64g铜与140mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2L。请回答：
（1）NO的体积为_________L，NO2的体积为_________L。
（2）待产生的气体全部释放后，向溶液中加入VmLamol/L的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2+全部转化成沉淀，则原硝酸溶
液的浓度为____________________
（3）欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，至少需要30%的双氧水_________g。
5.824
5.376
57.8
硝酸在反应中的作用
酸 性：与非还原性的碱、碱性氧化物、盐
氧化性：非金属等
酸性和氧化性：与金属、还原性的碱、
碱性氧化物、盐等（难点）
方法：两个守恒----元素守恒、得失电子守恒
总结
煤、石油和某些金属矿物中含有硫，在燃烧或冶炼时往往会生成二氧化硫。
在机动车发动机中，燃料燃烧产生的高温条件会使空气中的氮气与氧气反应，生成氮氧化物。
煤燃烧
石油燃烧
硫矿石
汽车尾气
这些气体对空气和我们的生活环境能造成什么影响呢？
五、酸雨及防治
1.酸雨的形成
①定义：主要指 pH小于5.6 的雨水，其主要是含有硫酸和硝酸。
②成因：二氧化硫、氮氧化物及它们在大气中发生反应后的生成物溶于雨水会形成酸雨。正常雨水因溶解了CO2，其pH约为5.6，而酸雨的pH小于5.6。
SO2
O2
H2O
H2SO4
化石燃料的燃烧
③酸雨的类型：
硫酸型酸雨
硝酸型酸雨
①
②
2NO＋O2=2NO2
3NO2＋H2O=2HNO3＋NO
化石燃料的燃烧
植物体的焚烧
硝酸型酸雨
大气中的氮氧化物
与水反应生成硝酸和亚硝酸
硝酸型酸雨
饮用酸化的地下水危害人类
腐蚀建筑物和工业设备
破坏土壤成分使农作物减产甚至死亡
损坏植物叶面导致森林死亡
破坏露天文物古迹
使湖泊中鱼虾死亡
酸雨的危害：
3.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
3.酸雨的防治
②研究煤的脱硫、燃烧技术，减少SO2排放
脱硫塔
SO2 +CaO=CaSO3
2CaSO3+O2=2CaSO4(生产石膏）
燃煤烟气的脱硫方法:
（2）氨水法
3.酸雨的防治
③改进汽车尾气的处理技术，控制尾气排放
2NO(g)+2CO(g)====2CO2(g)+N2(g)
催化剂
④加强工业废气的回收处理
3.酸雨的防治
⑤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
4.常见的环境污染
环境污染 形成原因 主要危害
温室效应 大气中CO2含量不断增加 全球变暖，冰川融化
酸雨 SO2和氮氧化物的排放 土壤酸化，腐蚀建筑物
光化学烟雾 氮氧化物和碳氢化合物的排放 危害人体健康和植物生长
臭氧空洞 氮氧化物和氟氯代烃的排放 地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧
赤潮和水华 含磷洗衣粉的大量使用及废水的任意排放 使藻类过度繁殖，水质恶化，发生在海水中为赤潮，淡水中为水华
白色污染 聚乙烯塑料的大量使用、任意丢弃 破坏土壤结构和生态环境
资 料:光化学烟雾的形成
NO2 →O+NO
光
2NO+O2== 2NO2
O+O2== O3
3O2== 2O3
臭氧氧化碳氢化合物生成醛、过氧酰硝酸酯等，一起构成光化学烟雾。它能刺激黏膜、眼睛，伤害中枢神经。
洛杉矶光化学烟雾（20世纪40年代）

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