2024-2025学年新教材高中化学第5章化工生产中的重要非金属元素第2节第3课时硝酸酸雨及防治学案新人教版必修第二册

PAGE9-第3课时硝酸酸雨及防治发展目标体系构建1.通过试验驾驭HNO3的性质，培育“改变观念与科学探究”的核心素养。2.依据生活和生产中的环境问题，了解酸雨及防治，培育“科学看法与社会责任”的核心素养。一、硝酸1．物理性质颜色状态气味特性无色液态有刺激性气味易挥发2.化学性质(1)酸性：属于强酸，具有酸的通性，如CaCO3与HNO3反应的化学方程式为CaCO3＋2HNO3(稀)=Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O。(2)不稳定性：见光或者受热易分解，化学方程式为4HNO3eq\o(=,\s\up9(△),\s\do9(或光照))4NO2↑＋O2↑＋2H2O。所以硝酸一般保存在棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处。(3)强氧化性与金属反应：硝酸具有强氧化性，能与除金、铂、钛以外的大多数金属反应。a．Cu与浓硝酸反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。Cu与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。b．与Fe、Al反应：常温下，浓硝酸或浓硫酸可使铁、铝表面形成一层致密的氧化物薄膜，所以可以用铁制容器或铝制容器来盛装浓硝酸或浓硫酸。当加热时，Fe、Al会与浓硝酸或浓硫酸发生反应。c．浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为1∶3)叫做王水，能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。浓硝酸往往显黄色的缘由是什么？提示：HNO3分解生成的NO2溶于浓硝酸中显黄色。3．用途硝酸是重要的化工原料，可用于制造化肥、炸药、染料、农药等。二、酸雨及防治1．SO2、NOx的主要来源(1)SO2：主要来源于煤、石油和某些含硫的金属矿物的燃烧或冶炼。(2)NOx：主要来源于机动车产生的尾气。2．SO2、NOx对人体的危害SO2与NOx会引起呼吸道疾病，危害人体健康，严峻时会使人死亡。3．酸雨4．酸雨防治(1)工业废气排放到大气中之前，必需进行适当处理，防止有害物质污染大气。(2)削减化石燃料的干脆燃烧，如脱硫处理。1．推断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)浓硝酸与足量Zn反应，生成的气体中可能有NO2、NO、H2等。 ()(2)硝酸与Cu反应中，HNO3只表现强氧化性。 ()(3)酸雨的pH＜5.6，正常雨水的pH＝7。 ()(4)刚收集到的酸雨放置一段时间后，pH会增大。 ()[答案](1)×(2)×(3)×(4)×2．下列关于硝酸的叙述正确的是()A．常温下，浓硝酸可以使金属镁钝化B．稀硝酸与活泼金属反应主要放出氢气C．浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂D．室温下，铜能与浓硝酸反应，不能与稀硝酸反应[答案]C3．分别写出SO2、NO2形成酸雨的有关化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________、________________________________________________________________________________________________________________________________。[答案]SO2＋H2OH2SO3，2H2SO3＋O2=2H2SO43NO2＋H2O=2HNO3＋NO硝酸的氧化性及有关计算1．浓硝酸中加入紫色石蕊试液，溶液先变红又褪色，这表现了HNO3的什么性质？提示：酸性和强氧化性。2．酸性条件下，Fe2＋、NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、Na＋能大量共存吗？在NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))存在的酸性条件下还能氧化哪些离子？提示：不能共存，NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))在酸性条件下能将Fe2＋氧化为Fe3＋。S2－、HS－、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))、HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、I－等。3．将7.68g铜与50mL肯定浓度的硝酸恰好完全反应，收集到标准状况下4.48L气体。请思索：(1)反应过程中，失去电子的物质的量为多少？(2)被还原的HNO3为多少摩尔？未被还原的HNO3为多少摩尔？(3)硝酸的物质的量浓度为多少？(4)4.48L气体的成分有哪些？各是多少L?提示：(1)n(e－)＝n(Cu)×2＝eq\f(7.68,64)×2mol＝0.24mol。(2)n(被还原HNO3)＝n(气体)＝eq\f(4.48L,22.4L·mol－1)＝0.2mol，n(未被还原HNO3)＝n(Cu)×2＝0.12mol×2＝0.24mol。(3)n(HNO3)＝0.2mol＋0.24mol＝0.44mol，c(HNO3)＝eq\f(0.44mol,0.05L)＝8.8mol·L－1。(4)成分为NO2、NO，依据电子守恒和氮原子守恒可知eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(n（NO）＋n（NO2）＝\f(4.48,22.4)mol,3n（NO）＋n（NO2）＝0.24mol))n(NO)＝0.02mol，n(NO2)＝0.18mol，故V(NO)＝0.448L，V(NO2)＝4.032L。