化工生产中的重要非金属元素第二节氮及其化合物

第五章化工生产中主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第1页第2页一、硝酸性质1.物理性质第3页2.化学性质(1)酸性:在水中电离方程式为_______________。(2)不稳定性:浓硝酸见光或受热会发生分解,化学方程式为___________________________________。HNO3====H++4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O第4页【微思索】依据浓硝酸性质分析浓硝酸应该怎样保留?提醒:浓硝酸见光或受热易分解,故浓硝酸应保留在棕色试剂瓶中,并放置在阴凉处。第5页

(3)强氧化性:①试验探究:实验装置

第6页稀硝酸浓硝酸实验现象反应迟缓,有少许气泡产生,__________,试管口有红棕色气体产生反应猛烈,有__________产生,__________,液面上有________气体产生实验结论铜与稀硝酸常温下迟缓反应生成___气体铜与浓硝酸常温下猛烈反应生成___气体溶液变蓝大量气泡溶液变蓝红棕色NONO2第7页【巧判断】(1)硝酸浓度越大,其氧化性越强。 (

)提醒:√。由铜与浓、稀硝酸反应猛烈程度可知,硝酸浓度越大氧化性越强。(2)铜与浓硝酸反应只能生成二氧化氮气体。 (

)提醒:×。铜与浓硝酸反应开始生成NO2气体,但随硝酸浓度减小,会生成NO气体。第8页(3)在铜与硝酸反应中硝酸只表现氧化性。 (

)提醒:×。铜与硝酸反应中有NO2(或NO)生成,又有硝酸铜生成,硝酸既表现氧化性又表现酸性。第9页②强氧化性表现:第10页写出以下相关反应化学方程式:a.与金属反应:稀硝酸与铜反应:_____________________________________。浓硝酸与铜反应:___________________________________。3Cu+8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2OCu+4HNO3(浓)====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O第11页b.与非金属反应:浓硝酸与红热C(被氧化为CO2)反应为___________________________________________。C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O第12页【情境·思索】某同学在试验室取出一瓶浓硝酸,发觉溶液显黄色,与教材中关于硝酸描述出现偏差。第13页(1)你能帮助该同学解释一下原因吗?提醒:浓硝酸不稳定,见光或受热会分解生成NO2,NO2溶于浓硝酸使溶液显黄色。第14页(2)你能帮助该同学去除硝酸黄色吗?提醒:向浓硝酸中通入氧气(或空气),发生反应4NO2+O2+2H2O====4HNO3,消除黄色。第15页【情境·思索】

《本草纲目拾遗》记载:(硝酸)西洋人所造,性最猛,能蚀五金。王怡堂先生云:其水至强,五金八石皆能穿滴,惟玻璃可盛。第16页上述描述表达了硝酸哪些性质呢?提醒:酸性。第17页3.硝酸用途与工业制法(1)用途:第18页(2)工业制法:①工业流程:第19页②写出相关化学方程式:N2→NH3:____________________。NH3→NO:_______________________。NO→NO2:______________。NO2→HNO3:____________________。N2+3H22NH34NH3+5O24NO+6H2O2NO+O2====2NO23NO2+H2O====2HNO3+NO第20页二、酸雨及防治1.SO2与NO2主要起源、危害和防治第21页第22页2.酸雨(1)概念:pH<____降水。正常雨水因为溶解了CO2,其pH约为5.6。(2)成因:主要是大气中___与___溶于水形成。5.6SO2NO2第23页(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、运输工具和电缆腐蚀。第24页知识点一硝酸强氧化性【重点释疑】1.规律(1)硝酸浓度越大,反应温度越高,其氧化性越强。(2)浓硝酸还原产物是NO2,稀硝酸还原产物是NO。(3)还原剂普通被氧化为最高价态。第25页2.表现(1)硝酸与金属反应①除Au、Pt等少数金属外,硝酸几乎能够氧化全部金属,如3Ag+4HNO3(稀)====3AgNO3+NO↑+2H2O;第26页②活泼金属与硝酸反应不生成H2,硝酸浓度不一样,还原产物不一样;第27页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↑+H2O;②实例:C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。第28页(3)硝酸与还原性化合物反应硝酸强氧化性还表现在能够氧化含有还原性化合物或离子,如HI、HBr、SO2、Fe2+、FeO、Br-、I-、S2-、

等均能被HNO3氧化。第29页【思索·讨论】

(1)少许Fe与足量稀硝酸反应,Fe被氧化为+2价还是+3价?过量Fe与稀硝酸反应呢?第30页提醒:硝酸氧化性较强,可将Fe氧化为Fe3+,故少许Fe与足量稀硝酸反应,Fe被氧化为+3价;因为Fe可与Fe3+生成Fe2+,故过量Fe与稀硝酸反应得到+2价铁。第31页(2)铜投入稀硫酸中不会溶解,再向溶液中投入KNO3固体,铜会不会溶解?为何?提醒:会溶解。由离子方程式8H++2+3Cu====3Cu2++2NO↑+4H2O可知,只要溶液中同时有H+和,铜就会发生反应而溶解。第32页【案例示范】

