第二节氮及其化合物硝酸 酸雨及防治 教学案2含答案文档格式.docx
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③王水
组成
浓硝酸和浓盐酸的混合物,体积比为1∶3
特性
能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解
[练习]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×
”)
(1)金属与硝酸反应无H2放出是因为硝酸中N元素的化合价处于最高价态,其得电子能力强于H+( )
(2)碳、铜分别与浓硝酸反应,浓硝酸均只表现强氧化性( )
(3)浓硝酸能用铁制容器或铝制器存放是因为铝、铁与浓硝酸不反应( )
(4)向浓硝酸中滴加石蕊溶液,现象为先变红后褪色( )
答案
(1)√
(2)×
(3)×
(4)√
3.工业制法
工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸,如下图所示:
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、硝酸盐等。
2.氮及其化合物的转化关系如下图所示,则下列说法不正确的是( )
A.路线①②③是工业生产硝酸的主要途径
B.路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径
C.上述所有反应都是氧化还原反应
D.氮气可在足量的氧气中通过一步反应生成NO2
解析 氮气和氧气在放电或高温条件下反应生成NO,NO与O2反应生成NO2,故氮气与氧气不能一步转化为NO2。
答案 D
二、酸雨及其防治
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生成氮氧化物)。
2.酸雨
(1)概念:
pH<
5.6的降雨。
(2)成因:
主要是大气中的SO2和NOx以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于水形成的。
(3)类型
①硫酸型:
SO2→H2SO3→H2SO4。
化学方程式:
SO2+H2OH2SO3、2H2SO3+O2===2H2SO4。
②硝酸型:
NO2→HNO3。
3NO2+H2O===2HNO3+NO。
(4)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、运输工具及电缆的腐蚀。
3.酸雨是对呈酸性(pH小于5.6)降水的统称。
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
解析 工业废水任意排放引起江河湖泊污染,而酸雨是由于SO2和NO2溶于水引起的。
答案 C
探究一 硝酸的强氧化性
[探究素材]
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。
1.下列关于硝酸的说法中正确的是( )
A.稀硝酸能与Fe发生反应,浓硝酸不能
B.浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂
C.稀硝酸是弱酸,浓硝酸是强酸
D.稀硝酸与Cu反应生成NO,而浓硝酸与Cu反应生成NO2,稀硝酸得电子更多,故稀硝酸的氧化性大于浓硝酸
解析 A项,加热条件下,浓硝酸也能与Fe发生反应;
B项,浓、稀硝酸均具有强氧化性;
C项,硝酸属于强酸,与浓度大小无关;
D项,硝酸的氧化性强弱与其浓度大小有关,浓硝酸的氧化性大于稀硝酸的氧化性,这与HNO3和Cu反应中HNO3得电子数目多少无关。
答案 B
1.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)
2.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。
2.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,生成Cu(NO3)2
C.与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3
D.与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2
解析 A项,HNO3只表现酸性;
B项,Cu与稀硝酸反应时,部分起酸的作用生成Cu(NO3)2,部分做氧化剂被还原为NO;
C项,2HNO3+Na2CO3===CO2↑+H2O+2NaNO3,HNO3只表现强酸性;
D项,HNO3将S氧化为H2SO4,自身被还原为NO2,在该反应中HNO3只表现强氧化性。
探究二 硝酸与金属反应的计算
硝酸与金属反应的计算:
1.电子守恒法:
硝酸与金属反应属于氧化还原反应,氮原子得到的电子总数等于金属原子失去的电子总数。
2.原子守恒法:
硝酸与金属反应时,反应前硝酸中的NO
一部分仍以NO
的形式存在,一部分转化为还原产物,这两部分中N的物质的量之和与反应消耗的硝酸中N的物质的量相等。
