人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物第3课时导学案
展开第二节 氮及其化合物
第3课时 硝酸 酸雨及防治
学习目标
核心素养
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意义。
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。
宏观辨识与微观探析:
能从物质类别和元素化合价的角度,预测硝酸的性质及转化
科学探究与创新意识:
能根据教材中给出的硝酸性质的探究问题,设计简单的实验方案,完成操作,观察现象,对实验现象作出解释
科学态度与社会责任:
能主动关心与环境保护有关的酸雨等社会热点问题,形成与环境和谐共处、合理利用自然资源的观念
新课情景呈现
常温下,浓硝酸或浓硫酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化,保护内部的金属不再与酸反应,所以可以用铝质或铁质容器盛放浓硝酸。为什么常温下浓硫酸或浓硝酸使铝、铁钝化,让我们走进教材,学习硝酸和酸雨及防治。
课前素能奠基
新知预习
一、硝酸的性质
1.物理性质
2.化学性质
(1)酸性:
在水中的电离方程式为__HNO3===H++NO__。
(2)不稳定性:
浓硝酸见光或受热会发生分解,化学方程式为__4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O__。
(3)强氧化性:
①实验探究:
实验
装置
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
反应剧烈,有__大量气泡__产生,__溶液变蓝__,液面上有__红棕色__气体产生
实验
结论
铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成__NO__气体
铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成__NO2__气体
②强氧化性的表现:
写出下列有关反应的化学方程式:
a.与金属反应:
稀硝酸与铜反应:
__3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O__。
浓硝酸与铜反应:
__Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O__。
b.与非金属反应:
浓硝酸与红热的碳(被氧化为CO2)的反应为
__C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O__。
3.硝酸的用途与工业制法
(1)用途:
(2)工业制法:
①工业流程:
②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__。
二、酸雨及防治
1.SO2与NO2的主要来源、危害和防治
(1)来源
(2)危害
(3)防治
2.酸雨
(1)概念:pH<__5.6__的降水。正常雨水由于溶解了CO2,其pH约为5.6。
(2)成因:主要是大气中的__SO2__与__NO2__溶于水形成的。
(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、运输工具和电缆的腐蚀。
预习自测
1.判断下列说法是否正确(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)硝酸的浓度越大,其氧化性越强。( √ )
(2)铜与浓硝酸反应只能生成二氧化氮气体。( × )
(3)在铜与硝酸的反应中硝酸只表现氧化性。( × )
解析:(1)由铜与浓、稀硝酸反应的剧烈程度可知,硝酸的浓度越大氧化性越强。(2)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。(3)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。
2.下列因果关系不正确的是( A )
选项
原因
结果
A
大量植树造林
温室效应
B
SO2和NO2气体的大量排放
酸雨
C
含氮、磷等生活废水的大量排放
水华、赤潮
D
汽车尾气的排放
光化学烟雾
解析:植物光合作用会吸收CO2,大量植树造林可防止温室效应,A项错误;SO2和NO2气体大量排放,最终会转变成硫酸和硝酸,造成酸雨,B项正确;磷、氮是植物的营养元素,含氮、磷等生活废水的大量排放,会导致水体富营养化,藻类疯长,引发水华、赤潮,C项正确;汽车尾气的排放会产生氮氧化物,从而造成光化学烟雾,D项正确。
3.建材厂家常常在铝质材料的表面镀铜,提高材料的美观程度。某兴趣小组为除去镀在铝表面的铜镀层,可选用的试剂是( B )
A.稀硝酸 B.浓硝酸
C.稀硫酸 D.浓盐酸
解析:稀硝酸与Al、Cu均反应,A项错;铜与浓硝酸反应,铝在浓硝酸中钝化,则可除去Cu,B项正确;Cu与稀硫酸不反应,不能除去Cu,C项错误;Cu与浓盐酸不反应,不能除去Cu,D项错误。
4.公元八世纪,阿拉伯炼金术士贾比尔·本·哈扬在干馏硝石的时候发现并制得了硝酸,这是人类关于硝酸最早的记录。下列关于硝酸的叙述正确的是( C )
A.NO2溶于水生成硝酸,所以NO2是酸性氧化物
B.硝酸可与活泼金属反应生成盐和氢气
