2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第5章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第2節(jié)第3課時硝酸酸雨及防治學(xué)案新人教版必修第二冊

PAGE9-第3課時硝酸酸雨及防治發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1.通過試驗駕馭HNO3的性質(zhì)，培育“改變觀念與科學(xué)探究”的核心素養(yǎng)。2.依據(jù)生活和生產(chǎn)中的環(huán)境問題，了解酸雨及防治，培育“科學(xué)看法與社會責(zé)任”的核心素養(yǎng)。一、硝酸1．物理性質(zhì)顏色狀態(tài)氣味特性無色液態(tài)有刺激性氣味易揮發(fā)2.化學(xué)性質(zhì)(1)酸性：屬于強酸，具有酸的通性，如CaCO3與HNO3反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaCO3＋2HNO3(稀)=Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O。(2)不穩(wěn)定性：見光或者受熱易分解，化學(xué)方程式為4HNO3eq\o(=,\s\up9(△),\s\do9(或光照))4NO2↑＋O2↑＋2H2O。所以硝酸一般保存在棕色試劑瓶中，并放置在陰涼處。(3)強氧化性與金屬反應(yīng)：硝酸具有強氧化性，能與除金、鉑、鈦以外的大多數(shù)金屬反應(yīng)。a．Cu與濃硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu＋4HNO3(濃)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。Cu與稀硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。b．與Fe、Al反應(yīng)：常溫下，濃硝酸或濃硫酸可使鐵、鋁表面形成一層致密的氧化物薄膜，所以可以用鐵制容器或鋁制容器來盛裝濃硝酸或濃硫酸。當(dāng)加熱時，F(xiàn)e、Al會與濃硝酸或濃硫酸發(fā)生反應(yīng)。c．濃硝酸和濃鹽酸的混合物(體積比為1∶3)叫做王水，能使一些不溶于硝酸的金屬如金、鉑等溶解。濃硝酸往往顯黃色的緣由是什么？提示：HNO3分解生成的NO2溶于濃硝酸中顯黃色。3．用途硝酸是重要的化工原料，可用于制造化肥、炸藥、染料、農(nóng)藥等。二、酸雨及防治1．SO2、NOx的主要來源(1)SO2：主要來源于煤、石油和某些含硫的金屬礦物的燃燒或冶煉。(2)NOx：主要來源于機動車產(chǎn)生的尾氣。2．SO2、NOx對人體的危害SO2與NOx會引起呼吸道疾病，危害人體健康，嚴(yán)峻時會使人死亡。3．酸雨4．酸雨防治(1)工業(yè)廢氣排放到大氣中之前，必需進(jìn)行適當(dāng)處理，防止有害物質(zhì)污染大氣。(2)削減化石燃料的干脆燃燒，如脫硫處理。1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)濃硝酸與足量Zn反應(yīng)，生成的氣體中可能有NO2、NO、H2等。 ()(2)硝酸與Cu反應(yīng)中，HNO3只表現(xiàn)強氧化性。 ()(3)酸雨的pH＜5.6，正常雨水的pH＝7。 ()(4)剛收集到的酸雨放置一段時間后，pH會增大。 ()[答案](1)×(2)×(3)×(4)×2．下列關(guān)于硝酸的敘述正確的是()A．常溫下，濃硝酸可以使金屬鎂鈍化B．稀硝酸與活潑金屬反應(yīng)主要放出氫氣C．濃硝酸和稀硝酸都是強氧化劑D．室溫下，銅能與濃硝酸反應(yīng)，不能與稀硝酸反應(yīng)[答案]C3．分別寫出SO2、NO2形成酸雨的有關(guān)化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________、________________________________________________________________________________________________________________________________。[答案]SO2＋H2OH2SO3，2H2SO3＋O2=2H2SO43NO2＋H2O=2HNO3＋NO硝酸的氧化性及有關(guān)計算1．濃硝酸中加入紫色石蕊試液，溶液先變紅又褪色，這表現(xiàn)了HNO3的什么性質(zhì)？提示：酸性和強氧化性。2．酸性條件下，F(xiàn)e2＋、NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、Na＋能大量共存嗎？在NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))存在的酸性條件下還能氧化哪些離子？提示：不能共存，NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))在酸性條件下能將Fe2＋氧化為Fe3＋。