3.物质的量之比为2∶5的锌与稀硝酸反应,若硝酸被还原的产物为N2O,反应结束后锌没有剩余,则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是( )
A.1∶4B.1∶5
C.2∶3D.2∶5
解析 设2molZn参与反应,因Zn无剩余,则最终生成了2molZn(NO3)2,显然含有4molNO
,这部分是没有参与氧化还原反应的HNO3;
HNO3→N2O过程中N元素的化合价+5价→+1价,根据得失电子守恒有:
2×
n(Zn)=n(HNO3)×
4,则n(HNO3)=1mol,即有1molHNO3被还原。
答案 A
硝酸与硫酸混合液跟金属的反应,当金属足量时,不能用硝酸与金属反应的化学方程式计算,应用离子方程式计算,因为生成的硝酸盐中的NO
与硫酸电离出的H+仍能继续与金属反应。
如金属铜与混酸的反应离子方程式为:
3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O。
4.将2.56g铜粉加入100mL0.4mol·
L-1的稀HNO3溶液中,加热充分反应后再加入100mL0.2mol·
L-1的H2SO4溶液,继续加热,待充分反应后,所得溶液中Cu2+的物质的量浓度是(忽略溶液体积变化)( )
A.0.15mol·
L-1B.0.2mol·
L-1
C.0.075mol·
L-1D.0.45mol·
解析 2.56g铜粉的物质的量为
=0.04mol,NO
的物质的量为0.1L×
0.4mol/L=0.04mol,H+的物质的量为0.1L×
0.4mol/L+0.1L×
0.2mol/L×
2=0.08mol,该反应的离子方程式为:
===3Cu2++2NO↑+4H2O,由离子方程式可知,H+完全反应,铜和硝酸根过量,具体有
,
解得Cu2+的物质的量n=
=0.03mol,所得溶液中Cu2+的物质的量浓度为c=
=
=0.15mol/L,答案选A。
探究三 酸雨的形成与防治
常见的环境污染
环境污染
形成原因
主要危害
温室效应
大气中CO2含量不断增加
全球变暖,冰雪融化
酸雨
SO2和氮氧化物的排放
土壤酸化,腐蚀建筑物
光化学烟雾
氮氧化物和碳氢化合物的排放
危害人体健康和植物生长
臭氧空洞
氮氧化物和氟氯代烃的排放
地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧
赤潮和水华
含磷洗衣粉的大量使用及其废水的任意排放
使藻类过度繁殖,水质恶化,发生在海水中为赤潮,淡水中为水华
白色污染
聚乙烯塑料的大量使用,任意丢弃
破坏土壤结构和生态环境
特别提醒
(1)氮的氧化物是造成酸雨和臭氧层空洞的共同污染物。
(2)NO在破坏臭氧层的过程中可发生如下反应:
O3===O2+O
NO+O3―→NO2+O2①
NO2+O―→NO+O2②
总反应方程式为2O3===3O2,从整个反应来看NO作催化剂。
(3)NO使人中毒的原理与CO相似,被人体吸入后与血红蛋白结合生成一氧化氮血红蛋白,从而使血红蛋白失去运输O2的能力。
5.回答下列问题。
如图是德国的一座大理石雕像在六十年间的变化,结合所学知识回答下列问题:
(1)造成上述现象的原因__________________________________。
(2)写出上述变化中的化学(或离子)方程式:
___________________________。
(3)为防治酸雨,降低煤燃烧时向大气排放的SO2,工业上将生石灰和含硫煤混合后使用。
请写出燃烧时,有关“固硫”(不使硫化合物进入大气)反应的化学方程式:
___________________________________________________________。
答案
(1)酸雨对雕像的腐蚀
(2)SO2+H2OH2SO3,2H2SO3+O2===2H2SO4,
3NO2+H2O===2HNO3+NO,2H++CaCO3===Ca2++H2O+CO2
(3)CaO+SO2
CaSO3,2CaSO3+O2===2CaSO4
SO2和氮的氧化物的吸收、转化
1.NaOH溶液吸收
SO2+2NaOH===Na2SO3+H2O
NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O
2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O
2.氨气吸收
2NH3+H2O+SO2===(NH4)2SO3
8NH3+6NO2
7N2+12H2O
4NH3+6NO
5N2+6H2O
3.汽车尾气转化器
2CO+2NO
2CO2+N2
4.石灰吸收
CaO+SO2
CaSO3、2CaSO3+O2===2CaSO4
6.下图所示是酸雨的形成示意图。
根据图示回答下列问题。
(1)下列气体容易形成酸雨的是________。
A.CO2B.SO2
C.N2D.NO2
(2)下列措施中,可减少酸雨产生的途径的是________(填字母)。
①少用煤作燃料 ②把工厂烟囱造高 ③燃煤脱硫
④在已酸化的土壤中加生石灰 ⑤开发新能源
A.①②③B.②③④⑤
C.①③⑤D.①③④⑤
答案
(1)BD
