1、第3课时硝酸人类活动对氮循环和环境的影响(对应学生用书P63)1掌握硝酸的物理性质和化学性质。2了解人类活动对氮循环的影响，知道酸雨、光化学烟雾和富营养化等环境问题。3了解如何减少氮氧化物的排放，树立环境保护意识。一、硝酸1物理性质。纯硝酸为无色、有刺激性气味的液体，沸点低，易挥发，在空气中呈“白雾”状，质量分数95%以上的浓硝酸称为“发烟硝酸”。2化学性质。(1)酸性。硝酸具有酸的通性，能使指示剂变色，能与碱、碱性氧化物、盐等反应。如CaCO3与稀HNO3反应的化学方程式为：CaCO32HNO3(稀)=Ca(NO3)2CO2H2O。1将浓硝酸滴入紫色石蕊溶液中，有何现象？答案：先变红后退色(
2、2)不稳定性。见光或受热易分解，化学方程式为：4HNO34NO2O22H2O硝酸分解放出的NO2溶于其中而使硝酸呈黄色。光度越强、温度越高、硝酸越浓，越易分解，因此一般将它保存在棕色细口瓶里，并置于阴凉处。(3)强氧化性。与金属反应。a硝酸具有强氧化性，能与除金、铂、钛以外的大多数金属反应。Cu与浓HNO3、稀HNO3反应的化学方程式为Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO24H2O；3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O。b钝化：常温时浓硝酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化，所以可以用铁容器或铝容器盛放浓硝酸。与非金属反应。炭与浓硝酸反应的化学方程式为C4HNO3
3、(浓)CO24NO22H2O。2硝酸与铜反应时，硝酸体现了哪些性质？答案：硝酸体现了氧化性和酸性。硝酸被还原成氮的氧化物体现了氧化性，与金属结合成硝酸盐体现了硝酸的酸性。3浓硝酸与稀硝酸哪个氧化性强？答案：浓硝酸氧化性强。一种物质氧化性的强弱取决于其得电子能力的强弱，与同一种还原剂(如铜)反应时，浓硝酸反应更剧烈，更容易得电子，氧化性更强。3用途。硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、染料、塑料、硝酸盐等，也是实验室里的重要化学试剂。二、人类活动对氮循环和环境的影响1含氮物质的来源及其危害。氮氧化物水体富营养化2减少人类活动对氮循环和环境的影响的措施。(1)控制进入大气、陆地和海洋的有害物
4、质的数量。(2)增强生态系统对有害物质的吸收能力，如保护森林、植树造林等。1对于硝酸的物理性质，下列叙述不正确的是(B)A可以与水以任意比互溶B不易挥发C有刺激性气味D质量分数在95%以上的硝酸为发烟硝酸解析：硝酸易挥发，故B项不正确。2硝酸是一种重要的工业原料。(1)实验室中通常保存在棕色试剂瓶中，原因是4HNO3(浓)4NO2O22H2O(用化学方程式表示)。(2)储运浓硝酸时通常用铁罐或铝罐，原因是常温时，浓硝酸可使铁、铝钝化。(3)硝酸是一种易挥发性的酸，当两支分别蘸有浓硝酸和浓氨水的玻璃棒靠近时会产生大量白烟，白烟的成分是NH4NO3。(4)工业上通常用氨催化氧化法制硝酸，写出氨催化
5、氧化的化学方程式：4NH35O24NO6H2O硝酸工厂尾气的主要危害是形成酸雨和光化学烟雾。3将浓HNO3与下列“物质(或方法)”的“反应情况”和“表现性质”用短线连接。 Fe a不反应 .不稳定性蓝色石蕊试纸 b生成相应的硝酸盐 .酸性Cu c常温下钝化 .强氧化性加热 d先变红后退色Pt e生成相应气体氧化物C f分解解析：浓HNO3具有酸性能使指示剂变色，并能氧化指示剂。浓HNO3具有强氧化性，常温下使Fe、Al钝化，与Cu反应生成Cu(NO3)2，与非金属C加热生成CO2气体，但不能与Pt、Au反应。在加热或见光时易分解。答案：c，d、b、，fa，e硝酸是强氧化性酸，显强氧化性的是最高
6、价态5价氮元素，反应中N元素得到电子转化为较低价态。1硝酸与金属反应。硝酸能够与除Pt、Au、Ti以外的几乎所有的金属发生反应，硝酸与金属反应无H2生成，而生成N的低价化合物。通常情况下，浓硝酸与金属反应生成的主要是NO2，稀HNO3与金属反应生成的主要是NO。硝酸越稀还原产物的价态越低。(1)硝酸与铜的反应。Cu与浓HNO3反应的现象：反应剧烈，生成红棕色气体，溶液变蓝。化学方程式：Cu 4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2OCu与稀HNO3反应的现象：反应较缓慢，放出无色气体，然后又立即变为红棕色，溶液变蓝。化学方程式：3Cu 8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O