S2－、HS－、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))、HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、I－等。3．將7.68g銅與50mL肯定濃度的硝酸恰好完全反應(yīng)，收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下4.48L氣體。請思索：(1)反應(yīng)過程中，失去電子的物質(zhì)的量為多少？(2)被還原的HNO3為多少摩爾？未被還原的HNO3為多少摩爾？(3)硝酸的物質(zhì)的量濃度為多少？(4)4.48L氣體的成分有哪些？各是多少L?提示：(1)n(e－)＝n(Cu)×2＝eq\f(7.68,64)×2mol＝0.24mol。(2)n(被還原HNO3)＝n(氣體)＝eq\f(4.48L,22.4L·mol－1)＝0.2mol，n(未被還原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)成分為NO2、NO，依據(jù)電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．硝酸的強氧化性HNO3中的＋5價氮元素具有很強的得電子實力。硝酸的濃度越大，反應(yīng)溫度越高，其氧化性越強。(1)硝酸與金屬的反應(yīng)①除Au、Pt等少數(shù)金屬外，硝酸幾乎可以氧化全部的金屬，如3Ag＋4HNO3(稀)=3AgNO3＋NO↑＋2H2O。②活潑金屬與硝酸反應(yīng)不生成H2，硝酸的濃度不同，還原產(chǎn)物不同，可能是NO2、N2O、NO、N2、NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))等。③不活潑金屬與硝酸反應(yīng)的模板為④常溫下，濃硝酸能使Fe、Al鈍化。加熱時可以與Fe、Al發(fā)生反應(yīng)。(2)硝酸與非金屬的反應(yīng)①反應(yīng)規(guī)律：非金屬單質(zhì)＋濃硝酸→最高價氧化物或其含氧酸＋NO2↑＋H2O；②實例：C＋4HNO3(濃)eq\o(=,\s\up9(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。(3)硝酸與還原性化合物的反應(yīng)硝酸的強氧化性還表現(xiàn)在可以氧化具有還原性的化合物或離子，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)鐵與稀硝酸反應(yīng)，先生成Fe(NO3)3，若Fe過量，F(xiàn)e(NO3)3再與Fe反應(yīng)生成Fe(NO3)2。2．硝酸與金屬反應(yīng)的計算(1)電子守恒法：硝酸與金屬反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)，氮原子得到的電子總數(shù)等于金屬原子失去的電子總數(shù)。(2)原子守恒法：硝酸與金屬反應(yīng)時，反應(yīng)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，一部分轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物，這兩部分中N的物質(zhì)的量之和與反應(yīng)消耗的硝酸中N的物質(zhì)的量相等。(3)電荷守恒法HNO3過量時，反應(yīng)后溶液中(不考慮OH－)依據(jù)電荷守恒有c(NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3)))＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金屬離子)。(4)利用離子方程式計算硝酸與硫酸混合液跟金屬的反應(yīng)，當(dāng)金屬足量時，不能用硝酸與金屬反應(yīng)的化學(xué)方程式計算，應(yīng)用離子方程式計算，因為生成的硝酸鹽中的NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))與硫酸電離出的H＋仍能接著與金屬反應(yīng)。如金屬銅與混酸的反應(yīng)方程式為3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O?！镜淅?.2g銅與過量硝酸(8mol·L－1、30mL)充分反應(yīng)，硝酸的還原產(chǎn)物為NO2和NO，反應(yīng)后溶液中含有amolH＋，則此時溶液中所含NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的物質(zhì)的量為()A．(0.2＋a)mol B．(0.1＋a)molC．(0.05＋a)mol D．a(chǎn)mol[思路點撥]B[3.2g銅與過量硝酸(8mol·L－1、30mL)充分反應(yīng)生成Cu2＋，充分反應(yīng)后溶液中Cu2＋的物質(zhì)的量為0.05mol，含amolH＋，依據(jù)電荷守恒，可得硝酸根的物質(zhì)的量等于銅離子物質(zhì)的量的2倍和氫離子的物質(zhì)的量之和，則此時溶液中所含NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的物質(zhì)的量為(0.1＋a)mol。][借題發(fā)揮](1)反應(yīng)過程中失去電子________mol。