新教材2023版高中化学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第3课时硝酸酸雨及防治学案新人教版必修第二册

第3课时硝酸酸雨及防治核心微网络新课程标准1.了解硝酸的性质、认识硝酸在工业和农业生产中的重要应用；2.认识硫、氮的化合物对生态环境的影响。了解酸雨及防治。素养新要求1.能从氮元素化合价角度认识硝酸的强氧化性；2.通过硝酸与铜反应的实验探究、实验现象并分析、解释产生的原因；3.认识环保的重要性，具有可持续发展意识。学业基础——自学·思记·尝试一、硝酸1.物理性质纯硝酸为色、有气味的液体，沸点，挥发，在空气中呈“白雾”状，质量分数95%以上的浓硝酸称为“硝酸”。2.化学性质（1）强酸性硝酸是具有的一元强酸，在水中的电离方程式为，具有酸的通性，但硝酸与金属反应一般H2。（2）不稳定性①化学方程式：。②实验室中浓硝酸显黄色是浓硝酸分解生成的又溶于硝酸所致。一般将其保存在试剂瓶中，并放置在处。（3）强氧化性——【实验5－8】实验物质稀硝酸浓硝酸实验现象试管内开始产生少量色气体，反应逐渐加快，气体在试管口变为色，溶液逐渐变，铜丝逐渐变试管内产生大量色气体，溶液逐渐变，铜丝逐渐变实验结论常温下，稀硝酸与铜缓慢反应生成常温下，浓硝酸与铜迅速剧烈反应生成硝酸浓度不同，与金属反应的产物也不同：①浓硝酸与Cu反应的化学方程式为：________________________________________________________________________________________________________________________________________________；②稀硝酸与Cu反应的化学方程式为：________________________________________________________________________________________________________________________________________________；常温下，浓硝酸使钝化。除金、铂外几乎能氧化所有的金属。3.硝酸的工业制法写出每一步反应的化学方程式，并指出含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应。①________________________________________________________________________②________________________________________________________________________③________________________________________________________________________④________________________________________________________________________4.应用硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造化肥、农药、炸药、染料和硝酸盐等，在实验室里是一种重要的化学试剂。【学而思】1.探索硝酸的氧化性（1）写出下列硝酸与金属反应的离子方程式。①铜和浓硝酸反应：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②铜和稀硝酸反应：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。③少量铁与稀硝酸反应：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。④过量铁与稀硝酸反应：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。（2）浓硝酸可以氧化非金属单质，如加热条件下可将C氧化为CO2，同时生成红棕色气体，写出该反应的化学方程式。体现浓硝酸的什么性质？2.质疑：浓硝酸、稀硝酸与Cu的反应产物分别为NO2、NO，反应中，稀硝酸中氮元素的化合价降低较多，说明稀硝酸的氧化性比浓硝酸强，对吗？3.思考：稀硝酸可以将铁氧化成亚铁离子吗？为什么足量的铁粉与稀硝酸反应生成Fe（NO3）2呢？状元随笔1.硝酸的“五性”（1）挥发性；（2）刺激性；（3）腐蚀性；（4）不稳定性；（5）强氧化性。2.金属单质与硝酸发生反应时，硝酸既表现出强氧化性又表现出酸性；非金属单质与硝酸发生反应时，硝酸只表现出强氧化性。二、二氧化硫和二氧化氮对大气的污染1.酸雨2.SO2和NO2的主要来源、危害和防治【学而思】1.