2024高中化学第3章自然界中的元素第2节氮的循环第3课时硝酸人类活动对氮循环和环境的影响教案鲁科版必修1

PAGE5-第3课时硝酸人类活动对氮循环和环境的影响[学习目标]1.能从物质类别、元素化合价的角度，依据复分解反应规律和氧化还原反应原理预料硝酸的性质，设计试验进行初步验证，并能分析，说明有关试验现象，能用化学方程式、离子方程式正确表示硝酸的主要化学性质。2.能依据HNO3的性质说明其妥当保存、合理运用的常见方法。3.能说明HNO3的应用对社会发展的价值和对环境的影响，参与社会性科学议题——酸雨和雾霾防治、水体爱护的探讨。一、硝酸1．物理性质纯硝酸为eq\o(□,\s\up4(01))无色、有eq\o(□,\s\up4(02))刺激性气味的液体，沸点eq\o(□,\s\up4(03))低，eq\o(□,\s\up4(04))易挥发，在空气中呈“白雾”状，质量分数95%以上的浓硝酸称为“eq\o(□,\s\up4(05))发烟硝酸”。2．化学性质(1)酸性：属于强酸，具有酸的通性，如CaCO3与HNO3反应eq\o(□,\s\up4(06))CaCO3＋2HNO3=Ca(NO3)2＋H2O＋CO2↑。(2)不稳定性：见光或受热易分解，化学方程式为eq\o(□,\s\up4(07))4HNO3eq\o(=,\s\up17(光照或△))4NO2↑＋O2↑＋2H2O。(3)强氧化性：①与金属反应硝酸具有强氧化性，能与除eq\o(□,\s\up4(08))Au、eq\o(□,\s\up4(09))Pt、eq\o(□,\s\up4(10))Ti以外的大多数金属反应。a．Cu与浓HNO3反应的化学方程式为eq\o(□,\s\up4(11))Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。Cu与稀HNO3反应的化学方程式为eq\o(□,\s\up4(12))3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。b．与Fe、Al反应：eq\o(□,\s\up4(13))常温时浓硝酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而eq\o(□,\s\up4(14))钝化，所以可以用eq\o(□,\s\up4(15))铁容器或eq\o(□,\s\up4(16))铝容器盛放浓硝酸。②与非金属反应碳与浓硝酸反应的化学方程式为eq\o(□,\s\up4(17))C＋4HNO3(浓)eq\o(=,\s\up17(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。3．用途硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造eq\o(□,\s\up4(18))炸药、染料、塑料、硝酸盐等。二、人类活动对氮循环和环境的影响1．氮氧化物的危害(1)以eq\o(□,\s\up4(01))一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要缘由。(2)光化学烟雾：汽车尾气中的eq\o(□,\s\up4(02))碳氢化合物和氮氧化物经紫外线照耀发生反应形成的一种有毒的烟雾。(3)酸雨：氮氧化物与空气中的水和氧气反应生成的eq\o(□,\s\up4(03))硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。(4)水体富养分化：当进入水的eq\o(□,\s\up4(04))氮含量增大时，会造成水体的富养分化，导致藻类“疯长”并覆盖在水面上。2．削减人类活动对氮循环和环境的影响的措施(1)限制进入大气、陆地和海洋的有害物质的数量。(2)增加生态系统对有害物质的eq\o(□,\s\up4(05))汲取实力，如爱护森林、植树造林等。一、硝酸的性质及应用[沟通研讨]1．打开试验室中保存已久的浓HNO3，除闻到有刺激性酸味外，还发觉溶液呈黄色，为什么？提示：闻到酸味说明HNO3具有挥发性；保存已久的浓HNO3呈黄色的缘由是HNO3能分解生成H2O、O2和NO2，NO2溶解在硝酸中使浓HNO3呈黄色。2．依据HNO3中氮的化合价和浓硝酸分解的产物NO2、O2，预料一下硝酸的性质。提示：HNO3中氮元素处于最高价态，其能分解生成强氧化性物质O2和NO2，因此HNO3具有强氧化性。[点拨提升]1．硝酸与金属的反应一般规律：金属与硝酸反应不生成H2。(1)硝酸能与除Au、Pt外的绝大多数金属反应：如：2HNO3(浓)＋Ag=AgNO3＋NO2↑＋H2O；4HNO3(稀)＋3Ag=3AgNO3＋NO↑＋2H2O。(2)浓硝酸与Fe、Al的反应：(3)稀HNO3与Fe的反应：①Fe＋4HNO3(稀)=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O。②3Fe(过量)＋8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。2．浓硝酸与非金属的反应(1)浓硝酸与部分还原性较强(或氧化性较弱)的非金属单质(如C、S、P等)反应。(2)反应规律：非金属单质＋浓HNO3eq\o(→,\s\up17(△))最高价氧化物或最高价含氧酸＋NO2↑＋H2O。