1、基础课时19硝酸人类活动对氮循环和环境的影响学 习 任 务1能从物质类别、氮元素的价态的角度预测分析硝酸的性质，促进证据推理和模型认识化学核心素养的发展。2了解硝酸对人类发展的贡献，了解人类活动对氮循环和环境的影响，增强节约资源、保护环境的可持续发展的意识。一、硝酸的性质1实验探究硝酸的性质实验装置及操作实验现象实验结论瓶口产生白雾，闻到刺激性气味硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体反应缓慢，有少量气泡产生，溶液变蓝铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成NO气体反应剧烈，有大量气泡产生，溶液变蓝铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成NO2气体无明显现象发生钝化2物理性质颜色状态气味密度特性无色液态刺激性HNO3
2、H2O易挥发3化学性质(1)酸的通性：电离方程式为HNO3=HNO。硝酸能使酸碱指示剂发生颜色变化，能与金属、碱、碱性氧化物等反应。(2)不稳定性：浓硝酸受热或见光分解，化学方程式为4HNO34NO2O22H2O。(3)强氧化性：4用途硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、染料、塑料和硝酸盐等。在实验室里，硝酸是一种重要的化学试剂。判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)浓硝酸易挥发，因此打开浓硝酸的瓶口会出现大量白雾()(2)常温下，将铝片放入浓硝酸，无明显现象，是因为铝和浓硝酸不反应()(3)实验室可以用铜和稀硝酸制备少量的NO气体()(4)浓硝酸氧化性很强，常温下就可以和碳发生反
3、应()答案(1)(2)(3)(4)某同学在实验室取出一瓶浓硝酸，发现溶液显黄色，与教材中关于浓硝酸的描述出现偏差。(1)你能帮助该同学解释一下原因吗？应该如何避免这种情况的发生？提示浓硝酸不稳定，见光或受热会分解成NO2，NO2溶于浓硝酸使溶液显黄色；浓硝酸应该保存在棕色试剂瓶中，并放在阴凉处。(2)你能帮助该同学去除浓硝酸的黄色吗？提示向浓硝酸中通入氧气(或空气)，发生反应4NO2O22H2O=4HNO3，消除黄色。二、人类活动对氮循环和环境的影响1含氮物质的来源及危害2减少人体活动对氮循环和环境影响的措施(1)控制进入大气、土壤和水体中含有氮元素的物质的量。(2)增强生态系统对含有氮元素的
4、物质的吸收能力。光化学烟雾是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)等一次污染物在阳光(紫外光)作用下发生光化学反应生成二次污染物所形成的烟雾污染现象，是碳氢化合物在紫外线作用下生成的有害浅蓝色烟雾。光化学烟雾有什么危害？提示人和动物受到的主要伤害是眼睛和黏膜受刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。硝酸的氧化性通过以下实验分析硝酸的氧化性，并完成相关问题。问题1金属活动性顺序表中排在氢元素前的金属与酸反应一定产生氢气吗？金属活动性顺序表中排在氢元素后的金属与酸一定不反应吗？提示均不一定。如Fe与HNO3反应不产生氢气，Cu与浓、稀硝酸均可以反应。
5、问题2Fe、Al在常温下不能溶于浓硝酸中，是因为Fe、Al不能与浓硝酸发生反应吗？提示不是。Fe、Al等金属跟浓硝酸在常温下发生钝化现象，因而不能溶解，但是钝化不代表不反应，而是在浓硝酸的作用下Fe、Al表面形成了一层致密的氧化膜，阻止了反应的进一步发生，但在加热条件下可以剧烈反应。问题3Fe与稀硝酸反应时的产物与二者的用量有何关系？提示硝酸过量：Fe4HNO=Fe3NO2H2O；铁过量：3Fe8H2NO=3Fe22NO4H2O。问题4金属与硝酸的反应中，硝酸起什么作用？分别是如何体现的？提示强氧化性：HNO3中5价的氮元素有很强的得电子能力。例如将Fe氧化为高价态的Fe3。酸性：生成了盐类物
6、质。例如Fe(NO3)3、Al(NO3)3。1浓硝酸(1)与金属单质反应。浓硝酸与金属反应生成的气体主要是NO2。与不活泼金属单质：2HNO3(浓)Ag=AgNO3NO2H2O4HNO3(浓)Cu=Cu(NO3)22NO22H2O铁和铝常温下遇浓硝酸钝化，钝化是化学变化。(2)与非金属单质反应。浓硝酸在加热条件下能与非金属单质反应，本身被还原为NO2，非金属单质一般被氧化成氧化物或酸。C4HNO3(浓)CO24NO22H2OS6HNO3(浓)H2SO46NO22H2O2稀硝酸稀硝酸常温下与绝大多数金属单质反应生成的气体主要是NO，不产生氢气。(1)稀硝酸与铜反应8HNO3(稀)3Cu=3Cu(