思考：汽车燃油中不含氮元素，汽车尾气中的氮氧化物从何而来？2.质疑：燃煤脱硫技术中，向燃煤中加入生石灰，若改为加入石灰石是否可行？[即学即练]1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。（1）过量的铜与浓硝酸反应有NO生成。（）（2）浓、稀硫酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色。（）（3）稀硝酸与锌反应可放出氢气。（）（4）常温下铁与浓硝酸反应，产生大量红棕色气体。（）（5）在常温下，浓硫酸和浓硝酸与Fe和Al发生“钝化”，说明常温下浓H2SO4和浓HNO3与Fe和Al都不反应。（）（6）酸雨主要是由NO、NO2污染物造成的。（）2.[2022·西安高一检测]我国清代《本草纲目拾遗》中记叙无机药物335种，其中“强水”条目下写道：“性最烈，能蚀五金……其水甚强，五金八石皆能穿第，惟玻璃可盛。”这里的“强水”是指（）A．氨水B．硝酸C．醋D．卤水3.将浓硝酸滴在石蕊试纸上，产生的现象是（）A．变红色B．先变红，后变黑C．变蓝色D．先变红，后褪色4.关于硝酸的说法中正确的是（）A．Cu可以溶解在稀硝酸中并生成H2B．浓硝酸不能与非金属单质反应C．硝酸与金属反应时，主要是＋5价的氮元素得电子D．常温下，向浓硝酸中投入铁片，会产生大量的红棕色气体5.某实验过程如图所示：则③试管中的现象是（）A．无明显现象，因稀硫酸不与铜反应B．铜片溶解，产生无色气体，该气体遇到空气不变色C．铜片溶解，放出红棕色有刺激性气味的气体D．铜片溶解，产生无色气体，该气体在试管口变为红棕色6.大气污染是环境污染的一个重要方面，常见的大气污染可分为一次污染和二次污染，二次污染是排入环境中的一次污染物在物理化学因素或生物作用下发生变化，或与其他物质发生反应，生成新的污染物。有下列物质：①SO2，②NO，③NO2，④CO2，其中不易导致二次污染的是（）A．①②③④B．①③C．②④D．④核心素养——合作·探究·分享目标1硝酸的强氧化性例1.下列关于硝酸的说法中正确的是（）A．稀硝酸能与Fe发生反应，浓硝酸不能B．浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂C．稀硝酸是弱酸，浓硝酸是强酸D．稀硝酸与Cu反应生成NO，而浓硝酸与Cu反应生成NO2，稀硝酸得电子更多，故稀硝酸的氧化性大于浓硝酸状元随笔比较浓硝酸、稀硝酸氧化性的强弱，不是看它们的还原产物中氮元素的价态，而是看与同种还原剂反应时的剧烈程度（或反应的难易程度），如铜与浓硝酸反应比与稀硝酸反应剧烈，则氧化性：浓硝酸>稀硝酸。[提升1]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与浓HNO3或浓H2SO4发生钝化CAl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具有酸性状元随笔“钝化”的理解（1）在常温下，铁、铝被浓硝酸或浓硫酸氧化，在表面上生成了致密的氧化膜，阻止了化学反应的进行，这种现象叫做“钝化”。（2）“钝化”既是化学反应的结果，也是化学反应的终止。关键能力硝酸的强氧化性HNO3中的＋5价氮元素具有很强的得电子能力。硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强。（1）硝酸与金属的反应①除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属，如3Ag＋4HNO3（稀）=3AgNO3＋NO↑＋2H2O②活泼金属与HNO3反应不生成H2，HNO3的浓度不同，还原产物不同。③常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化（加热时反应）。（2）硝酸与非金属的反应①反应规律：非金属单质＋浓硝酸→最高价氧化物或其含氧酸＋NO2↑＋H2O②举例：C＋4HNO3（浓）eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O（3）硝酸与还原性化合物的反应硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如HI、HBr、SO2、Fe2＋、FeO、Br－、I－、S2－、SO32-等均能被状元随笔含NO3在中性或碱性的稀溶液中NO3-不表现氧化性，但当水溶液中有大量H＋存在时，NO3-表现出强氧化性，如存在H＋、NO3-的溶液中不能大量存在Fe2＋、S2－、I－、目标2金属与氧化性酸反应的计算例2.