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(共56张PPT)
第二节　氮及其化合物
第3课时　硝酸　酸雨及防治
第五章　化工生产中的重要非金属元素
课程标准 核心素养目标
1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解硝酸的主要性质。
2．认识硝酸在生产中的应用和酸雨对生态环境的影响。 1.科学探究与创新意识：结合化学实验，了解硝酸的主要性质——不稳定性和强氧化性，知道硝酸是重要的化工原料。
2．科学态度与社会责任：了解酸雨的定义，知道酸雨形成的主要原因是二氧化硫和氮氧化物进入大气，知道酸雨会严重危害环境，增强环保意识，培养社会责任感。
一、硝酸
1．物理性质
颜色 状态 气味 挥发性
无色 液体 有 气味 挥发
刺激性
易
2.化学性质
(1)酸的通性
①与指示剂作用：稀硝酸会使紫色石蕊溶液由紫色变为红色；浓硝酸会使紫色石蕊溶液先变红(H＋的作用)后褪色(强氧化性)。
②与碱性氧化物反应：CuO＋2HNO3===Cu(NO3)2 ＋H2O。
③与碱反应：Fe (OH)3＋3HNO3===Fe(NO3)3＋3H2O。
④与某些盐反应：CaCO3＋2HNO3===Ca(NO3)2＋H2O＋CO2↑。
(2)不稳定性
浓硝酸见光或者受热会分解产生NO2，该反应的化学方程式为
。
[微点拨]　①由于浓硝酸见光或受热会分解，一般将其保存在棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处。②久置的浓硝酸因分解产生的NO2溶解于其中而呈黄色。向其中通入空气(或氧气)，可将NO2重新氧化为硝酸，溶液从而恢复无色。
(3)强氧化性
①与金属的反应(实验58)。
实验
操作
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2 mL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 浓硝酸与铜反应时，试管内产生大量 气体，溶液逐渐
，铜丝逐渐变细；稀硝酸与铜反应时，试管内开始产生少量 气体，反应逐渐加快，气体在试管上部变为红棕色，溶液逐渐 ，铜丝逐渐变细
反应
原理 浓硝酸与铜反应：
稀硝酸与铜反应：
红棕色
变绿
无色
变蓝
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
[微点拨]　常温下，铁、铝遇浓硝酸发生钝化，表面生成一层致密的氧化物薄膜，阻止内部金属继续反应，因此可用铁或铝制容器盛放浓硝酸。
②与非金属反应。
3．工业上制硝酸的原理
试写出上述四步反应的化学方程式。
① ；
② ；
③ ；
④ 。
2NO＋O2===2NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
二、酸雨及防治
1．空气中SO2、NOx的主要来源
2．酸雨
◆名师点拨
硝酸氧化性总结
(1)金属与HNO3反应一般不生成H2。浓硝酸一般被还原为NO2，稀硝酸一般被还原为NO。
(2)在利用HNO3的酸性时，要注意其强氧化性。
例如，FeO与稀硝酸反应的化学方程式应是3FeO＋10HNO3(稀)===3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O，而不是FeO＋2HNO3===Fe(NO3)2＋H2O。类似的反应还包括Fe(OH)2、Na2S、Na2SO3等与稀硝酸的反应。
(3)硝酸与金属反应时，既表现强氧化性，又表现强酸性。在分析此类反应时，常用守恒法确定HNO3与金属的关系。
(4)硝酸与Fe反应的情况
由于存在反应Fe＋2Fe3+===3Fe2+，当HNO3过量时，产物为Fe(NO3)3；当Fe过量时，产物为Fe(NO3)2；当Fe与HNO3恰好完全反应时，产物可能是Fe(NO3)3、Fe(NO3)2或二者的混合物。
◆名师点拨
SO2和NOx的吸收与处理
(1)含SO2废气的处理方法
①钙基固硫法。
工业上将生石灰与含硫煤混合燃烧。在燃烧过程中，硫、生石灰与O2
(2)含有NOx尾气的处理方法
①碱液吸收法。
硝酸工业废气中含有较多的NO和NO2，可用强碱溶液吸收，同时获得副产品。反应的化学方程式：
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
注意：NO2与NO的混合气体能被足量NaOH溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。
②催化转化法。
在催化剂及加热条件下，氨或CO可将氮氧化物还原为无毒气体(N2)，此法广泛用于汽车尾气处理。反应的化学方程式：
◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”)