7、 (2)硝酸与Fe、Al的反应。Fe、Al等金属在常温下遇浓硝酸发生钝化现象。钝化有新物质生成，是化学变化。稀硝酸与铁反应：HNO3过量：Fe 4HNO3(稀)=Fe (NO3)3NO2H2OFe过量：3Fe 8HNO3(稀)=3Fe (NO3)22NO4H2O2浓硝酸与非金属反应。(1)可将C、S、P等非金属氧化成最高价氧化物或含氧酸。如S6HNO3(浓)H2SO46NO22H2O。(2)一般只有浓HNO3在加热时才与非金属反应。3硝酸与具有还原性的化合物反应。硝酸可氧化具有还原性的化合物，如I、Br、SO2、Fe2、S2、SO等。NO在酸性溶液中与具有还原性的离子如Fe2、S2、SO等均不
8、能大量共存。4浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后退色。特别提醒：(1)硝酸与金属反应时，一般既表现强氧化性，又表现酸性，参加反应的硝酸部分被还原，还有一部分仍以NO形式存在。(2)浓硝酸与金属反应的过程中，浓度逐渐减小，还原产物有可能是NO2和NO的混合物，最终溶液中仍有NO。某兴趣小组设计出下图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”实验，以探究化学实验的绿色化。(1)实验前，关闭活塞b，试管d中加水至浸没长导管口，塞紧试管c和d的胶塞，微热c，其目的是_。(2)在d中加适量NaOH溶液，c中放一小块铜片，由分液漏斗a向c中加入2 浓硝酸，c中反应的化学方程式是_。再由a向c中加入2 mL蒸馏水，
9、c中的实验现象是_。(3)下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是_，理由是_。方案 反应物甲Cu、浓HNO3乙Cu、稀HNO3丙Cu、O2、稀HNO3解析：加2 mL蒸馏水，浓HNO3的浓度减小，化学反应速率减慢。甲：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O乙：3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O丙：2CuO22CuOCuO2HNO3(稀)=Cu(NO3)2H2O甲、乙分别有污染环境的NO2与NO生成，而且甲、乙、丙制取1 mol的Cu(NO3)2时，消耗硝酸分别为：4 mol， mol，2 mol，所以丙方案最佳。答案： (1)检查装置气
10、密性 (2)Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O反应变缓，气体颜色变浅(3)丙制得等量的Cu(NO3)2耗酸量最少，无污染变式训练1用图中的简易装置可以进行气体的制取和收集。(1)实验前检查装置的气密性的操作是_。(2)拔开试管a的橡皮塞，加入10 mL 6 molL1的稀硝酸和1 g薄铜片，立即用带有导管的橡皮塞塞紧试管口。请写出试管a中所发生的所有反应的化学方程式_。(3)从反应开始到反应结束，预期在试管a中可以观察到哪些现象？请依次逐一写出_。(4)在反应开始时，可观察到导管b中的水面先沿导管b慢慢上升到一定高度，此后又回落，然后有气泡从管口冒出。试说明反应开始时，导管
11、中水面先上升的原因_。解析：Cu与稀HNO3反应生成NO气体，遇空气生成NO2。气体颜色由无色红棕色。NO2溶于水生成NO，且3NO2NO，是气体体积减小的反应，压强降低。答案：(1)把导管b的末端浸入水中，用手握紧试管a，捂热后，导管口有气泡冒出，松开手后，水又会上升到导管b中，则证明装置的气密性良好(2)3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O，2NOO2=2NO2(3)铜片和稀硝酸反应，铜片逐渐溶解，有无色气泡产生，反应速率开始时较慢，逐渐加快，试管a上部空间由无色变为红棕色，试管a的溶液由无色逐渐变为蓝色(4)由于反应开始时，产生的NO和试管上部的O2反应生成NO2，N
