化学必修 第二册第二节 氮及其化合物第3课时导学案

课时3　硝酸　酸雨及防治

学习任务一　硝酸　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1.物理性质

硝酸是无色、易①　挥发　、有②　刺激性　气味的液体。 

2.化学性质

(1)不稳定性

a.化学方程式:③　4HNO3 4NO2↑+O2↑+2H2O　。 

b.保存:一般将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中,并放置在阴凉处。

(2)强氧化性

a.与金属铜反应

浓硝酸与Cu反应的化学方程式:④　4HNO3(浓)+Cu Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O　; 

稀硝酸与Cu反应的化学方程式:⑤　8HNO3(稀)+3Cu 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O　。 

b.常温下,铁、铝的表面被浓硝酸或浓硫酸氧化,生成了一层致密的⑥　氧化物　薄膜,这层薄膜阻止了酸与内层金属的进一步反应,故常温下可以用铁或铝制容器来盛装浓硝酸或浓硫酸。 

c.王水

3.工业制硝酸

原理:将氨经过一系列反应得到硝酸,如图所示。

写出每步反应的化学方程式。

(1)⑧　N2+3H2 2NH3　; 

(2)⑨　4NH3+5O2 4NO+6H2O　; 

(3)⑩　2NO+O2 2NO2　; 

(4)　3NO2+H2O 2HNO3+NO　。 

判断下列说法的正误(正确的画“√”,错误的画“✕”)。

1.硝酸在光照或加热条件下可分解生成二氧化氮气体(　√　)

2.硝酸可与Na2SO3反应制得SO2(　✕　)

3.浓硝酸、稀硝酸与铜反应均属于置换反应(　✕　)

4.在常温下,浓硫酸和浓硝酸遇Fe和Al无明显现象,说明常温下浓硫酸和浓硝酸与Fe和Al都不反应(　✕　)

1.浓硝酸、稀硝酸与Cu的反应产物分别为NO2、NO,反应中,稀硝酸中氮元素的化合价降低较多,说明稀硝酸的氧化性比浓硝酸强,对吗?

答案　不对,浓硝酸的氧化性比稀硝酸的强,与Cu反应时浓硝酸反应更剧烈。

2.实验室一般将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中。如果将浓硝酸取出,发现浓硝酸呈黄色。这是为什么呢?

答案　浓硝酸见光易分解,所以保存在棕色试剂瓶中。浓硝酸见光分解会生成二氧化氮,溶于浓硝酸呈黄色。

3.《本草纲目拾遗》中记载:“(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”。上述描述体现了硝酸的哪些性质呢?

答案　酸性和强氧化性。

4.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?若将锌投入稀硝酸中,会有氢气生成吗?

答案　铜会溶解。由离子方程式:8H++2N+3Cu 3Cu2++2NO↑+4H2O可知,只要溶液中同时存在H+和N,铜就会发生反应而溶解。若将锌投入稀硝酸中,因为硝酸的强氧化性,所以不会有氢气生成,会生成NO等氮的氧化物。

5.如图所示是进行木炭与浓硝酸的反应,并检验生成的气体的实验装置。

(1)实验中具支试管A内有什么现象?写出有关反应的化学方程式。

(2)试管B内的澄清石灰水会出现什么现象?水湿棉花处会发生什么反应?

(3)若将木炭与浓硝酸反应产生的气体直接通入少量澄清石灰水中,溶液能否变浑浊?

答案　(1)木炭保持红热状态,试管内有红棕色气体生成。反应的化学方程式为C+4HNO3(浓) 4NO2↑+CO2↑+2H2O。

(2)木炭与浓硝酸反应生成的CO2会使澄清石灰水变浑浊。水湿棉花处发生反应:3NO2+H2O NO+2HNO3、CO2+H2O H2CO3。

(3)木炭与浓硝酸反应产生的气体包括NO2和CO2,NO2溶于水会生成HNO3,HNO3为强酸,所以不会生成CaCO3,溶液不变浑浊。

6.m g Cu与足量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?

答案　被还原的HNO3无论生成NO还是NO2,均有氮原子的物质的量与被还原HNO3的物质的量相等;未被还原(起酸性作用)HNO3的物质的量等于Cu(NO3)2物质的量的2倍,故参加反应的HNO3的物质的量为(+) mol。

1.硝酸的强氧化性

(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钝化。

(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或离子的反应: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-、S等均能被硝酸氧化。

2.硝酸与金属反应的“三个守恒、一个关系”

