2025版高一化学必修第二册（含不定项选择）第五章 第二节 第3课时 硝酸 酸雨及其防治

第3课时硝酸酸雨及其防治课标定向目标定位1.结合真实情境并通过实验探究,了解硝酸的主要性质,认识硝酸在工业和农业生产中的重要应用。(科学探究与创新意识)2.结合真实情境,认识硫、氮的化合物对生态环境的影响,了解酸雨及防治。(科学态度与社会责任)厘清重点硝酸的不稳定性和强氧化性突破难点硝酸的强氧化性原理及应用学习任务一:硝酸必备知识·导学[引入]二战期间,诺贝尔物理学奖得主马克思·冯劳厄、詹姆斯·弗兰克分别将自己的奖章存放在丹麦哥本哈根的理论物理研究所,以防被纳粹所得。然而,1940年德国入侵丹麦,眼看奖章不保,当时在该研究所工作的德海韦西把奖章溶解在王水中,以此躲避过了搜查。1.硝酸的物理性质2.硝酸的化学性质(1)不稳定性化学方程式:4HNO3(浓)2H2O+4NO2↑+O2↑。[思考]久置的浓硝酸为何呈黄色?提示:硝酸分解生成的NO2溶于硝酸中。[应用]实验室常将浓硝酸保存在棕色细口试剂瓶中,并放在阴凉处,不能用橡胶塞。(2)酸性(3)强氧化性浓、稀硝酸均具有强氧化性,其中N元素化合价为+5。①与铜反应实验装置溶液稀硝酸浓硝酸实验现象反应缓慢,有少量气泡产生,溶液变蓝,试管口有红棕色气体产生,铜丝逐渐变细反应剧烈,产生大量红棕色气体,溶液变蓝,铜丝逐渐变细化学方程式3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2OCu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O实验结论浓HNO3与金属铜反应生成NO2,稀HNO3与金属铜反应生成NO,浓HNO3的氧化性更强[注意]a.硝酸浓度越大,氧化性越强。b.除Au、Pt等少数金属外,硝酸几乎可以氧化所有的金属。c.浓硝酸和浓盐酸按1∶3的体积比配制成的混合溶液叫“王水”。不溶于硝酸的Au、Pt,可以溶解在王水中。②与铁、铝反应常温下,铁、铝的表面被浓HNO3或浓H2SO4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。[注意]当加热时,铁、铝会与浓HNO3或浓H2SO4发生反应。[结论]常温下可以用铁或铝制容器来盛装浓HNO3或浓H2SO4。[思考]试着写出少量/过量Fe粉分别与稀硝酸反应的化学方程式。提示:Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O(Fe少量)3Fe+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O(Fe过量)。3.硝酸的用途与工业制法(1)用途(2)工业制法写出有关化学方程式:N2→NH3:N2+3H22NH3。NH3→NO:4NH3+5O24NO+6H2O。NO→NO2:2NO+O2===2NO2。NO2→HNO3:3NO2+H2O===2HNO3+NO。判对错·通教材判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)浓硝酸在光照下久置,会变黄。 (√)提示:浓硝酸光照分解生成的二氧化氮溶于硝酸使溶液呈黄色。(2)将铁屑放入稀HNO3中,证明Fe比H2活泼。 (×)提示:铁屑放入稀HNO3中不产生H2,而是产生NO。(3)不用浓硝酸与铜反应来制取硝酸铜,说明浓硝酸具有挥发性。 (×)提示:不用浓硝酸与铜反应来制取硝酸铜,原因是铜与浓硝酸反应除了生成硝酸铜,还生成了对大气有污染的二氧化氮。(4)浓HNO3和稀HNO3与Cu反应的还原产物分别为NO2和NO,故稀HNO3氧化性更强。 (×)提示:相同条件下根据铜与浓硝酸、稀硝酸反应的剧烈程度可知,浓硝酸的氧化性大于稀硝酸的氧化性。(5)过量的铜与浓硝酸反应,产物中一定有NO。 (√)提示:铜与浓硝酸反应生成NO2,由于铜过量,硝酸浓度变稀时反应生成NO,则产物中一定有NO。(6)浓盐酸与浓硝酸按体积比1∶3组成王水。 (×)提示:浓盐酸与浓硝酸按体积比3∶1组成王水。核心要点·归纳硝酸的化学性质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↑+2H2O;(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;(3)常温下浓硝酸能使Fe、Al表面生成致密的氧化物薄膜,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↑+H2O;(2)实例:C+4HNO3(浓)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微点拨·拓教材金属与硝酸反应的思维模型学力诊断·测评1.