【典例】某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生气体主要是NO设计了试验方案。(1)甲同学设计如图试验(试验过程中活塞2为打开状态)。第33页①组装好装置检验气密性后,怎样加入稀硝酸?___________________________。

②怎样控制反应进行?怎样加紧反应速率?___________________________。

③怎样操作验证产生气体为NO?___________________________。

第34页(2)乙同学设计了如图所表示装置(加热装置和固定装置均已略去)。图中K为止水夹(处于关闭状态),F是二分之一空注射器。第35页①设计装置A目标是________________________。

②装置E和F作用是________________________。为实现此作用,操作是__________________________。

③装置D作用是__________________________。

第36页【解析】(1)①打开活塞1使左右大气相通,加入硝酸时,液面才能到达液面a处;②关闭或开启活塞1能控制U形管内产生气体压强,当关闭活塞1,左侧压强大时能使铜和稀硝酸分离从而停顿反应;加热可加紧反应速率;③一氧化氮是无色气体,假如证实反应产生气体是一氧化氮,需要将活塞1打开,将气体放入分液漏斗中,气第37页体在分液漏斗中变为红棕色,则证实反应所产生气体是一氧化氮。第38页(2)①装置中含有氧气,对NO检验有干扰,A产生CO2能够排除装置中空气;②将注射器F中空气推入E中,若气体变为红棕色则说明生成了NO;③氮氧化物是大气污染物,能够被氢氧化钠溶液吸收,干燥管能够预防倒吸。第39页答案:(1)①打开活塞1,加入稀硝酸至液面a处②经过关闭或开启活塞1能够控制反应进行;在装置左侧稍加热能够加紧稀硝酸与铜反应速率③反应开始后,胶塞下方有没有色气体生成,打开活塞1,漏斗中有红棕色气体,证实该气体为NO

第40页(2)①

产生CO2,赶走装置中空气,预防因NO与O2反应生成NO2而产生干扰②验证NO生成将注射器F中空气推入E中,若气体变为红棕色则说明生成了NO

③吸收多出氮氧化物,预防污染空气,预防倒吸第41页【迁移·应用】下述试验中都有红棕色气体产生,对比分析所得结论不正确是 世纪金榜导学号(

)

①②③第42页A.由①中红棕色气体,推断产生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说明浓硝酸含有挥发性,生成红棕色气体为还原产物D.③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第43页【解析】选D。A.①中碎玻璃不与浓硝酸反应,但仍有红棕色气体产生,说明浓硝酸受热分解产生了二氧化氮和氧气,A正确;B.经过A分析可知,浓硝酸受热能够分解产生二氧化氮和氧气,所以②中红棕色气体可能起源于硝酸分解,即不能表明②中木炭与浓硝酸发生反应,B正确;C.试验③中木炭没有与浓硝酸接触,浓硝酸没有第44页被加热,生成红棕色气体二氧化氮只能是挥发出硝酸蒸气与红热木炭反应或是挥发出硝酸受热分解,从生成二氧化氮看,都是起源于HNO3中+5价氮元素,所以红棕色气体是还原产物,C正确;D.因为空气中含有氧气,所以红热木炭可能与氧气反应产生了CO2,且③中木炭和浓硝酸并没有接触,所以不能说明木炭一定与浓硝酸发生了反应,D错误。第45页【赔偿训练】

(·浏阳高一检测)以下反应中硝酸既能表现出酸性又表现出氧化性是 (

)A.使石蕊试液变红B.与铜反应放出NO气体,生成Cu(NO3)2C.与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3D.与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2第46页

【解析】选B。在上述反应A、C项中HNO3均表现出酸性。在B、D项中HNO3中氮元素化合价均降低,表现出氧化性,而且在B项中又有Cu(NO3)2和水生成,说明此反应中HNO3还表现出酸性。第47页【素养提升】某同学经过查阅资料了解到:硝酸铜[Cu(NO3)2]无水物和水合物都是蓝色晶体,但性质有很大不一样。亮蓝色无水硝酸铜是易挥发固体,在真空中升华。第48页请思索由铜粉制备硝酸铜有哪些路径?并评价哪种路径更优?第49页提醒:路径一:3Cu+8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。路径二:Cu+4HNO3(浓)====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。路径三:2Cu+O22CuO,CuO+2HNO3====Cu(NO3)2+H2O。路径三更优。原因是制备等量Cu(NO3)2消耗硝酸最少且无污染性气体产生。第50页知识点二硝酸与金属反应相关计算【重点释疑】1.硝酸与金属反应规律硝酸与金属单质反应时一部分被还原,一部分生成硝酸盐,故硝酸既表现了酸性又表现了氧化性,但硝酸与金属反应普通不生成H2。第51页(1)硝酸与铜反应:在反应中硝酸作用可用如图表示:第52页能够看出,随HNO3浓度降低,还原产物会由NO2变为NO。①由氮原子守恒可知,不论是NO2还是NO,被还原硝酸与被还原生成气体物质量总是相等;②未被还原