(1)三个守恒

①得失电子守恒:n(金属失电子)=n(NO2)+3n(NO)。

②氮原子守恒:n(HNO3)=xn[M(NO3)x]+n(NO2)+n(NO)。

③若向反应后的溶液中加入NaOH溶液,恰好使Mx+沉淀完全,此时溶质为NaNO3,则存在:n(Na+)=n(N)=n(HNO3)-n(NO)-n(NO2)。

(2)一个关系:起酸性作用的HNO3的物质的量等于金属的物质的量和金属所带电荷数的乘积,可表示为n(HNO3)酸性=xn(Mx+)=n(转移电子)。

1.下列有关浓硝酸的说法不正确的是(　　)

A.实验室常用浓硝酸与金属锌反应制备氢气

B.在常温下,浓硝酸能使金属铝钝化

C.浓硝酸不稳定,见光或受热易分解,需要避光保存

D.浓硝酸易挥发,打开瓶塞,瓶口有白雾产生

答案　A　浓硝酸具有强氧化性,与金属反应时,一般不生成氢气,所以实验室中不能使用浓硝酸与金属锌反应制备氢气,故A错误。

2.下列关于硝酸的叙述中正确的是(　　)

A.稀硝酸是弱酸,浓硝酸是强酸

B.铜与浓硝酸和稀硝酸都能发生反应生成二氧化氮

C.浓硝酸能在铁的表面生成氧化膜

D.稀硝酸与活泼金属反应放出氢气,而浓硝酸则使金属钝化

答案　C　稀硝酸和浓硝酸均是强酸,A错误;铜与浓硝酸和稀硝酸都能发生反应,分别生成NO2和NO,B错误;浓硝酸具有强氧化性,能在铁的表面生成氧化膜,C正确;硝酸是强氧化性酸,稀硝酸与活泼金属反应不能产生氢气,浓硝酸在常温下能使铝或铁钝化,D错误。

3.现有某硫酸和硝酸的混合溶液20 mL,其中含硫酸的浓度为2 mol/L,含硝酸的浓度为1 mol/L,现向其中加入0.96 g铜粉,充分反应后(假设只生成NO),最多可收集到标准状况下的气体的体积为(　　)

A.89.6 mL B.112 mL

C.168 mL D.224 mL

答案　D　硫酸的浓度为2 mol/L,为稀硫酸,硝酸的浓度为1 mol/L,为稀硝酸,溶液中能与铜粉反应的为稀硝酸。铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu+8H++2N 3Cu2++2NO↑+4H2O。Cu的物质的量为 mol=0.015 mol,硝酸根离子的物质的量为0.02 mol,硝酸和硫酸均提供氢离子,故氢离子的物质的量为(2×0.02×2+1×0.02)mol=0.1 mol,故氢离子、硝酸根离子均过量,则生成的NO在标准状况下的体积为(×0.015×22.4×1 000)mL=224 mL。

4.某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的是NO,设计了如下实验。实验装置如图所示(已知NO、NO2能与NaOH溶液反应):

(1)设计装置A的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,为达此目的应进行的操作是使分液漏斗的凹槽对准小孔,打开K,当装置C中产生白色沉淀时,关闭K。 

(2)在(1)中的操作后将装置B中的铜丝插入稀硝酸,微热,观察到装置B中的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;B中反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)将注射器F中的空气推入E中,E中的气体变为红棕色,该实验的目的是　　　　　　　　　　　　。 

(4)D装置的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案　(1)利用生成的CO2将整套装置内的空气排尽,以排除对气体产物检验的干扰　

(2)铜丝上产生气泡,稀硝酸液面上气体呈无色,溶液变为蓝色　3Cu+8H++2N 3Cu2++2NO↑+4H2O　

(3)验证E中的无色气体为NO　

(4)吸收NO、NO2等尾气,防止污染空气

解析　(2)因铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、NO和水,反应的离子方程式为3Cu+8H++2N 3Cu2++2NO↑+4H2O,因此实验现象是铜丝上产生气泡,稀硝酸液面上气体呈无色,溶液变为蓝色。

(3)将F中的空气推入E中,发生反应:2NO+O2 2NO2,E中无色气体变为红棕色,证明NO存在,则该实验的目的是验证E中的无色气体为NO。

学习任务二　酸雨及防治

1.SO2与NOx的主要来源

(1)SO2主要来自煤、石油的燃烧和某些含硫金属矿物的冶炼。

(2)NOx主要来自机动车尾气(高温条件下氮气和氧气反应生成氮氧化物)。

2.酸雨

(1)概念:pH<①　5.6　的雨水。 

(2)成因:主要是大气中的②　SO2和NOx　以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于雨水形成的。 

(3)危害

a.直接损伤农作物,破坏森林和草原,使土壤、湖泊酸化。

b.加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。

判断下列说法的正误(正确的画“√”,错误的画“✕”)。

1.pH<7的降雨均为酸雨(　✕　)

2.CO2和SO2都属于空气污染物(　✕　)

3.因为汽油中含有氮元素,所以汽车尾气中含有NO等氮氧化物(　✕　)

4.二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要物质(　√　)

1.呈酸性的雨水就是酸雨吗?收集到的酸雨样品,放置时间稍长,酸性反而越强,原因是什么?