(2)被還原的HNO3為________mol。生成NO2和NO的總物質(zhì)的量為________mol。[答案](1)0.1(2)(0.14－a)(0.14－a)1．下列有關(guān)濃硝酸的說法中不正確的是()A．試驗室常用濃硝酸與金屬鋅反應(yīng)制備氫氣B．常溫下濃硝酸能使金屬鋁鈍化C．濃硝酸不穩(wěn)定，見光易分解，須要避光保存D．濃硝酸易揮發(fā)，打開瓶塞，瓶口有白霧產(chǎn)生A[濃硝酸的氧化性很強，與金屬反應(yīng)時一般不生成氫氣而生成氮氧化物，所以試驗室中不能運用濃硝酸制備氫氣，A錯誤；常溫下鐵、鋁遇濃硝酸會被快速氧化，在表面產(chǎn)生一層致密氧化物薄膜，對內(nèi)層的金屬起到了愛護(hù)作用，這種現(xiàn)象叫鈍化，B正確；濃硝酸不穩(wěn)定，見光簡單分解：4HNO3eq\o(=,\s\up9(光照))4NO2↑＋O2↑＋2H2O，所以應(yīng)避光保存，C正確；濃硝酸易揮發(fā)，打開瓶塞，瓶口有白霧產(chǎn)生，D正確。]2．某同學(xué)進(jìn)行有關(guān)銅、硝酸、硫酸化學(xué)性質(zhì)的試驗，試驗過程如圖所示：①、③均視察到試驗現(xiàn)象：溶液呈藍(lán)色，試管口有紅棕色氣體產(chǎn)生。下列說法正確的是()A．①試管口有紅棕色氣體產(chǎn)生，緣由是硝酸被還原為NO2B．由③的現(xiàn)象可得出結(jié)論：Cu可與稀硫酸反應(yīng)C．③中反應(yīng)的離子方程式：3Cu＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋8H＋=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2OD．③中可能產(chǎn)生SO2C[稀硝酸和銅片反應(yīng)的離子方程式為3Cu＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋8H＋=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，①試管口有紅棕色氣體產(chǎn)生是因為NO被空氣中的氧氣氧化為NO2，故A錯誤；③中的現(xiàn)象產(chǎn)生是因為溶液中的NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))在酸性環(huán)境下具有強氧化性，接著與銅發(fā)生反應(yīng)：3Cu＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋8H＋=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，故B錯誤，C正確；③中SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))沒有參與反應(yīng)，不行能產(chǎn)生SO2，故D錯誤。]3．某金屬單質(zhì)跟濃硝酸反應(yīng)，若參與反應(yīng)的單質(zhì)和濃硝酸的物質(zhì)的量之比為1∶4，濃硝酸被還原成NO2，則該單質(zhì)在氧化產(chǎn)物中的化合價為()A．＋2 B．＋3C．＋4 D．＋5A[依據(jù)得失電子守恒解題，但要留意硝酸中有和金屬元素結(jié)合的硝酸根未被還原，所以，設(shè)反應(yīng)后金屬的化合價為x，則列式為1×(x－0)＝(4－x)×(5－4)，解得x＝＋2。留意(4－x)代表的是有4mol硝酸反應(yīng)，和金屬元素結(jié)合的未被還原的硝酸為xmol，所以得電子的硝酸的物質(zhì)的量為(4－x)mol。]4．向某HNO3和Fe(NO3)3的混合溶液中漸漸加入鐵粉，產(chǎn)生無色氣體，該氣體遇空氣變紅棕色，溶液中Fe2＋的物質(zhì)的量和加入Fe粉的物質(zhì)的量之間的關(guān)系如圖所示，則原稀溶液中HNO3和Fe(NO3)3的物質(zhì)的量濃度之比為()A．4∶1 B．3∶1C．2∶1 D．1∶1A[由圖像可知，當(dāng)加入1molFe時，n(Fe2＋)＝0，再加入Fe，n(Fe2＋)漸漸增大，說明當(dāng)加入Fe少于1mol時，發(fā)生反應(yīng)：Fe＋4HNO3(稀)=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，所以混合溶液中含有4molHNO3，當(dāng)再加入1molFe時，發(fā)生反應(yīng)：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，得到3molFe2＋，由圖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的物質(zhì)的量濃度之比為4∶1。A項正確。]