C.浓硝酸见光或受热易分解,必须保存在棕色瓶中
D.硝酸与铜的反应只表现出氧化性
解析:HNO3中氮元素是+5价,NO2中氮元素是+4价,NO2不是酸性氧化物,A项错误;金属与浓硝酸反应生成NO2,与稀硝酸反应生成NO,不生成H2,B项错误;浓硝酸见光或受热易分解,所以应该保持在棕色、避光阴凉处,C项正确;硝酸与铜反应时,生成氮的氧化物和硝酸盐,则硝酸既表现出氧化性又表现酸性,D项错误。
5.中办、国办在第二轮中央生态环保督察启动之际印发了《中央生态环境保护督察工作规定》。可见国家对环境保护的重视程度。
下列环境问题与产生的主要原因不相符的是( D )
①“光化学烟雾”主要是由汽车排放的氮氧化物所引起的
②“酸雨”主要是由空气中CO2的浓度增大引起的
③“温室效应”主要是由空气中CO2浓度增大引起的
④“赤潮”主要是由于水体中N、P等元素含量过高而引起的
A.只有①② B.只有②③
C.全部 D.只有②
解析:①“光化学烟雾”主要是由汽车排放的氮氧化物所引起的;②“酸雨”主要是由空气中SO2和氮的氧化物的浓度增大引起的;③“温室效应”主要由空气中CO2浓度增大引起的;④“赤潮”主要是由于水体中N、P等元素含量过高引起的;所以只有②不相符,故D项正确。
课堂素能探究
硝酸的强氧化性,
知识点
问题探究
1.少量的Fe与足量稀硝酸反应,Fe被氧化为+2价还是+3价?过量的Fe与稀硝酸反应呢?
提示:硝酸的氧化性较强,可将Fe氧化为Fe3+,故少量的Fe与足量稀硝酸反应,Fe被氧化为+3价;由于Fe可与Fe3+生成Fe2+,故过量的Fe与稀硝酸反应得到+2价铁。
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?为什么?
提示:会溶解。由离子方程式8H++2NO+3Cu===3Cu2++2NO↑+4H2O可知,只要溶液中同时有H+和NO,铜就会发生反应而溶解。
知识归纳总结
1.规律
(1)硝酸的浓度越大,反应温度越高,其氧化性越强。
(2)浓硝酸的还原产物是NO2,稀硝酸的还原产物是NO。
(3)还原剂一般被氧化为最高价态。
2.表现
(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;
NO2N2O、N2、NH4NO3等NO
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↑+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-、SO等均能被HNO3氧化。
┃┃典例剖析__■
典例1
某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO设计了实验方案。
(1)甲同学设计如图实验(实验过程中活塞2为打开状态)。
①组装好装置检验气密性后,如何加入稀硝酸?__打开活塞1,加入稀硝酸至液面a处__。
②如何控制反应的进行?如何加快反应速率?__通过关闭或开启活塞1可以控制反应的进行;在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率__。
③如何操作验证产生的气体为NO?__反应开始后,胶塞下方有无色气体生成,打开活塞1,漏斗中有红棕色气体,证明该气体为NO__。
(2)乙同学设计了如图所示装置(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是一半空的注射器。
①设计装置A的目的是__产生CO2,赶走装置中的空气,防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰__。
②装置E和F的作用是__验证NO的生成__。
为实现此作用,操作是__将注射器F中的空气推入E中,若气体变为红棕色则说明生成了NO__。
③装置D的作用是__吸收多余的氮氧化物,防止污染空气,防止倒吸__。
解析:(1)①打开活塞1使左右大气相通,加入硝酸时,液面才能达到液面a处;②关闭或开启活塞1能控制U形管内产生气体的压强,当关闭活塞1,左侧压强大时能使铜和稀硝酸分离从而停止反应;加热可加快反应速率;③一氧化氮是无色气体,如果证明反应产生的气体是一氧化氮,需要将活塞1打开,将气体放入分液漏斗中,气体在分液漏斗中变为红棕色,则证明反应所产生的气体是一氧化氮。(2)①装置中含有氧气,对NO的检验有干扰,A产生的CO2可以排除装置中的空气;②将注射器F中的空气推入E中,若气体变为红棕色则说明生成了NO;③氮的氧化物是大气污染物,可以被氢氧化钠溶液吸收,干燥管可以防止倒吸。
┃┃变式训练__■
1.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( D )
①
②
③
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中木炭与浓硝酸产生了反应
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
解析: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,则红热的木炭可能与O2反应产生了CO2,故不能说明木炭与浓硝酸发生了反应。
硝酸与金属反应的有关计算,
知识点
问题探究
1.铜与足量稀硝酸反应时,表现酸性的HNO3与作氧化剂的HNO3物质的量之比是多少?