答案　不是,由于溶解了二氧化碳,正常雨水的pH约为5.6,酸雨的pH小于5.6。酸雨中的H2SO3为弱酸,长时间放置易被O2氧化为酸性更强的H2SO4。

2.生活需要洁净、安全的生存环境,新的《环境空气质量标准》的颁布表明国家对环境问题的进一步重视。

(1)煤燃烧产生的SO2所形成的酸雨中,SO2最终转化成什么酸?在煤中加入适量生石灰,可以大大减少煤燃烧时SO2的排放,请你写出涉及反应的化学方程式。

(2)A、B、C三个城市全年雨水的月平均pH变化如图所示。

①受酸雨危害最严重的是哪个城市?

②汽车尾气中含有NO2、NO、CO等有害气体。汽车安装尾气净化装置可将NO、CO转化为无害气体,该反应的化学方程式是什么?

③酸雨分为硝酸型酸雨和硫酸型酸雨。请你写出NO转化为硝酸的反应的化学方程式。

答案　(1)二氧化硫与水反应生成亚硫酸,亚硫酸不稳定,最终被空气中氧气氧化为H2SO4。涉及反应的化学方程式为2CaO+2SO2+O2 2CaSO4。

(2)①pH越小,受到酸雨的危害越严重,从题图中可知,C城市全年雨水的月平均pH在三个城市中最小,受到酸雨的危害最大。

②反应的化学方程式为2NO+2CO N2+2CO2。

③2NO+O2 2NO2、3NO2+H2O 2HNO3+NO。

酸雨的认识

1.环保部门测得某市空气里的成分有①N2,②O2,③CO2,④Ar,⑤SO2,⑥NO2,⑦可吸入碳颗粒。其中会导致酸雨的是　(　　)

A.③⑤⑥　　 B.⑤⑥　　

C.④⑤⑦　　 D.除①②以外

答案　B　SO2、NO2易形成酸雨。

2.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,必须减少SO2的排放量,对燃料脱硫处理

答案　C　工业废水任意排放引起江、河、湖泊污染,而酸雨是由大量SO2和NOx溶于雨水形成的。

3.硫酸型酸雨的形成原理可简化表示如下图所示:

回答下列问题:

(1)A物质的化学式为　　　　　　,B物质的化学式为　　　　　　。 

(2)根据SO2的性质,可让工厂的烟道气通过　　　　　　或氧化剂等除去SO2,达到减少污染的目的。 

(3)现有雨水样品1份,常温下,每隔一段时间测定该雨水样品的pH,所得数据如下:

注:溶液的pH越大,H+的物质的量浓度就越小。

①雨水样品的pH变化的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。 

②如果将刚取样的上述雨水和用氯气消毒的自来水相混合,pH将　　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。 

(4)你认为减少酸雨产生可采用的措施是　　　　　　(填序号)。 

①少用煤作燃料　②把工厂烟囱造高　③燃料脱硫　④在已酸化的土壤中加石灰　⑤开发新能源

答案　(1)SO2　SO3　(2)碱液(如氨水等)

(3)①2H2SO3+O2 2H2SO4　②减小　H2SO3+Cl2+H2O H2SO4+2HCl　(4)①③⑤

解析　(1)硫酸型酸雨是含硫物质燃烧生成的二氧化硫引起的,依据流程分析可知,含硫燃料燃烧主要生成二氧化硫,催化氧化为三氧化硫,三氧化硫溶于水生成硫酸,反应的过程为SO2 SO3 H2SO4,则A物质的化学式为SO2,B物质的化学式为SO3。

(2)SO2是酸性氧化物,且SO2中硫元素显+4价,它能升高到+6价,具有还原性,依据氧化还原反应,需要加入氧化剂实现转化,则可让工厂的烟道气通过碱液(如氨水等)或氧化剂(如酸性KMnO4溶液等)而除去SO2,达到减少污染的目的。

(3)①雨水的pH变小的原因是排放出来的SO2溶于水后生成H2SO3,H2SO3逐渐被空气中的氧气氧化生成强酸H2SO4,化学方程式为2H2SO3+O2 2H2SO4。②因氯气能氧化H2SO3生成硫酸和HCl,两者都是强酸,酸性增强,pH减小,反应的化学方程式为H2SO3+Cl2+H2O H2SO4+2HCl。

(4)少用煤作燃料、燃料脱硫、开发新能源等措施可以减少二氧化硫气体的排放,从而减少酸雨的形成,故①③⑤正确。