12、O2溶于水，和水反应，使装置内的气体压强减小，所以导管口的水面会上升一段高度1金属与HNO3反应的一般通式。(1)金属浓硝酸金属硝酸盐NO2H2O。(2)金属稀硝酸金属硝酸盐NOH2O。2反应规律。(1)铁与稀硝酸反应，先生成Fe(NO3)3，若Fe过量，Fe(NO3)3 再和Fe反应生成Fe(NO3)2。(2)铜与浓HNO3反应，若Cu过量，开始时硝酸的还原产物为NO2，随着反应的进行，浓HNO3变稀，硝酸的还原产物为NO，最终应得到NO2和NO的混合气体。3计算方法。(1)原子守恒：n(HNO3)n(NO)n(还原产物中氮原子)。HNO3与金属反应时，一部分HNO3 起酸的作用，以NO的形
13、式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，这两部分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。(2)电子守恒：n(被还原HNO3)化合价降低值n(金属) 化合价升高值。即N原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。(3)电荷守恒：c(NO)c(H)nc(Mn) (Mn代表金属离子)即Mn和H所带正电荷总数等于NO所带负电荷总数。(4)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，因此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。9
14、.7 g Cu和Zn的合金与足量的稀HNO3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 molL1，此时溶液中NO的浓度为()A0.3 molL1 B0.4 molL1C0.2 molL1 D0.6 molL1解析：n(NO)0.1 mol，转移电子的物质的量为0.1 mol30.3 mol，n(CuZn)0.3 mol20.15 mol，nn0.15 mol，其中所含n(NO)0.3 mol，溶液的c(HNO3)c(H)0.1 molL1，其中含n(NO)0.1 mol，溶液中NO的总浓度为0.4 molL1。答案：B变式训练2
15、38.4 mg铜跟适量的浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到气体22.4 mL(标准状况)，反应消耗的HNO3的物质的量可能是(C)A1.0103 mol B1.6103 molC2.2103 mol D2.4103 mol解析：浓HNO3在反应过程中逐渐变稀，实际上发生了两个反应：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O消耗的HNO3包括起酸性作用和氧化作用的两部分，前者反应后以NO形式存在，后者被还原后生成NO或NO2。根据氮原子守恒：Cu2HNO3Cu(NO3)2HNO3NOHNO3NO2，可知：n(HNO3)2n(Cu
16、)n(气体)22.2103 mol。1可以不用棕色瓶保存的试剂是(A)A氨水B氯水C浓硝酸D硝酸银解析：见光易分解的物质常放入棕色瓶中保存。2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：Al在浓HNO3中钝化，铜与浓HNO3可反应。3. (双选)下列反应中，浓HNO3既表现出氧化性又表现出酸性的是(AB)A浓HNO3中滴入石蕊试液并微热B氧化亚铁与浓HNO3反应C氢氧化铝与HNO3反应D碳与浓HNO3反应解析：在浓HNO3中滴入石蕊试液，石蕊试液先变红，表现出酸性，后退色，又表现出强氧化性，FeO与浓HNO3反应生成NO2和Fe(NO3)3，HNO
17、3表现出强氧化性，同时又表现出酸性。故选AB。4(双选)硝酸是一种重要的工业原料，仅2011年4月份，我国浓硝酸产量就达到214 787吨。下列对于硝酸的认识，正确的是(AC)A露置于空气中，溶液浓度会减小B铜与硝酸的反应属于置换反应C硝酸可氧化Fe2D常温下铁或铝与浓硝酸不反应解析：浓HNO3见光易分解，使浓度减小，A正确。Cu与HNO3不发生置换反应，B错。HNO3有强氧化性，可氧化有还原性的Fe2，C正确。常温下铁、铝遇浓硝酸钝化，而钝化是化学变化，D错。5往浅绿色的Fe(NO3)2溶液中逐滴加入稀盐酸时，溶液的颜色变化应该是(D)A颜色变浅 B逐渐变为红色C没有改变 D变为棕黄色解析：