提示:Cu与稀硝酸反应:3Cu+8HNO3===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。当有8 mol HNO3参加反应时,有2 mol HNO3表现氧化性,6 mol HNO3表现酸性,故表现酸性的HNO3与作氧化剂的HNO3物质的量之比为3∶1。
2.m g Cu与足量的一定浓度的硝酸充分反应,生成V L NO、NO2混合气体(标准状况下),则参加反应的HNO3的物质的量是多少?
提示:被还原的硝酸无论生成NO还是NO2,均有氮原子与被还原,NO和NO2的总物质的量与被还原HNO3的物质的量相等;末被还原(起酸性作用)的硝酸等于Cu(NO3)2物质的量的2倍,故参加反应的硝酸的物质的量为(+)mol。
知识归纳总结
1.硝酸与金属反应的规律
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,但硝酸与金属反应一般不生成H2。
(1)硝酸与铜的反应:
在反应中硝酸的作用可用如图表示:
可以看出,随HNO3浓度的降低,还原产物会由NO2变为NO。
①由氮原子守恒可知,无论是NO2还是NO,被还原的硝酸与被还原生成气体的物质的量总是相等的;
②未被还原的NO与Cu2+构成Cu(NO3)2,NO的物质的量为Cu2+物质的量的2倍;
③运用电子守恒、原子守恒,便可顺利求解参加反应的Cu、HNO3以及产物NO2、NO之间量的关系。
(2)稀硝酸与铁的反应:
Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O①
3Fe(过量)+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O②
反应物的量与生成物的关系如图所示:
上述反应首先发生反应①,若Fe剩余再发生反应③Fe+2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2,合并①③即可得反应②。所以,无论反应①还是反应②,被还原的HNO3皆占参与反应的HNO3的。
2.金属与硝酸反应常用的计算方法
(1)原子守恒法:HNO3与金属反应时,反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量等于显酸性的HNO3(以硝酸盐的NO形式存在于溶液中)的物质的量与显氧化性的HNO3(以NOx的形式存在)的物质的量之和。
(2)电子守恒法:HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。
(3)电荷守恒:HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH-)有:c(NO)=c(H+)+n×c(Mn+)(Mn+代表金属离子)。
┃┃典例剖析__■
典例2 在标准状况下将1.92 g铜粉投入一定量浓硝酸中,随着铜粉的溶解,反应生成的气体颜色逐渐变浅,当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12 L,则
(1)混合气体中NO的体积为__112__mL;
(2)上题参加反应的硝酸的物质的量是__0.11__mol;
(3)上题反应中起酸性作用与作氧化剂的硝酸的物质的量之比是__6∶5__。
解析:(1)混合气体的总物质的量为1.12 L÷22.4 L·mol-1=0.05 mol,1.92 g铜粉的物质的量为0.03 mol。设NO的物质的量为n1 mol,则NO2的物质的量为(0.05-n1)mol,根据得失电子守恒得3n1+(0.05-n1)×1=0.03×2,解得n1=0.005,V(NO)=0.005 mol×22.4 L·mol-1=0.112 L=112 mL。(2)由氮原子守恒知参加反应的硝酸的物质的量n(HNO3)=2n[Cu(NO3)2]+n(NOx)=2n(Cu)+n(NOx)=0.03 mol×2+0.05 mol=0.11 mol。(3)起酸性作用与作氧化剂的硝酸的物质的量之比=2n[Cu(NO3)2]∶n(NOx)=(0.03×2)mol∶0.05 mol=6∶5。