(3)反应实例：C＋4HNO3(浓)eq\o(=,\s\up17(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2OS＋6HNO3(浓)eq\o(=,\s\up17(△))H2SO4＋6NO2↑＋2H2OP＋5HNO3(浓)eq\o(=,\s\up17(△))H3PO4＋5NO2↑＋H2O。学问拓展(1)浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红，后退色。(2)硝酸与铜的反应：浓硝酸eq\o(→,\s\up17(足量Cu))起先HNO3被还原为NO2，随着反应的进行，硝酸变稀，HNO3被还原为NO，向反应后的溶液中加稀硫酸，NOeq\o\al(－,3)又被还原为NO。(3)Fe与稀HNO3的反应①反应关系：②反应产物与反应物用量关系：a.eq\f(nHNO3,nFe)≥4，Fe(NO3)3；b.eq\f(nHNO3,nFe)≤eq\f(8,3)，Fe(NO3)2；c.eq\f(8,3)<eq\f(nHNO3,nFe)<4，Fe(NO3)3和Fe(NO3)2；d．n(参与反应的HNO3)＝4n(被还原的HNO3)。[练习与活动]1．下列关于硝酸说法正确的是()A．硝酸与金属反应，主要是＋5价氮得电子B．浓HNO3与浓盐酸按3∶1的体积比所得混合物叫王水C．硝酸电离出H＋，能被Zn、Fe等金属还原成H2D．常温下，向浓HNO3中投入Fe片，会产生大量红棕色气体答案A解析硝酸与金属反应，主要是＋5价氮得电子，生成氮的低价化合物，一般不生成氢气。浓HNO3与浓盐酸按1∶3的体积比所得混合物叫王水。常温下铁遇到浓硝酸发生钝化，不会生成大量红棕色气体。2．在盛有肯定量浓硝酸的试管中加入6.4g铜片，发生反应。请回答下列问题：(1)起先阶段，视察到的现象为____________________，反应的化学方程式是____________________________________________________________________。(2)反应结束后，铜片有剩余，再加入少量20%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，反应的离子方程式是________________________________________________________________________________________________________________。(3)若6.4g铜片消耗完时，共产生气体2.8L(标准状况)。则整个反应过程中所消耗的HNO3的物质的量为________。答案(1)铜片渐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，产生红棕色的气体Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O(2)3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O(3)0.325mol解析(1)因为浓硝酸的氧化性很强，可以将铜氧化，同时它本身被还原为红棕色的NO2气体，所以现象是铜片渐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，产生红棕色的气体。(2)反应后的溶液中有NOeq\o\al(－,3)，加入稀硫酸后，NOeq\o\al(－,3)会接着氧化铜单质。(3)起酸性作用的HNO3的物质的量n(HNO3)＝2n(Cu)＝0.2mol；被还原的HNO3的物质的量n(HNO3)＝eq\f(2.8L,22.4L·mol－1)＝0.125mol。故整个反应过程中所消耗的HNO3的物质的量为0.2mol＋0.125mol＝0.325mol。二、人类活动对氮循环和环境的影响[沟通研讨]造成“水华”现象的缘由是什么？如何防治？提示：水体中氮、磷等元素的含量增多，使得水体中的植物增长速度加快，使水体缺氧变臭。防治的措施是削减含氮、磷等元素的物质向水体中的排放，科学地施用化学肥料。[点拨提升]含氮物质的来源及其危害学问拓展环境问题与产生缘由(1)“臭氧空洞”主要是大量运用氟氯代烃等引起的。(2)“光化学烟雾”主要是由汽车尾气的排放引起的。(3)“酸雨”主要是由空气中SO2、NO2浓度增大引起的。(4)“白色污染”主要是由聚乙烯塑料等引起的。(5)“温室效应”主要是由空气中CO2浓度增大引起的。[练习与活动]3．下列污染现象主要与NO2有关的是()A．臭氧层空洞 B．水体富养分化C．光化学烟雾 D．温室效应答案C解析以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物是形成光化学烟雾的一个重要缘由，故本题选C项。4．汽车尾气是城市空气的污染源之一。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”。它可以使CO与NO反应，生成可参与大气循环的无毒气体。(1)下列与汽车尾气的排放亲密相关的是________(填序号)。A．光化学烟雾 B．水体富养分化与赤潮C．白色污染 D．雾霾(2)写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式：____