18、Fe2和NO在溶液中可以大量共存，但加入稀盐酸后，NO在酸性条件下表现出强氧化性(即可认为H与NO结合成了HNO3)，把Fe2氧化为Fe3，溶液由浅绿色变成棕黄色。6用以下三种途径来制取相同质量的硝酸铜：铜跟浓硝酸反应，铜跟稀硝酸反应，铜跟氧气反应生成氧化铜，氧化铜再跟硝酸反应。以下叙述正确的是(D)A三种途径所消耗的铜的物质的量不相等B三种途径所消耗的硝酸的物质的量相等C所消耗铜的物质的量是：途径途径途径D所消耗硝酸的物质的量是：途径途径途径解析：三种途径发生的反应历程如下：途径CuCu(NO3)2NO2途径CuCu(NO3)2NO途径CuCuOCu(NO3)2由此可见，途径、消耗HNO3量
19、多且产生有毒气体。7将红热的固体单质甲投入黄色的溶液乙中，剧烈反应产生混合气体A，A在常温下不与空气反应，根据下列变化填空：(1)甲是_，乙是_，丙是_。(2)混合气体A的主要成分是_。(3)气体B是_，蓝色溶液是_。(4)甲与乙反应的化学方程式是_。解析：气体A与水反应后的溶液与单质丙反应，生成气体B和蓝色溶液，可推知丙为Cu，A中含NO2，A与水反应生成HNO3，所以B为NO；气体A与水反应后的气体通过澄清石灰水得到NO和白色沉淀，联想A是固体甲与黄色溶液乙反应得到的混合气体，可推知甲为碳，乙为浓硝酸，A中含NO2、CO2。答案：(1)C浓硝酸Cu(2)CO2和NO2(3)NOCu(NO3
20、)2溶液(4)C4HNO3(浓)CO24NO22H2O8. 在浓硝酸中放入铜片：(1)反应开始的化学方程式为_。 (2)若铜有剩余，则反应快要结束时的化学方程式是_。 (3)待反应停止后，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，其原因是_。 (4)若将12.8 g铜跟一定质量的浓硝酸反应，铜耗完后，共产生气体5.6 L(标准状况)，则所消耗的硝酸的物质的量是_。解析：该题综合了铜跟硝酸反应的多种情况。过量的铜跟浓硝酸反应时，随着反应的进行，硝酸的浓度逐渐变小，所以反应到后期，主要为铜稀硝酸反应；反应停止后，溶液中还有NO，当加入强酸后，H跟NO构成硝酸，使铜继续溶解。从定量的角度来看
21、，硝酸跟铜的反应表现了硝酸 的酸性和强氧化性，且表现酸性的硝酸的物质的量等于铜的物质的量的2倍，表现氧化性的硝酸的物质的量等于生成气体(NO或NO2)的物质的量，根据原子守恒，可求消耗硝酸的物质的量。答案：(1)Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO2 2H2O(2)3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O(3)加入稀硫酸后，硫酸电离的H与原溶液中的NO又组成了具有强氧化性的稀硝酸，稀硝酸又跟过量的铜反应产生气体(4)0.65 mol9锌与很稀的硝酸反应生成硝酸锌、硝酸铵和水。当生成1 mol 硝酸锌时，被还原的硝酸的物质的量为(D)A2 mol B1 molC0.5 m
22、ol D0.25 mol解析：根据电子守恒，生成1 mol Zn(NO3)2时，转移电子2 mol，被还原的HNO3的物质的量为1/4 mol。10某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的是NO气体，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_；A中反应的化学方程式是_。(2)在(1)中的操作后将装置B中铜丝插入稀硝酸，并微热之，观察到装置B中的现象是_；B中反应的离子方程式是_。(3)装置E和F的作用是_；为实现此目的，操作方法是_。(4)D装置的作用是_。解析：NO是无色有毒的气体，易与O2反应生成红
23、棕色有毒的NO2，若验证生成气体是NO，则必须排尽装置中空气。A装置中产生CO2气体能将整套装置中空气赶尽，当C中有白色沉淀生成时，则说明装置中已无空气。若判断产物气体，可向E中推入空气(或氧气)，若气体由无色红棕色，说明反应产生NO气体。答案：(1)利用生成的CO2将整套装置内的空气赶尽，以排除对气体产物观察的干扰 打开K，当装置C中产生白色沉淀时，关闭KCaCO32HNO3=Ca(NO3)2CO2H2O(2)铜丝上产生气泡，稀硝酸液面上气体仍无色，溶液变为蓝色3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O(3)验证无色气体为NO 将注射器F中的空气推入E中(4)吸收NO、NO2等尾气，防止污染空气