1．硝酸的强氧化性HNO3中的＋5价氮元素具有很强的得电子实力。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，硝酸几乎可以氧化全部的金属，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，可能是NO2、N2O、NO、N2、NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))等。③不活泼金属与硝酸反应的模板为④常温下，浓硝酸能使Fe、Al钝化。加热时可以与Fe、Al发生反应。(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)eq\o(=,\s\up9(△))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－、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))等均能被HNO3氧化。(4)铁与稀硝酸反应，先生成Fe(NO3)3，若Fe过量，Fe(NO3)3再与Fe反应生成Fe(NO3)2。2．硝酸与金属反应的计算(1)电子守恒法：硝酸与金属反应属于氧化还原反应，氮原子得到的电子总数等于金属原子失去的电子总数。(2)原子守恒法：硝酸与金属反应时，反应前硝酸中的NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))一部分仍以NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的形式存在，一部分转化为还原产物，这两部分中N的物质的量之和与反应消耗的硝酸中N的物质的量相等。(3)电荷守恒法HNO3过量时，反应后溶液中(不考虑OH－)依据电荷守恒有c(NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3)))＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。(4)利用离子方程式计算硝酸与硫酸混合液跟金属的反应，当金属足量时，不能用硝酸与金属反应的化学方程式计算，应用离子方程式计算，因为生成的硝酸盐中的NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))与硫酸电离出的H＋仍能接着与金属反应。如金属铜与混酸的反应方程式为3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。【典例】3.2g铜与过量硝酸(8mol·L－1、30mL)充分反应，硝酸的还原产物为NO2和NO，反应后溶液中含有amolH＋，则此时溶液中所含NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的物质的量为()A．(0.2＋a)mol B．(0.1＋a)molC．(0.05＋a)mol D．amol[思路点拨]B[3.2g铜与过量硝酸(8mol·L－1、30mL)充分反应生成Cu2＋，充分反应后溶液中Cu2＋的物质的量为0.05mol，含amolH＋，依据电荷守恒，可得硝酸根的物质的量等于铜离子物质的量的2倍和氢离子的物质的量之和，则此时溶液中所含NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的物质的量为(0.1＋a)mol。][借题发挥](1)反应过程中失去电子________mol。(2)被还原的HNO3为________mol。生成NO2和NO的总物质的量为________mol。[答案](1)0.1(2)(0.14－a)(0.14－a)1．下列有关浓硝酸的说法中不正确的是()A．试验室常用浓硝酸与金属锌反应制备氢气B．常温下浓硝酸能使金属铝钝化C．浓硝酸不稳定，见光易分解，须要避光保存D．浓硝酸易挥发，打开瓶塞，瓶口有白雾产生A[浓硝酸的氧化性很强，与金属反应时一般不生成氢气而生成氮氧化物，所以试验室中不能运用浓硝酸制备氢气，A错误；常温下铁、铝遇浓硝酸会被快速氧化，在表面产生一层致密氧化物薄膜，对内层的金属起到了爱护作用，这种现象叫钝化，B正确；浓硝酸不稳定，见光简单分解：4HNO3eq\o(=,\s\up9(光照))4NO2↑＋O2↑＋2H2O，所以应避光保存，C正确；浓硝酸易挥发，打开瓶塞，瓶口有白雾产生，D正确。]2．某同学进行有关铜、硝酸、硫酸化学性质的试验，试验过程如图所示：①、③均视察到试验现象：溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生。下列说法正确的是()A．①试管口有红棕色气体产生，缘由是硝酸被还原为NO2B．由③的现象可得出结论：Cu可与稀硫酸反应C．③中反应的离子方程式：3Cu＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋8H＋=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2OD．③中可能产生SO2C[稀硝酸和铜片反应的离子方程式为3Cu＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋8H＋=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，①试管口有红棕色气体产生是因为NO被空气中的氧气氧化为NO2，故A错误；③中的现象产生是因为溶液中的NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))在酸性环境下具有强氧化性，接着与铜发生反应：3Cu＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋8H＋=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，故B错误，C正确；③中SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))没有参与反应，不行能产生SO2，故D错误。]