中国化学家侯德榜领导建成了中国第一座兼产合成氨、硝酸、硫酸和硫酸铵的联合企业——永利碱厂。下列对于硝酸的认识不正确的是 ()A.浓硝酸在见光或受热时会发生分解B.金属与硝酸反应不产生氢气C.可用铁制品或铝制品盛装冷的浓硝酸D.铜与硝酸的反应属于置换反应【解析】选D。浓硝酸在见光或受热时会发生分解反应生成氧气、二氧化氮和水,A项正确;硝酸是氧化性酸,金属与硝酸反应不产生氢气,B项正确;常温下铁和铝在浓硝酸中形成致密的氧化物薄膜,因此可用铁制品或铝制品盛装冷的浓硝酸,C项正确;铜与硝酸反应生成硝酸铜、氮的氧化物和水,不属于置换反应,D项错误。2.向两支分别盛有浅绿色的Fe(NO3)2和FeSO4溶液的试管中分别逐滴加入稀盐酸时,溶液的颜色变化应该是 ()A.前者基本没有改变,后者变棕黄色B.前者变棕黄色,后者也变棕黄色C.前者变棕黄色,后者基本没有改变D.前者、后者都基本没有改变【解析】选C。Fe2+和NO3-、SO42-在溶液中可以大量共存,但加入盐酸后,NO3-在酸性条件下表现出强氧化性,把Fe2+氧化成Fe3+,溶液由浅绿色变成棕黄色。SO43.1.92g铜投入一定量浓HNO3中,铜完全溶解,生成气体颜色越来越浅,共收集到672mL气体(标准状况)。将盛有此气体的容器倒扣在水中,通入标准状况下一定体积的O2,恰好使气体完全溶于水中,则通入O2的体积为 ()A.672mL B.168mLC.504mL D.336mL【解析】选D。根据在反应过程中铜失去电子变为铜离子,而硝酸先被还原为二氧化氮,随着反应进行浓硝酸变稀,硝酸被还原为一氧化氮,再通入氧气后将氮的氧化物氧化为硝酸。整个过程中发现硝酸没有发生变化,实质反应是铜和氧气间的反应。根据电子守恒得n(Cu)×2=n(O2)×4,解得n(O2)=0.015mol,标准状况下V=n×Vm=0.015mol×22.4L·mol-1=0.336L=336mL。[方法导引]电子守恒又叫化合价的升降守恒,根据整体过程中化合价升高总数等于化合价降低总数进行列式。【补偿训练】下列事实不能说明浓硝酸氧化性比稀硝酸强的是 ()A.浓硝酸遇石蕊试液先变红后褪色,稀硝酸遇石蕊试液只变红不褪色B.浓硝酸能与NO反应生成NO2,而稀硝酸不能与NO反应C.浓硝酸在加热条件下可与碳单质反应,而稀硝酸则不能D.足量的铜还原1mol浓硝酸和1mol稀硝酸转移电子数分别为NA和3NA【解析】选D。浓硝酸使石蕊试液变红,然后利用浓硝酸的强氧化性将有色物质氧化,使溶液褪色,而稀硝酸只能使石蕊试液变红不能褪色,能够说明浓硝酸的氧化性强于稀硝酸,A不符合题意;浓硝酸能将NO氧化成NO2,体现浓硝酸的强氧化性,而稀硝酸不能将NO氧化成NO2,从而说明浓硝酸的氧化性强于稀硝酸,B不符合题意;浓硝酸在加热条件下能与碳单质反应,而稀硝酸则不与碳单质发生反应,从而推出浓硝酸的氧化性强于稀硝酸,C不符合题意;不能从转移电子多少判断氧化性的强弱,D符合题意。学习任务二:酸雨及防治必备知识·导学1.酸雨及酸雨的形成2.酸雨的分类(1)硫酸型酸雨的形成过程如图所示:写出图中标号所对应的化学方程式:①2SO2+O22SO3。②SO2+H2OH2SO3。③SO3+H2O===H2SO4。④2H2SO3+O2===2H2SO4。(2)硝酸型酸雨的形成过程如图所示:写出图中标号所对应的化学方程式:①2NO+O2===2NO2。②3NO2+H2O===2HNO3+NO。3.酸雨的危害[思考]汽车尾气中的CO和NOx会造成空气污染并形成酸雨,在汽车排气管中加装催化转化器可以把两种气体转化为对环境没有污染的气体,写出反应的化学方程式。提示:2xCO+2NOx2xCO2+N2。判对错·通教材判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)氮氧化物会破坏臭氧层,也能形成酸雨。 (√)提示:氮氧化物NOx(主要指NO和NO2)会形成酸雨、光化学烟雾,破坏臭氧层,是大气主要污染物之一。(2)化石燃料燃烧产生大量CO2,是形成酸雨的主要原因。 (×)提示:CO2的排放不会形成酸雨。(3)大量燃烧化石燃料排放的废气中含SO2,从而使雨水的pH<5.6形成酸雨。 (√)提示:大量燃烧化石燃料排放的废气中含SO2,与空气中氧气、水反应生成硫酸,从而使雨水的pH<5.6形成酸雨。(4)酸雨的成分都是相同的。 (×)提示:酸雨分为硫酸型酸雨和硝酸型酸雨,其成分不同。