将6.4g铜加入50mLamol·L－1的硝酸溶液中，铜全部溶解，得到NO2和NO的混合气体。将反应后溶液稀释至100mL，测得NO3-的浓度为3mol·L－（1）混合气体中NO2和NO的总物质的量为（用含a的式子表示）。（2）稀释后的溶液中H＋的物质的量浓度为mol·L－1。[提升2]38.4mg铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到气体22.4mL（标准状况），反应消耗的HNO3的物质的量可能是（）A．1.0×10－3molB．1.6×10－3molC．2.2×10－3molD．2.4×10－3mol状元随笔足量金属与一定量浓硝酸反应时，随着硝酸浓度的降低，产物也发生变化。例如Cu与浓HNO3反应，若Cu过量，开始时HNO3的还原产物为NO2，随着反应的进行，浓HNO3变稀，HNO3的还原产物为NO，最终得到NO2和NO的混合气体。关键能力硝酸与金属反应的计算规律状元随笔当只有一种金属与硝酸反应时，起酸性作用的HNO3的物质的量是金属离子的物质的量和金属离子所带电荷数的乘积，也等于反应中转移电子的物质的量，可表示为n（HNO3）酸性＝x·n（Mx＋）＝n（转移电子）。目标3常见大气污染的类型例3.研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关（如下图所示）。下列叙述错误的是（）A．雾和霾的分散剂相同B．雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵C．NH3是形成无机颗粒物的催化剂D．雾霾的形成与过度施用氮肥有关状元随笔含氮物质的三个重要转化关系（1）NH3→HNO3根据氮元素质量守恒，得：NH3～HNO3（2）NO→HNO3根据NO零排放原则，得：4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3（3）NO2→HNO3根据NO2零排放原则，得：4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3[提升3]下图所示是酸雨的形成示意图。根据图示回答下列问题。（1）下列气体容易形成酸雨的是。A．CO2B．SO2C．N2D．NO2（2）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/h01234雨水的pH4.734.634.564.554.55分析数据，回答下列问题：①雨水样品的pH变化的原因是（用化学方程式表示）。②如果将刚取样的上述雨水和自来水相混合，pH将变，原因是（用化学方程式表示）。（3）下列措施中，可减少酸雨产生的途径的是（填字母）。①少用煤作燃料②把工厂烟囱造高③燃料脱硫④在已酸化的土壤中加石灰⑤开发新能源A．①②③B．②③④⑤C．①③⑤D．①③④⑤状元随笔SO2和NOx污染的防治方法——SO2和NOx的吸收（1）NaOH溶液吸收SO2＋2NaOH=Na2SO3＋H2ONO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O（2）氨气吸收2NH3＋H2O＋SO2=（NH4）2SO38NH3＋6NO2eq\o(=,\s\up7(一定条件))7N2＋12H2O4NH3＋6NOeq\o(=,\s\up7(一定条件))5N2＋6H2O关键能力常见的环境大气类型类型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和氮氧化物的排放使土壤酸化，腐蚀建筑物等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状元随笔NO在臭氧空洞形成过程中的作用：NO在破坏臭氧层的过程中可发生如下反应：NO＋O3→NO2＋O2NO2＋O→NO＋O2总反应方程式为O3＋O=2O2，从整个反应来看NO作催化剂。学考评价——夯实·测控·演练1.空气是人类生存所必需的重要资源。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持。下列措施不利于“蓝天工程”建设的是（）A．推广使用燃煤脱硫技术，防止SO2污染B．实施绿化工程，防治可吸入颗粒物污染C．研制开发燃料电池汽车，消除机动车尾气污染D．加大石油、煤的开采速度，增加化石燃料的供应量2.下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是（）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3.某学习小组为研究铜与浓、稀HNO3反应的差异，设计了如图所示的实验装置。