学年高中化学 第3章 自然界中的元素 第2节 氮的循环第3课时硝酸 人类活动对.docx

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学年高中化学第3章自然界中的元素第2节氮的循环第3课时硝酸人类活动对

第3课时　硝酸　人类活动对氮循环和环境的影响

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[课标要求]

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。

　1．硝酸的四性：

强酸性、强氧化性、不稳定性、易挥发性。

2．硝酸性质两标志：

（1）硝酸起酸性作用的标志——生成硝酸盐；

（2）硝酸氧化性标志——氮元素化合价降低、“钝化”现象。

3．硝酸还原产物两规律：

（1）稀硝酸还原产物为NO；

（2）浓硝酸还原产物为NO2。

4．氮循环中四大环境问题：

酸雨、光化学烟雾、水体富营养化、温室效应。

1．硝酸的物理性质

2．硝酸的化学性质

（1）酸的通性

①硝酸是强酸，其电离方程式为。

②具有酸的通性：

能使酸碱指示剂发生颜色变化，能与金属、碱性氧化物、碱、盐发生反应。

（2）不稳定性

见光或受热分解的化学方程式为

4HNO3（浓）4NO2↑＋O2↑＋2H2O。

[特别提醒]　纯硝酸为无色液体，由于HNO3分解产生的NO2又溶于其中，浓硝酸一般呈黄色；向浓硝酸中通入O2，可以消除其黄色。

（3）强氧化性

[特别提醒]　

（1）HNO3的还原产物：

稀HNO3→NO，浓HNO3→NO2。

（2）HNO3→硝酸盐，表现HNO3的酸性；HNO3中N元素：

化合价降低，表现其氧化性，像HNO3在与金属反应时，酸根部分得电子被还原生成低价非金属化合物而不生成H2，这种酸称为氧化性酸，常见氧化性酸：

浓、稀HNO3、浓H2SO4。

（3）硝酸具有强氧化性，除Pt、Au之外，硝酸几乎能与所有金属反应，硝酸与金属反应不产生H2。

（4）常温下，Fe、Al遇浓硝酸钝化是氧化还原反应，并非不反应。

3．硝酸的保存方法

为了防止硝酸见光分解，一般将它保存在棕色试剂瓶里，放置在阴凉处，但是试剂瓶不能使用橡胶塞。

4．硝酸的用途

硝酸是一种重要的化工原料，常用来制造炸药、染料、塑料、硝酸盐等。

5．人类活动对氮循环和环境的影响

（1）光化学烟雾：

汽车尾气中的氮氧化物与碳氢化合物经紫外线照射后，发生反应形成的一种有毒的烟雾。

（2）酸雨：

氮氧化物与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。

（3）水体的富营养化：

当进入水体的氮的含量增大时，导致藻类“疯长”。

（4）大气中的氮氧化物主要来源于化石燃料的燃烧和植物体的焚烧，以及农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。

1．现有下列物质，其中必须保存在棕色试剂瓶里的是（　　）

①氯水　②氨水　③浓硝酸　④浓盐酸　⑤烧碱

A．①②③　　　　　　　　B．①③④

C．仅①③D．②⑤

解析：

选C　见光易分解的物质保存在棕色试剂瓶中。

2．下列有关硝酸反应的叙述中，错误的是（　　）

A．稀硝酸与铁反应，有氢气放出

B．浓硝酸跟铜反应，有二氧化氮气体放出

C．硝酸跟碳酸钠反应，有二氧化碳气体放出

D．硝酸受热时，有二氧化氮、氧气放出

解析：

选A　稀硝酸与金属反应不产生H2，应生成硝酸盐、NO和H2O。

3．选用下列物质填空（填序号）：

①二氧化碳　②二氧化硫　③氮氧化物　④氟氯烃

（1）会破坏臭氧层的物质是________。

（2）过量会导致温室效应加剧的物质是________。

（3）造成酸雨的物质是________。

（4）导致光化学烟雾的物质是________。

答案：

（1）③④　

（2）①③　（3）②③　（4）③

4．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。

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：

①－c－Ⅲ，②－d－Ⅱ、Ⅲ

③－b－Ⅱ、Ⅲ，④－f－Ⅰ

⑤－a，⑥－e－Ⅲ

1．常见反应分析

（1）浓硝酸与Cu的反应

若Cu过量，反应开始时浓硝酸的还原产物为NO2，但随着反应的进行，浓硝酸变成稀硝酸，其还原产物将为NO，最终应得到NO2与NO的混合气体，可利用守恒关系求解有关Cu、HNO3和混合气体的量，硝酸与其他金属（过量）反应的情况与此类似。