某校課外活動小組為了探究銅與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是否為NO，設(shè)計了如下試驗。試驗裝置如圖所示(已知NO、NO2能與NaOH溶液反應(yīng))：1．設(shè)計裝置A的目的是什么？為達(dá)到此目的，應(yīng)進(jìn)行的操作是什么？提示：利用生成的CO2將裝置內(nèi)的空氣趕盡，解除對氣體產(chǎn)物視察的干擾。打開分液漏斗上口的活塞(或使分液漏斗活塞上的凹槽對準(zhǔn)瓶口上的小孔)，打開K，當(dāng)裝置C中產(chǎn)生白色渾濁時，關(guān)閉K。2．反應(yīng)過程中，B裝置中的現(xiàn)象是什么？寫動身生反應(yīng)的離子方程式。提示：銅絲上產(chǎn)生氣泡，稀硝酸液面上氣體仍無色，溶液變?yōu)樗{(lán)色。3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。3．反應(yīng)一段時間，將注射器中的空氣注入E中，E中現(xiàn)象是什么？試驗?zāi)康氖鞘裁矗繉憚由砩磻?yīng)的方程式。提示：無色氣體變?yōu)榧t棕色，驗證Cu與稀HNO3反應(yīng)生成NO。2NO＋O2=2NO2。4．D中用干燥管的目的是什么？D裝置的作用是什么？提示：防止倒吸。汲取尾氣，防止污染空氣。5．若沒有設(shè)計A裝置，B中液面上方有什么現(xiàn)象？提示：無色變成紅棕色，一段時間又變?yōu)闊o色。通過Cu與稀硝酸的反應(yīng)的試驗探究，培育學(xué)生“科學(xué)探究與科學(xué)看法”的核心素養(yǎng)。1．酸雨被稱為“天堂的眼淚”，會造成水土酸性化、建筑物加速腐蝕等危害。下列有關(guān)說法正確的是()A．酸雨是指pH＜7的雨水，酸雨長時間放置，酸性變強B．NO2與SO2的過度排放是形成酸雨的主要緣由C．運用新型能源不會對酸雨的防治產(chǎn)生效果D．酸雨不會對動物的健康產(chǎn)生任何影響B(tài)[pH＜5.6的雨水叫酸雨，A錯誤；酸雨的形成主要是由SO2、NO2的過度排放引起的，B正確；削減酸雨的發(fā)生的措施有運用脫硫煤、運用新型能源等，C錯誤；酸雨不僅影響生物的生長發(fā)育，還會威逼人類健康，D錯誤。]2．下列試驗事實與硝酸性質(zhì)不相對應(yīng)的一組是()A．稀硝酸使紫色石蕊溶液變紅——酸性B．鐵與稀硝酸反應(yīng)不能放出氫氣——強氧化性C．要用棕色試劑瓶盛裝濃硝酸——不穩(wěn)定性D．氫氧化亞鐵固體與稀硝酸混合——僅強酸性D[稀硝酸具有酸性，使紫色石蕊溶液變紅，但它具有強氧化性，會把紅色物質(zhì)氧化為無色，A正確；稀硝酸具有氧化性，與Fe反應(yīng)，產(chǎn)生硝酸鹽、NO和水，不能產(chǎn)生氫氣，這是它的強氧化性，B正確；硝酸不穩(wěn)定，光照簡單分解產(chǎn)生NO2、O2和水，所以硝酸要放在棕色試劑瓶中避光保存，C正確；稀硝酸具有酸性，能與氫氧化亞鐵發(fā)生中和反應(yīng)，但硝酸同時具有強氧化性，會把Fe2＋氧化為Fe3＋，不僅僅表現(xiàn)酸性，D錯誤。]3．工業(yè)上用洗凈的廢銅屑作原料制取硝酸銅。為節(jié)約原料和防止環(huán)境污染，宜實行的方法是()A．Cu＋HNO3(濃)→Cu(NO3)2B．Cu＋HNO3(稀)→Cu(NO3)2C．Cueq\o(→,\s\up9(空氣),\s\do9(△))CuOeq\o(→,\s\up9(硝酸))Cu(NO3)2D．Cueq\o(→,\s\up9(濃硫酸),\s\do9(△))CuSO4eq\o(→,\s\up9(Ba（NO3）2))Cu(NO3)2C[A中產(chǎn)生NO2，B中產(chǎn)生NO，D中產(chǎn)生SO2，都產(chǎn)生了污染性氣體。]4．(素養(yǎng)題)下列試驗中均有紅棕色氣體產(chǎn)生，對比分析所得結(jié)論不正確的是()①②③A.由①中的紅棕色氣體，推斷產(chǎn)生的氣體肯定是混合氣體B．紅棕色氣體不能表明②中木炭與濃硝酸發(fā)生反應(yīng)C．由③說明濃硝酸具有揮發(fā)性，生成的紅棕色氣體為還原產(chǎn)物D．③的氣體產(chǎn)物中檢測出CO2，由此說明木炭肯定與濃硝酸發(fā)生了反應(yīng)D[A對，①中灼熱碎玻璃不與濃HNO3反應(yīng)，仍有紅棕色氣體NO2生成，說明濃硝酸受熱發(fā)生了分解反應(yīng)，生成NO2、O2和H2O；B對，由于濃硝酸受熱分解生成NO2，則②中紅棕色氣體可能來源于濃硝酸的分解，故不能表明②中木炭與濃硝酸發(fā)生反應(yīng)；C對，③中木炭未與濃硝酸接觸，生成的紅棕色氣體只能是揮發(fā)出的HNO3與紅熱木炭發(fā)生反應(yīng)，或揮發(fā)出的HNO3受熱分解生成NO2，說明濃硝酸具有揮發(fā)性，NO2是還原產(chǎn)物；D錯，由于空氣中含有O2，則紅熱的木條可能與O2反應(yīng)產(chǎn)生了CO2，且木炭和濃硝酸未接觸，故不能說明木炭與濃硝酸發(fā)生了反應(yīng)。]5．(素養(yǎng)題)利用如圖所示裝置進(jìn)行銅與硝酸反應(yīng)的試驗。(1)硝酸一般盛放在棕色試劑瓶中，請用化學(xué)方程式說明其緣由：__________________