7、NO3)22NO4H2O(2)稀硝酸与铁反应反应物量的关系HNO3过量Fe过量恰好反应产物Fe(NO3)3Fe(NO3)2Fe(NO3)3或Fe(NO3)2或二者的混合物(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NO和NO2的混合物，最终溶液中仍有NO。1下列说法中，正确的是()A碳与浓硝酸反应时，浓硝酸既表现氧化性又表现酸性B在0.1 molL1的盐酸中，K、Fe2、SO、NO能大量共存C56 g Fe与硝酸发生氧化还原反应时，Fe转移的电子是3 molD室温下，
8、可用铝槽车贮存或运输浓硝酸D碳与浓硝酸反应时生成CO2、NO2和H2O，HNO3全部被还原为NO2，则浓硝酸只表现氧化性，A错误；在0.1 molL1盐酸中存在大量H，在H存在下，Fe2与NO因能发生氧化还原反应而不能大量共存，B错误；因Fe与硝酸反应的相对物质的量不知道，Fe是否完全反应或反应后是生成Fe2还是生成Fe3都无法确定，故Fe转移的电子数也无法确定，C错误。2已知某四种单质分别与浓硝酸混合出现的情况依次是反应生成相应的硝酸盐；反应生成最高价含氧酸；发生钝化；不发生反应。则符合上述情况的单质可能是()ACu、Si、Zn、AuBAg、P、Al、PtCFe、C、Sb、Hg DCu、S、
9、Fe、PbB浓硝酸在常温下使铁、铝钝化，故A、C项不正确；浓硝酸能与绝大多数金属反应，但不能与Au、Pt反应，故D项不正确。3在浓硝酸中放入足量铜片，试回答下列问题：(1)反应开始时的化学方程式为_，实验现象为_。(2)反应将要结束时的化学方程式为_。(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_。解析(1)反应开始时，铜与浓硝酸反应。(2)随着反应的进行，硝酸的浓度不断减小，反应结束前实质上是铜与稀硝酸反应。(3)反应停止后再加稀硫酸，则溶液中的NO在酸性条件下，又能与过量的铜反应，相当于稀硝酸与铜反应。答案(1)Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO
10、22H2O溶液逐渐变蓝，有红棕色气体逸出(2)3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O(3)加入稀硫酸后，H与原溶液中的NO结合成HNO3，又能与过量的Cu反应，发生反应的化学方程式为3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O硝酸与金属反应的计算问题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：3Cu8HNO3=3Cu(NO3)22NO4H2O。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31。问题
11、2m 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HNO3的物质的量相等；未被还原(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。守恒法突破硝酸与金属反应的计算题1思维模型2计算中守恒思想的应用原子守恒法HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸性作用，以NO的形式存在于溶液中，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
12、、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电荷守恒法HNO3过量时反应后溶液中不考虑OH，则有c(NO)c(H)nc(Mn)(Mn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，由于生成的硝酸盐中的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进行计算，且溶液中符合电荷守恒规律【例题】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，测得溶液中的c(H)0.1 molL1，此时溶液中NO的浓度为()A
13、0.3 molL1B0.4 molL1C0.2 molL1 D0.6 molL1Bn(NO)0.1 mol，转移电子的物质的量为0.1 mol30.3 mol，因1 mol Cu或Zn与硝酸反应失去2 mol电子，可知：n(CuZn)0.3 mol20.15 mol，则nCu(NO3)2nZn(NO3)20.15 mol，其中所含n(NO)0.3 mol，溶液中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。【变式旁通】(1)例题中参加反应的n(HNO3)等于多少？写出计算过程。(2)若将例题中产生的NO氧化成HNO3，需要标准