下列说法不正确的是（）A．反应开始前通入过量的CO2气体，目的是排出装置内的空气B．A装置中反应的离子方程式为Cu＋2NO3-＋4H＋=Cu2＋＋2NO2↑＋2HC．当B装置中0.03mol铜粉被氧化时，B中产生的NO气体大于0.02molD．C装置中装入一定量的水进行尾气处理4.下列因果关系不正确的是（）选项原因结果A植树造林温室效应BSO2和NO2大量排放酸雨C汽车尾气的排放光化学烟雾D含氮、磷等元素的生活废水的大量排放赤潮5.[2022·深圳高一检测]硝酸是一种常见化学品。某同学在实验室中进行硝酸性质探究时，下列说法和表示方法不正确的是（）A．浓硝酸需要避光保存，原因：4HNO3eq\o(=,\s\up7(光照))4NO2↑＋O2↑＋2H2OB．少量铜片加入浓硝酸中：Cu＋2NO3-＋4H＋=Cu2＋＋2NO2↑＋2HC．炽热的木炭置入浓硝酸中：3C＋4HNO3eq\o(=,\s\up7(△))3CO2↑＋4NO↑＋2H2OD．将打开瓶塞的浓硝酸与浓氨水靠近，有白烟产生：NH3＋HNO3=NH4NO36.铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO、N2O4、NO2的混合气体，这些气体与5.6LO2（标准状况）混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸，则消耗铜的质量为（）A．16gB．32gC．64gD．无法计算7.氮氧化物进入大气后，不仅会形成硝酸型酸雨，还可能形成光化学烟雾，因此必须对含有氮氧化物的废气进行处理。（1）用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O①，2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O②，在反应①中，氧化剂是，还原剂是。在反应②中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为。（2）汽车尾气中含有CO和NO，消除这两种物质对大气的污染的方法是安装催化转化器，使它们发生反应生成对大气无污染的气体，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。练后感悟酸雨及其防治1.正常雨水pH≈5.6，酸雨pH＜5.6。2.酸雨可分为H2SO4型和HNO3型。H2SO4型酸雨是空气中的含硫氧化物经过一系列化学反应生成H2SO4所致，HNO3型酸雨是空气中的氮氧化物经过一系列化学反应生成HNO3所致。3.空气中含硫氧化物的主要来源是煤、石油燃烧时排放的气体，某些金属矿物冶炼时排放的气体等。4.空气中氮氧化物的主要来源是汽车尾气、工业生产HNO3排放的气体等。5.解决酸雨问题的根本措施是将可能排放的含硫氧化物、氮氧化物进行回收利用或无害化处理。第3课时硝酸酸雨及防治学业基础一、1．无刺激性低易发烟2．(1)挥发性HNO3=H＋＋NO3(2)4HNO3eq\o(=,\s\up14(△),\s\do13(或光照))2H2O＋4NO2↑＋O2↑NO2棕色阴凉(3)无红棕蓝细红棕绿细NONO2①Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O②3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O铁、铝3．①N2＋3H2eq\o(,\s\up14(高温、高压),\s\do13(催化剂))2NH3，还原反应②4NH3＋5O2eq\o(=,\s\up14(催化剂),\s\do13(△))4NO＋6H2O，氧化反应③2NO＋O2=2NO2，氧化反应④3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，氧化反应和还原反应【学而思】1．(1)①Cu＋4H＋＋2NO3-=Cu2＋＋2NO2↑＋2H②3Cu＋8H＋＋2NO3-=3Cu2＋＋2NO↑＋4H③Fe＋4H＋＋NO3-=Fe3＋＋NO↑＋2H④3Fe＋8H＋＋2NO3-=3Fe2＋＋2NO↑＋4H(2)提示：C＋4HNO3(浓)eq\o(=,\s\up14(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O，浓硝酸体现强氧化性。2．提示：不对，浓硝酸的氧化性比稀硝酸的强，与Cu反应时浓硝酸反应更剧烈。3．提示：不可以，稀硝酸可以将铁氧化成Fe3＋，足量的铁粉与稀硝酸反应生成的Fe2＋是Fe3＋与Fe反应的结果，具体发生的反应为Fe＋4H＋＋NO3-=Fe3＋＋NO↑＋2H2O、2Fe3＋＋Fe=3Fe2二、1．