(1)稀硝酸与FeO发生复分解反应，生成Fe(NO3)2和H2O(　　)
(2)稀硝酸与Fe(OH)2、Fe(OH)3发生的反应类型相同(　　)
(3)能利用铝制槽罐车运输浓硝酸，是因为常温下铝与浓硝酸不发生反应(　　)
(4)氮氧化物和SO2的过度排放是形成酸雨的主要原因(　　)
×
×
×
√
探究一 实验探究硝酸的化学性质
某学习小组的同学为探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，设计了如图所示装置(夹持仪器已略去)进行实验。实验表明，浓硝酸能将NO氧化为NO2，而稀硝酸不能。由此证明，浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。
可选试剂：浓硝酸，3 mol/L稀硝酸，蒸馏水，浓硫酸，NaOH溶液。
已知：NaOH溶液不与NO反应，但能与NO2反应。反应的化学方程式为2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。
[问题设计]
(1)实验时应避免将有害气体直接排放到空气中。装置③④⑥中盛放的试剂依次是什么？
提示：实验时应避免将有害气体直接排放到空气中。由装置图可知，装置⑥为尾气处理装置，故应在装置③中放3 mol/L的稀硝酸，装置⑤用于收集NO气体；装置④中盛放浓硝酸；装置⑥中盛放NaOH溶液，以吸收浓硝酸与NO反应产生的有害气体，防止大气污染。因此，装置③④⑥中盛放的试剂依次为3 mol/L稀硝酸、浓硝酸、NaOH溶液。
(2)滴加浓硝酸前要检验装置的气密性。在加入试剂并打开弹簧夹后，应进行的操作是什么？
提示：装置②中盛有水，其作用是将NO2转化为NO。由于NO易被空气中的氧气氧化，在加入试剂并打开弹簧夹后，应先排尽装置内的空气。
(3)该小组得出结论所依据的实验现象是什么？
提示：装置③中液面上方气体仍为无色，而装置④中液面上方气体由无色变为红棕色。由此可知，浓硝酸能够氧化NO，而稀硝酸不能氧化NO。
(1)硝酸与金属、非金属单质反应的规律
(2)金属与硝酸反应计算问题的思维模型
C
[例1] 将5.6 g Mg和Cu的混合物完全溶于足量的硝酸中，收集反应产生的气体X，再向所得溶液中加入过量的NaOH溶液，产生10.7 g沉淀。根据题意推断气体X的成分可能是 (　　)
A.0.15 mol NO2
B．0.2 mol NO
C．0.05 mol NO、0.15 mol NO2
D．0.05 mol NO、0.2 mol NO2
解答本题的思路如下：
(1)分析题中物质的变化过程：
(2)根据金属混合物和沉淀混合物的质量差推测n(OH－)；结合电荷守恒推测金属失电子总量；根据得失电子守恒，结合选项推测气体X可能的成分。
C
1．3.84 g Cu和一定量的浓硝酸反应，随着Cu和硝酸的不断减少，反应生成气体的颜色逐渐变浅。当Cu反应完毕时，共收集到NO2和NO共0.1 mol，则反应中消耗HNO3的物质的量为 (　　)
A．0.1 mol B．0.12 mol
C．0.22 mol D．2.0 mol
探究二 氮及其化合物的性质与相互转化
氮及其化合物的应用十分广泛，因此，含氮化合物的生成与转化成为了一个重要的研究方向。
任务1：实现从氨到其他含氮化合物的转化。
预期变化 设计思路 选取试剂 实验现象 得出结论
NH3→
NH3·H2O ______________________ ______________________ ______________________ ______________________
NH3→NH4Cl ______________________ ______________________ ______________________ ______________________
任务2：实现从氮气和其他含氮化合物到氨的转化。
预期变化 设计思路 选取试剂 实验现象 得出结论
N2→NH3 ______________________ ______________________ — ______________________
其他含氮化合物→NH3 ______________________ ______________________ ______________________ ______________________
[问题设计]
(1)任务1中，将NH3分别转化为NH3·H2O、NH4Cl，需要通过怎样的化学反应？请在表格中填写相关信息。
提示：
预期变化 设计思路 选取试剂 实验现象 得出结论
NH3→
NH3·H2O 利用喷泉实验原理 NH3、H2O、酚酞溶液 形成喷泉，烧瓶内液体变为红色 NH3极易溶于水，且NH3·H2O呈碱性
NH3→
NH4Cl 将分别蘸有浓氨水与浓盐酸的两根玻璃棒相互靠近 浓氨水、浓盐酸 产生大量白烟 NH3和HCl反应生成NH4Cl晶体
(2)任务2中，将N2及其他含氮化合物转化为NH3，需要通过怎样的化学反应？请在表格中填写相关信息。