(5)燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施。 (√)提示:燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和氮氧化物的催化转化都可以减少SO2、氮氧化物的排放,可以减少酸雨的产生。核心要点·归纳酸雨的形成与判断酸雨是指pH小于5.6的雨水,主要是氮氧化物或二氧化硫溶于水最终形成硝酸或硫酸造成的。二氧化碳饱和溶液的pH约等于5.6,所以二氧化碳溶于水不会形成酸雨。学力诊断·测评酸雨具有很强的破坏力。下列说法错误的是 ()A.空气中的SO2溶于水,最终形成酸雨B.汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气都含有氮氧化物C.工业废水任意排放是造成酸雨的主要原因D.为了减少酸雨的形成,可对燃料进行脱硫处理【解析】选C。SO2与水反应生成亚硫酸,亚硫酸能被氧化为硫酸,形成酸雨,故A正确;汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气都含有氮氧化物,故B正确;工业废水任意排放造成江河湖泊污染,与酸雨无关,故C错误;燃料脱硫可减少二氧化硫的排放,为了减少酸雨的形成,可对燃料进行脱硫处理,故D正确。【补偿训练】1.为了减少酸雨的产生,可采取的措施有 ()①把工厂烟囱造高②化石燃料脱硫③在已酸化的土壤中加石灰④开发新能源A.②④B.②③④C.①③④D.①②③④【解析】选A。①把工厂烟囱造高,SO2的产生与排放不变,因此不能减少酸雨的产生,①不符合题意;②化石燃料脱硫,可以减少SO2的产生与排放,因此能够减少酸雨的产生,②符合题意;③在已酸化的土壤中加石灰,可降低土壤的酸性,这与酸雨的形成无关,③不符合题意;④开发新能源可以减少产生SO2气体,因此可减少酸雨的产生,④符合题意。2.C、N、S的氧化物中许多是工业上重要的化工原料,但是当它们分散到空气中时,会带来很多环境问题。下列有关这些元素的氧化物说法不正确的是 ()A.开发太阳能、水能、风能、氢能等有利于减少这些氧化物的产生B.这些氧化物使雨水的pH<7,我们把pH<7的雨水称之为酸雨C.氮的氧化物是造成光化学烟雾的主要原因D.温室效应与二氧化碳的排放有着直接的关系【解析】选B。传统能源会产生C、N、S的氧化物,会带来很多环境问题,太阳能、水能、风能、氢能等清洁能源,有利于减少这些元素的氧化物的产生,故A正确;正常雨水中溶解二氧化碳气体,pH约为5.6,pH<5.6的雨水才称之为酸雨,故B错误;N的氧化物是造成光化学烟雾的主要原因,故C正确;二氧化碳的排放是引起温室效应的主要原因,故D正确。学情检测·素养达标1.(2024·临沂高一检测)以下非金属氧化物与其引起的环境问题或危害及主要来源对应正确的是 ()选项氧化物环境问题或危害主要来源ACO2酸雨化石燃料的燃烧BSO2光化学烟雾汽车尾气的排放CNO2温室效应工厂废气的排放DCO煤气中毒煤炭的不完全燃烧【解析】选D。形成酸雨的氧化物主要是SO2和氮氧化物;CO2是造成温室效应的主要气体;引起光化学烟雾的主要气体为NO2;CO会造成煤气中毒。2.下列关于硝酸的说法不正确的是 ()A.浓硝酸是一种易挥发的液体混合物B.浓硝酸在空气中敞口放置,因吸收水蒸气而浓度减小C.浓硝酸不稳定,易分解生成二氧化氮、氧气和水D.常温下,浓硝酸常保存在棕色试剂瓶中【解析】选B。浓硝酸是一种易挥发的液体混合物,在空气中敞口放置,其浓度会不断减小,浓硝酸不具有吸水性,浓硝酸不稳定,见光易分解生成二氧化氮、氧气和水,所以浓硝酸常保存在棕色试剂瓶中。【补偿训练】在通风橱中进行下列实验:装置现象Fe表面产生大量无色气泡,在液面上方变为红棕色Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止下列说法不正确的是 ()A.Ⅰ中气体由无色变为红棕色的化学方程式为2NO+O2===2NO2B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化膜,阻止Fe进一步反应C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3D.红棕色气体的成分是NO2【解析】选C。Ⅰ中由于稀硝酸有强氧化性,与铁发生氧化还原反应,硝酸得到电子被还原变为NO,气体为无色,当遇到空气时,发生反应:2NO+O2===2NO2,气体变为红棕色的NO2,A正确;在Ⅱ中浓硝酸有强的氧化性,在室温