3．某金属单质跟浓硝酸反应，若参与反应的单质和浓硝酸的物质的量之比为1∶4，浓硝酸被还原成NO2，则该单质在氧化产物中的化合价为()A．＋2 B．＋3C．＋4 D．＋5A[依据得失电子守恒解题，但要留意硝酸中有和金属元素结合的硝酸根未被还原，所以，设反应后金属的化合价为x，则列式为1×(x－0)＝(4－x)×(5－4)，解得x＝＋2。留意(4－x)代表的是有4mol硝酸反应，和金属元素结合的未被还原的硝酸为xmol，所以得电子的硝酸的物质的量为(4－x)mol。]4．向某HNO3和Fe(NO3)3的混合溶液中渐渐加入铁粉，产生无色气体，该气体遇空气变红棕色，溶液中Fe2＋的物质的量和加入Fe粉的物质的量之间的关系如图所示，则原稀溶液中HNO3和Fe(NO3)3的物质的量浓度之比为()A．4∶1 B．3∶1C．2∶1 D．1∶1A[由图像可知，当加入1molFe时，n(Fe2＋)＝0，再加入Fe，n(Fe2＋)渐渐增大，说明当加入Fe少于1mol时，发生反应：Fe＋4HNO3(稀)=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，所以混合溶液中含有4molHNO3，当再加入1molFe时，发生反应：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，得到3molFe2＋，由图像和前面分析可知原混合溶液中含有1molFe(NO3)3。故原稀溶液中HNO3和Fe(NO3)3的物质的量浓度之比为4∶1。A项正确。]某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体是否为NO，设计了如下试验。试验装置如图所示(已知NO、NO2能与NaOH溶液反应)：1．设计装置A的目的是什么？为达到此目的，应进行的操作是什么？提示：利用生成的CO2将装置内的空气赶尽，解除对气体产物视察的干扰。打开分液漏斗上口的活塞(或使分液漏斗活塞上的凹槽对准瓶口上的小孔)，打开K，当装置C中产生白色浑浊时，关闭K。2．反应过程中，B装置中的现象是什么？写动身生反应的离子方程式。提示：铜丝上产生气泡，稀硝酸液面上气体仍无色，溶液变为蓝色。3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。3．反应一段时间，将注射器中的空气注入E中，E中现象是什么？试验目的是什么？写动身生反应的方程式。提示：无色气体变为红棕色，验证Cu与稀HNO3反应生成NO。2NO＋O2=2NO2。4．D中用干燥管的目的是什么？D装置的作用是什么？提示：防止倒吸。汲取尾气，防止污染空气。5．若没有设计A装置，B中液面上方有什么现象？提示：无色变成红棕色，一段时间又变为无色。通过Cu与稀硝酸的反应的试验探究，培育学生“科学探究与科学看法”的核心素养。1．酸雨被称为“天堂的眼泪”，会造成水土酸性化、建筑物加速腐蚀等危害。下列有关说法正确的是()A．酸雨是指pH＜7的雨水，酸雨长时间放置，酸性变强B．NO2与SO2的过度排放是形成酸雨的主要缘由C．运用新型能源不会对酸雨的防治产生效果D．酸雨不会对动物的健康产生任何影响B[pH＜5.6的雨水叫酸雨，A错误；酸雨的形成主要是由SO2、NO2的过度排放引起的，B正确；削减酸雨的发生的措施有运用脱硫煤、运用新型能源等，C错误；酸雨不仅影响生物的生长发育，还会威逼人类健康，D错误。]2．下列试验事实与硝酸性质不相对应的一组是()A．稀硝酸使紫色石蕊溶液变红——酸性B．铁与稀硝酸反应不能放出氢气——强氧化性C．要用棕色试剂瓶盛装浓硝酸——不稳定性D．氢氧化亚铁固体与稀硝酸混合——仅强酸性D[稀硝酸具有酸性，使紫色石蕊溶液变红，但它具有强氧化性，会把红色物质氧化为无色，A正确；稀硝酸具有氧化性，与Fe反应，产生硝酸盐、NO和水，不能产生氢气，这是它的强氧化性，B正确；硝酸不稳定，光照简单分解产生NO2、O2和水，所以硝酸要放在棕色试剂瓶中避光保存，C正确；稀硝酸具有酸性，能与氢氧化亚铁发生中和反应，但硝酸同时具有强氧化性，会把Fe2＋氧化为Fe3＋，不仅仅表现酸性，D错误。]3．工业上用洗净的废铜屑作原料制取硝酸铜。为节约原料和防止环境污染，宜实行的方法是()A．Cu＋HNO3(浓)→Cu(NO3)2B．Cu＋HNO3(稀)→Cu(NO3)2C．Cueq\o(→,\s\up9(空气),\s\do9(△))CuOeq\o(→,\s\up9(硝酸))Cu(NO3)2D．Cueq\o(→,\s\up9(浓硫酸),\s\do9(△))CuSO4eq\o(→,\s\up9(Ba（NO3）2))Cu(NO3)2C[A中产生NO2，B中产生NO，D中产生SO2，都产生了污染性气体。]4．(素养题)下列试验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是()①②③A.由①中的红棕色气体，推断产生的气体肯定是混合气体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，由此说明木炭肯定与浓硝酸发生了反应D[A对，①中灼热碎玻璃不与浓HNO3反应，仍有红棕色气体NO2生成，说明浓硝酸受热发生了分解反应，生成NO2、O2和H2O；B对，由于浓硝酸受热分解生成NO2，则②中红棕色气体可能来源于浓硝酸的分解，故不能表明②中木炭与浓硝酸发生反应；C对，③中木炭未与浓硝酸接触，生成的红棕色气体只能是挥发出的HNO3与红热木炭发生反应，或挥发出的HNO3受热分解生成NO2，说明浓硝酸具有挥发性，NO2是还原产物；D错，由于空气中含有O2，则红热的木条可能与O2反应产生了CO2，且木炭和浓硝酸未接触，故不能说明木炭与浓硝酸发生了反应。]5．(素养题)利用如图所示装置进行铜与硝酸反应的试验。(1)硝酸一般盛放在棕色试剂瓶中，请用化学方程式说明其缘由：__________________