提示：
预期变化 设计思路 选取试剂 实验现象 得出结论
N2→NH3 利用N2和H2化合生成NH3 N2和H2、
催化剂 — N2和H2在高温、高压、催化剂的作用下反应生成NH3
预期变化 设计思路 选取试剂 实验现象 得出结论
其他含氮化合物→NH3 铵盐受热分解生成NH3 碳酸氢铵晶体 固体逐渐消失，生成有刺激性气味的气体 部分铵盐受热分解，能产生NH3
(1)基于“价态类别”二维图认识氮及其化合物的性质与转化
从物质类别和元素化合价两个维度出发，利用“价态类别”二维图来总结并归纳氮及其重要化合物的性质与转化关系，是掌握本部分内容的重要方法。
(2)实现不同含氮物质之间转化的思路
[例2] 研究氮及其化合物的性质有助于改善人类的生存环境。氮元素的化合价与物质类别的关系如下图所示，已知NaNO3在高温条件下可转化为NaNO2。
C
下列说法正确的是 (　　)
A．d和HNO2均为强酸
B．a与O2在不同条件下反应的产物不同，可能为N2、b或NO2
C．豆科植物的根瘤菌可在温和条件下完成N2→a的转化，实现自然固氮
D．NaNO3的热稳定性比NaNO2、NH4Cl、d强
由图可知，a为NH3，b为NO, d为HNO3。HNO2为弱酸；氨与氧气反应不直接产生NO2；在没有人工干预的条件下，豆科植物的根瘤菌可在温和条件下实现N2→NH3(即a)的转化，该过程属于将大气中游离态氮转化为含氮化合物的自然固氮；已知NaNO3在高温条件下可转化为NaNO2，说明NaNO3的热稳定性弱于NaNO2。
B
2．自然界中氮的循环对生产、生活意义重大。依据下图中氮元素及其化合物的转化关系，判断下列说法不正确的是 (　　)
A.X是N2O5
B．图中包含了固氮过程
C．工业上以NH3、空气和水为原料生产硝酸
D．从反应原理看，NH3可与NO2反应实现NH3→N2的转化
C
1．环保意识是重要的公民意识。下列环境问题与氮氧化物无关的是 (　　)
A．酸雨 B．光化学烟雾
C．温室效应 D．臭氧层空洞
酸雨、光化学烟雾、臭氧层空洞均与氮氧化物有关；温室效应主要与二氧化碳或甲烷等气体有关。
B
2．下列试剂的保存方法不正确的是 (　　)
A．FeSO4溶液保存时加入少量铁粉
B．浓硝酸保存于无色试剂瓶中
C．碳酸氢铵保存于阴凉处
D．浓硫酸可密封保存于铁制容器中
亚铁离子容易被氧气氧化，FeSO4溶液中加入铁粉可防止其被氧化，方法正确；浓硝酸见光或受热易分解，应保存于棕色试剂瓶中；碳酸氢铵受热易分解，应保存于阴凉处；浓硫酸可使铁钝化，阻止反应进一步发生，因此可保存于铁制容器中。
C
D
4．设NA为阿伏加德罗常数的值。部分含氮物质的分类与相应化合价关系如图所示，下列说法错误的是 (　　)
A．b→a的过程为氮的固定
B．a与e反应生成一种盐
C．工业上可通过a→c→d→e的转化制备硝酸
D．标准状况下，3.36 L d与水完全反应转移的电子数为0.15NA
根据物质类别与氮元素化合价可判断，a是NH3，b是N2，c是NO，d是NO2或N2O4，e是HNO3。氮的固定是将游离态氮转化为含氮化合物，b→a(N2→NH3)属于固氮过程；NH3与HNO3反应生成NH4NO3；工业上通过NH3→NO→NO2→HNO3的路径制备硝酸；NO2与水反应的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，反应中每3 mol NO2参与反应，转移电子数为2 mol，标准状况下3.36 L NO2为0.15 mol，反应转移电子数为0.1NA。
5．在浓硝酸中放入铜片：
(1)开始反应的化学方程式为____________________________，该反应生成的气体溶于水发生反应的化学方程式为_______________________
_______________________。
(2)若铜有剩余，则反应将要结束时的化学方程式为_________________
_______________________________________________________。
(3)待反应停止后，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，发生反应的离子方程式是___________________________________
_____________________________________。
(4)若将12.8 g铜与一定量的浓硝酸反应，铜消耗完毕时共产生5.6 L(标准状况)气体。则所消耗的HNO3的物质的量为______，反应中表现氧化性的硝酸的物质的量为_______________________________________
_________________________________。

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