与Cu2+组成Cu(NO3)2,

物质量为Cu2+物质量2倍;第53页③利用电子守恒、原子守恒,便可顺利求解参加反应Cu、HNO3以及产物NO2、NO之间量关系。第54页(2)稀硝酸与铁反应:Fe+4HNO3(稀)====Fe(NO3)3+NO↑+2H2O①3Fe(过量)+8HNO3(稀)====3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O②反应物量与生成物关系如图所表示:第55页上述反应首先发生反应①,若Fe剩下再发生反应③Fe+2Fe(NO3)3====3Fe(NO3)2,合并①③即可得反应②。所以,不论反应①还是反应②,被还原HNO3皆占参加反应HNO3

。第56页2.金属与硝酸反应惯用计算方法(1)原子守恒法:HNO3与金属反应时,反应消耗HNO3中氮原子物质量等于显酸性HNO3(以硝酸盐

形式存在于溶液中)物质量与显氧化性HNO3(以NOx形式存在)物质量之和。第57页(2)电子守恒法:HNO3中氮原子得电子物质量等于金属失电子物质量。(3)电荷守恒:HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH-)有:c(

)=c(H+)+n×c(Mn+)(Mn+代表金属离子)。第58页【思索·讨论】

(1)铜与足量稀硝酸反应时,表现酸性HNO3与作氧化剂HNO3物质量之比是多少?第59页提醒:Cu与稀硝酸反应:3Cu+8HNO3====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。当有8molHNO3参加反应时,有2molHNO3表现氧化性,6molHNO3表现酸性,故表现酸性HNO3与作氧化剂HNO3物质量之比为3∶1。第60页(2)mgCu与足量一定浓度硝酸充分反应,生成VLNO、NO2混合气体(标准情况下),则参加反应HNO3物质量是多少?第61页提醒:被还原硝酸不论生成NO还是NO2,都有氮原子与被还原HNO3物质量相等;未被还原(起酸性作用)硝酸等于Cu(NO3)2物质量2倍,故参加反应硝酸物质量为()mol。第62页【案例示范】

【典例】(·三明高一检测)在标准情况下将1.92g铜粉投入一定量浓硝酸中,伴随铜粉溶解,反应生成气体颜色逐步变浅,当铜粉完全溶解后共搜集到由NO2和NO组成混合气体1.12L,则混合气体中NO体积为 (

)A.112mL

B.1008mL

C.224mL

D.448mL第63页【思维建模】解答相关金属与硝酸反应问题思维流程以下:第64页【解析】选A。混合气体总物质量为1.12L÷22.4L·mol-1=0.05mol,1.92g铜粉物质量为0.03mol。设NO物质量为n1mol,则NO2物质量为(0.05-n1)mol,依据得失电子守恒得3n1+(0.05-n1)×1=0.03×2,解得n1=0.005,V(NO)=0.005mol×22.4L·mol-1=0.112L=112mL。第65页

【母题追问】(1)上题参加反应硝酸物质量是多少?提醒:0.11mol。由氮原子守恒知参加反应硝酸物质量n(HNO3)=2n[Cu(NO3)2]+n(NOx)=2n(Cu)+n(NOx)=0.03mol×2+0.05mol=0.11mol。第66页(2)上题反应中起酸性作用与作氧化剂硝酸物质量之比是多少?提醒:6∶5。起酸性作用与作氧化剂硝酸物质量之比=2n[Cu(NO3)2]∶n(NOx)=(0.03×2)mol∶0.05mol=6∶5。第67页【规律方法】解答相关金属与硝酸反应思维流程第68页【迁移·应用】

(·汉中高一检测)9.7gCu和Zn合金与足量稀硝酸反应,还原产物只有NO气体,其体积在标准情况下为2.24L。将溶液稀释为1L,测得溶液c(H+)=0.1mol·L-1,此时溶液中

浓度为 世纪金榜导学号(

)第69页A.0.3mol·L-1 B.0.4mol·L-1C.0.2mol·L-1 D.0.6mol·L-1第70页【解析】选B。n(NO)=0.1mol,转移电子物质量为0.1mol×3=0.3mol,n(Cu)+n(Zn)=0.3mol÷2=0.15mol,n[Cu(NO3)2]+n[Zn(NO3)2]=0.15mol,其中所含n()=0.3mol,溶液中c(HNO3)=c(H+)=0.1mol·L-1,其中含n()=0.1mol,溶液中总浓度为0.4mol·L-1。第71页【赔偿训练】1.锌与很稀硝酸反应生成硝酸锌、硝酸铵和水