14、状况下的O2多少升？写出计算过程。提示(1)n(HNO3)还原n(气体)0.1 mol，n(HNO3)酸性2nCu(NO3)22nZn(NO3)20.3 mol，故参加反应的HNO3的物质的量为0.4 mol。(2)据关系式：4NO3O2知，n(O2)n(NO)0.075 mol，V(O2)0.075 mol22.4 Lmol11.68 L。1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，则混合气体中NO的体积为()A112 mLB1 008 mLC224 mL D448 mLA混
15、合气体的总物质的量为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(0.05n1) mol，根据得失电子守恒得3n1(0.05n1)10.032，解得n10.005，V(NO)0.005 mol22.4 Lmol10.112 L112 mL。21 L稀硝酸和稀硫酸的混合液，其物质的量浓度分别为0.1 molL1和0.4 molL1。若向该混合液中加入足量的铜粉，则最多能溶解铜粉的质量为()A2.4 g B3.2 gC6.4 g D9.6 gD据反应原理写出反应的离子方程式为3Cu2NO8H=3Cu22NO4H2O0.1 mo
16、l0.9 molH过量，根据n(NO)计算溶解铜粉的质量，m(Cu)9.6 g。1下列现象的产生与人为排放大气污染物氮氧化物无关的是()A温室效应B光化学烟雾C酸雨 D水体的富营养化A温室效应主要来自CO2的大量排放，和氮氧化物无关。氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。水体中过量的含氮元素的物质对水体会造成污染，使水体富营养化，导致藻类“疯长”。2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常温下浓硝酸能使金属铝钝化C浓硝酸不稳定，见光易分解，需要避光保存D浓硝酸易挥发，打开瓶塞，瓶口有白雾产生A浓硝酸的氧化性很强，它跟金属发生反应，一般不生成氢气而生成
17、二氧化氮，所以实验室中不能使用浓硝酸与金属锌反应制备氢气，A项错误；在常温下铁、铝遇浓硝酸会被氧化，在表面产生一层致密的氧化物薄膜，对内层的金属起到了保护作用，B项正确；浓硝酸不稳定，见光容易分解：4HNO44NO2O22H2O，所以应避光保存，C项正确；浓硝酸易挥发，打开瓶塞，瓶口有白雾产生，D项正确。3下列反应中硝酸既表现出酸性又表现出氧化性的是()A使石蕊溶液变红B与铜反应放出NO气体并生成Cu(NO3)2C与Na2CO3反应放出CO2气体并生成NaNO3D与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2BA、C项中HNO3均只表现出酸性；在B、D项中HNO3中氮元素的化合价降低，表现出氧化性，
18、并且在B项中又有Cu(NO3)2和水生成，说明此反应中HNO3还表现出酸性。438.4 mg铜与适量的浓硝酸反应，铜全部反应后，共收集到22.4 mL(标准状况)气体，反应消耗的HNO3物质的量可能是()A1.0103 mol B1.6103 molC2.2103 mol D2.4103 molCHNO3与Cu反应时表现酸性和氧化性，酸性：2HNO3Cu(NO3)2氧化性：HNO3NOx，二者消耗HNO3物质的量的总和即为反应消耗HNO3的物质的量。n(Cu)6104 mol，则起酸性作用消耗HNO3的物质的量为1.2103 mol；n(NOx)1103 mol，则起氧化性作用消耗HNO3的物
19、质的量为1103 mol，二者之和为1103 mol1.2103 mol2.2103 mol。5利用装置进行铜与硝酸反应的实验。(1)硝酸一般盛放在棕色试剂瓶中，请用化学方程式说明其原因：_。(2)使用稀硝酸进行实验：反应开始后，铜丝逐渐变细，有气泡产生，溶液变蓝。铜与稀硝酸反应的离子方程式为_。实验中观察到试管中的气体略有红棕色，其原因是_(用化学方程式表示)。(3)使用浓硝酸进行实验：反应剧烈进行，铜丝逐渐变细，溶液变绿，试管上方出现红棕色气体。铜与浓硝酸反应的化学方程式为_。某同学推测反应后溶液呈绿色的原因是NO2在溶液中达到饱和，NO2的饱和溶液呈黄色，硝酸铜溶液呈蓝色，两者混合后呈绿色。他取少量该绿色溶液，向其中加入适量水后溶液变为蓝色，可能的原因是_(用化学方程式表示)。解析(1)硝酸易分解，具有不稳定性，故需保存在棕色瓶中。(2)铜与稀HNO3反应生成NO，在瓶口变为红棕色的NO2。(3)铜与浓HNO3反应生成NO2，NO2易和水反应生成HNO3和NO。答案(1)4HNO3(浓)4NO2O22H2O(2)3Cu8H2NO=3Cu4H2O2NO2NOO2=2NO2(3)Cu4HNO3=Cu(NO3)22NO22H2O3NO2H2O=2HNO3NO