┃┃变式训练__■
2.9.7 g Cu和Zn的合金与足量的稀硝酸反应,还原产物只有NO气体,其体积在标准状况下为2.24 L。将溶液稀释为1 L,测得溶液的c(H+)=0.1 mol·L-1,此时溶液中NO的浓度为( B )
A.0.3 mol·L-1 B.0.4 mol·L-1
C.0.2 mol·L-1 D.0.6 mol·L-1
解析:n(NO)==0.1 mol,转移电子的物质的量=0.1 mol×(5-2)=0.3 mol;Cu、Zn分别与稀硝酸反应中生成+2价阳离子,则每个金属原子生成金属阳离子间失去2个电子,根据金属和电子转移关系式得:n(Cu)+n(Zn)=n(e-)=×0.3 mol=0.15 mol,溶液中根据电荷守恒得:c(NO)=c(H+)+2c(Cu2+)+2c(Zn2+)=0.1 mol·L-1+2×0.15 mol=0.4 mol·L-1,故选B。
名师博客呈现
1.解答有关金属与硝酸反应的思维流程
2.计算方法
原子
守恒法
HNO3与金属反应时,一部分HNO3起酸的作用,以NO的形式存在于溶液中,另一部分HNO3作为氧化剂转化为还原产物,这两部分HNO3中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量
得失电子
守恒法
HNO3与金属的反应属于氧化还原反应,HNO3中氮原子得到电子的物质的量等于金属失去电子的物质的量
电荷
守恒法
HNO3过量时,反应后溶液中(不考虑OH-)有c(NO)=c(H+)+xc(Mx+)(Mx+代表金属离子)
离子方程
式计算法
金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时,由于硝酸盐中NO在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属反应,故此类题目应用离子方程式来计算。先作过量判断,然后根据完全反应的金属或H+或NO进行相关计算,且溶液中要符合电荷守恒
〔即时训练〕
在某100 mL混合酸中,HNO3物质的量浓度为0.4 mol·L-1,H2SO4物质的量浓度为0.2 mol·L-1。向其中加入1.92 g铜粉微热,待充分反应后,溶液中Cu2+物质的量浓度约为( B )
A.0.15 mol·L-1 B.0.3 mol·L-1
C.0.225 mol·L-1 D.无法计算
解析:溶液中n(H+)=0.1 L×0.4 mol·L-1+0.1 L×0.2 mol·L-1×2=0.08 mol,n(NO)=0.1 L×0.4 mol·L-1=0.04 mol,n(Cu)==0.03 mol,根据反应的离子方程式3Cu+8H++2NO===3Cu2++2NO↑+4H2O可知此时氢离子与Cu恰好完全反应,NO过量。故充分反应后,溶液中c(Cu2+)约为=0.3 mol·L-1。
化学必修 第二册第二节 氮及其化合物第3课时导学案: 这是一份化学必修 第二册第二节 氮及其化合物第3课时导学案,共9页。
高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物第1课时导学案: 这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物第1课时导学案,共7页。学案主要包含了氮气与氮的固定,NO和NO2等内容,欢迎下载使用。
人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物第2课时学案: 这是一份人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物第2课时学案,共12页。