(2)C
课堂练习:
1.为除去镀在铝表面的铜镀层,可选用的试剂是( )
A.稀硝酸B.浓硝酸
C.稀硫酸D.浓盐酸
解析 常温下,Al在浓HNO3中钝化,铜与浓HNO3可反应。
2.相同质量的铜片分别与过量的体积相同的浓硝酸、稀硝酸反应。
二者比较,相等的是( )
①铜片消耗完所需时间 ②反应生成的气体体积(标准状况) ③反应中氧化剂得到的电子总数 ④反应后溶液中铜离子的浓度
A.①③B.②④
C.③④D.只有①
解析 浓硝酸与Cu反应剧烈,所用时间短;
因Cu反应后均生成Cu2+,故等质量的Cu失电子数相等,生成n(Cu2+)相等,又溶液体积相同,故c(Cu2+)相等;
由电子守恒知Cu→2NO2,3Cu→2NO,故生成气体体积不等。
3.已知3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,则下列说法不正确的是( )
A.Cu做还原剂,HNO3做氧化剂
B.HNO3在该反应中只有部分表现出了氧化性
C.每生成22.4L(标准状况)NO有3mol电子转移
D.如果有8molHNO3被还原,则生成了2molNO
解析 根据反应
+4H2O知,A正确;
HNO3在该反应中既表现酸性又表现氧化性,B正确;
根据双线桥分析,该反应每生成2molNO转移6mol电子,C正确;
HNO3被还原生成NO,若有8molHNO3被还原,则生成8molNO,D错误。
4.化学在生产和日常生活中有着重要的应用。
下列说法正确的是( )
A.工业上利用合成氨实现人工固氮涉及氧化还原反应
B.CO、SO2、NO、NO2都是对大气产生污染的气体,它们在空气中都能稳定存在
C.光化学烟雾的形成主要与NOx、SO2和碳氢化合物有关
D.大量燃烧化石燃料排放的废气中含CO2、SO2,从而使雨水的pH=5.6形成酸雨
解析 A.在由N2与H2合成NH3的过程中,元素的化合价都发生了变化,因此该反应属于氧化还原反应,A符合题意;
B.CO、SO2、NO、NO2都是对大气产生污染的气体,其中CO、SO2、NO2在空气中能稳定存在,而NO会与O2反应产生NO2气体,因此NO不能稳定存在,B不符合题意;
C.光化学烟雾的形成主要与NOx和碳氢化合物有关,与SO2无关,C不符合题意;
D.pH<
5.6的雨水被称为酸雨,大量燃烧化石燃料排放的废气中含有的SO2会使雨水的pH<
5.6,形成酸雨,而与CO2无关,D不符合题意;
故合理选项是A。
(1)有时在实验室看到的硝酸显黄色,原因是______________________________________________________________。
实验室保存硝酸的方法是________________________________________。
(2)铜与足量浓HNO3反应时,表现酸性的硝酸与做氧化剂的HNO3物质的量之比为________。
(3)铜粉放入稀硫酸溶液中,加热后无明显变化,但加入某盐一段时间后,发现铜粉质量减少,则该盐不可能是________(填序号)。
A.FeCl3 B.NaCl
C.KNO3D.Cu(NO3)2
(4)一定量的浓硝酸与足量的铜充分反应,生成气体的成分有________,写出反应的离子方程式:
__________________________________________。
向反应后的溶液中加入稀硫酸,如果反应,写出反应的离子方程式:
______________________________________________________________
______________________________________________________________。
(5)从某金属粉末(含有Au、Cu、Ag)中分离出Au,加入的试剂是______________________________________________________________,
写出Ag参与反应的化学方程式:
__________________________________
(6)往两支分别装有浅绿色的Fe(NO3)2和FeSO4溶液的试管中分别逐滴加入稀盐酸时,溶液的颜色变化应该为
Fe(NO3)2溶液_______________________________________________;
FeSO4溶液_________________________________________________。
答案
(1)久置硝酸显黄色是由于硝酸见光或受热发生了分解,生成的NO2溶于浓硝酸所致 保存在棕色试剂瓶中,并置于阴凉处
(2)1∶1 (3)B
(4)NO2、NO Cu+4H++2NO
===2NO2↑+2H2O+Cu2+、3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O 3Cu+8H++2NO
===3Cu2++2NO↑+4H2O (5)稀硝酸 3Ag+4HNO3(稀)===3AgNO3+NO↑+2H2O
(6)浅绿色变棕黄色 不变色
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