<5.6SO2NO2SO2＋H2O⇌H2SO3，2H2SO3＋O2=2H2SO43NO2＋H2O=2HNO3＋NO2．煤、石油汽车尾气酸雨【学而思】1．提示：空气中的氮气和氧气在发动机高温条件下化合生成NO，进而被氧气氧化生成NO2。2．提示：可行，高温条件下CaCO3分解生成CaO，可吸收SO2。[即学即练]1．答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×2．解析：根据所给四种物质的氧化性的强弱可判断，硝酸具有强氧化性，可溶解大部分金属，“强水”为硝酸。答案：B3．答案：D4．答案：C5．解析：稀硝酸与金属铜反应的实质是3Cu＋8H＋＋2NO3-=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。在①中，反应完全后溶液中含有NO3-；而在③中，当继续滴入稀硫酸后，新加入的H＋和原溶液中的NO3答案：D6．答案：D核心素养[例1]解析：A项，常温下，铁遇浓硝酸“钝化”；加热条件下，浓硝酸也能与Fe发生反应；B项，浓、稀硝酸均具有强氧化性；C项，硝酸属于强酸，与浓度大小无关；D项，硝酸的氧化性强弱与其浓度大小有关，浓硝酸的氧化性大于稀硝酸的氧化性，这与HNO3和Cu反应中HNO3得电子数目多少无关。答案：B[提升1]解析：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，A错误；常温下，Fe、Al在浓HNO3或浓H2SO4中发生钝化，生成致密的氧化膜阻止了反应进行，B正确；Al箔能与稀HNO3反应放出气体，C错误；浓硝酸具有氧化性，能使蓝色石蕊试纸先变红后褪色，D错误。答案：B[例2]解析：因为得到NO2和NO混合气体，说明原硝酸溶液为浓HNO3。发生的反应有Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O和3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。由n(Cu)＝eq\f(6.4g,64g·mol－1)＝0.1mol和反应后溶液中含有n(NO3-)＝0.1L×3mol·L－1＝0.3mol。(1)由N原子守恒得n(NO2)＋n(NO)＝n(HNO3)总－n(NO3-)余＝(0.05a－(2)因为与Cu2＋结合的n(NO3-)＝2n(Cu2＋)＝2×0.1mol＝0.2mol，故溶液中与H＋结合的n(NO3-)＝0.3mol－0.2mol＝0.1mol，则c(H＋)＝eq\f(0.1mol,0.1L)＝1.0mol·L－1答案：(1)(0.05a－0.3)mol(2)1.0[提升2]解析：根据氮原子守恒求解如下：n(Cu)＝n[Cu(NO3)2]＝eq\f(38.4×10－3g,64g·mol－1)＝6×10－4moln(NO、NO2)＝eq\f(22.4mL,22400mL·mol－1)＝1×10－3mol则反应消耗的HNO3为2×6×10－4mol＋1×10－3mol＝2.2×10－3mol，C项正确。答案：C[例3]解析：A对，雾和霾都属于胶体，其分散剂均为空气。B对，由图可知，HNO3、H2SO4与NH3反应分别生成NH4NO3、(NH4)2SO4，分散到空气中，形成雾霾。C错，由图可知，NH3参与化学反应生成铵盐，是反应物，不是催化剂。D对，过度施用氮肥，会使空气中NH3含量增大，并参与形成铵盐，从而形成雾霾。答案：C[提升3]解析：(1)SO2、NO2易形成酸雨。(2)①酸雨放置时pH变小，其原因是雨水中的H2SO3被空气中氧气氧化所致：SO2＋H2O⇌H2SO3，2H2SO3＋O2=2H2SO4。②雨水和自来水混合，应考虑H2SO3与Cl2(或HClO)的反应：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。(3)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)，都是有效措施。因此①③⑤正确。答案：(1)BD(2)①SO2＋H2O⇌H2SO3，2H2SO3＋O2=2H2SO4②小Cl2＋2H2O＋SO2=H2SO4＋2HCl(或H2SO3＋HClO=H2SO4＋HCl)(3)C学考评价1．解析：石油、煤等化石燃料燃烧时会产生SO2等大气污染物，不符合“蓝天工程”的要求。答案：D2．解析：加热条件下，浓硝酸分解：4HNO3eq\o(=,\s\up14(△))4NO2↑＋O2↑＋2H2O，生成二氧化氮和氧气，则产生的气体一定是混合气体，故A正确；碳与浓硝酸反应的化学方程式为C＋4HNO3