（2）稀硝酸与铁的反应

反应物量的关系

HNO3过量

Fe过量

恰好反应

产物

Fe（NO3）3

Fe（NO3）2

Fe（NO3）3或Fe（NO3）2或二者的混合物

2.常用解题技巧

（1）原子守恒：

n（HNO3）＝n（NO）＋n（还原产物中氮原子）

（2）电子守恒：

硝酸与金属反应属于氧化还原反应，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：

Mn＋和H＋所带正电荷总数等于NO所带负电荷总数。

[特别提醒]

过量的金属与浓HNO3反应后，若向溶液中滴入稀H2SO4，引入的H＋与NO能与剩余的金属继续反应。

1．将1.92g铜粉与一定量的浓硝酸反应，当铜粉完全反应时收集到气体1.12L（标准状况下）。

则所消耗硝酸的物质的量是（　　）

A．0.12mol　　　　　　　　B．0.11mol

C．0.09molD．0.08mol

解析：

选B　铜与HNO3反应时，消耗的HNO3转变为Cu（NO3）2和氮的氧化物（NO2或NO），根据氮原子守恒，其物质的量等于Cu（NO3）2、NO2或NO中氮原子之和。

n（Cu）＝＝0.03mol；n（气体）＝＝0.05mol；所以共耗HNO3的物质的量n（HNO3）＝0.03mol×2＋0.05mol＝0.11mol。

2．3.2g铜与过量硝酸（8mol·L－1,30mL）充分反应，硝酸的还原产物为NO2和NO，反应后溶液中含amolH＋，则此时溶液中所含NO的物质的量为（　　）

A．（0.2＋a）molB．（0.1＋a）mol

C．（0.05＋a）molD．amol

解析：

选B　反应后溶液中溶质有Cu（NO3）2和HNO3，n（NO）＝2n（Cu）＋n（H＋）＝（0.1＋a）mol。

[三级训练·节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

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．闪电　　　　　　　　　B．光化学烟雾

C．酸雨D．臭氧层空洞

解析：

选A　闪电是自然现象；光化学烟雾与氮氧化物的排放有关；酸雨与二氧化硫和二氧化氮的排放有关；臭氧层空洞与氟利昂、氮氧化物的排放有关。

2．下列块状金属在常温时，能全部溶于足量的浓硝酸的是（　　）

A．AuB．Cu

C．AlD．Fe

解析：

选B　Au与浓硝酸不反应，Al、Fe在常温下遇浓硝酸钝化，不能全部溶解，Cu能与浓硝酸反应，能全部溶于足量的浓硝酸中。

3．下列反应中硝酸只表现氧化性的是（　　）

A．灼热的炭与浓硝酸的反应

B．Cu与稀硝酸的反应

C．FeO与稀硝酸的反应

D．Fe（OH）3与硝酸的反应

解析：

选A　灼热的炭与浓硝酸的反应中硝酸只作氧化剂；Cu与稀硝酸、FeO与稀硝酸的反应中硝酸既表现氧化性又表现酸性；Fe（OH）3与硝酸的反应中硝酸只表现酸性。

4．下列离子方程式正确的是（　　）

A．Zn与稀硝酸反应：

Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑

B．Fe与过量稀硝酸反应：

3Fe＋8H＋＋2NO===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O

C．过量铁粉与稀硝酸反应：

Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O

D．Cu与稀硝酸反应：

3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O

解析：

选D　A项，不产生H2；B项，应生成Fe3＋；C项，应生成Fe2＋。

5．将一定质量铁粉加入到装有100mL某浓度的稀硝酸溶液中充分反应。

容器中剩有mg的铁粉，收集到448mLNO气体（标准状况）。

（1）所得溶液中溶质的化学式是________；

（2）原硝酸溶液的物质的量浓度为________mol·L－1。

解析：

因有铁粉剩余，故反应产物为Fe（NO3）2：

8HNO3（稀）＋3Fe===3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

8mol　　　　　　　　　　　　　　44800mL

n（HNO3）　　　　　　　　　　　　　448mL

n（HNO3）＝0.08mol，c（HNO3）＝0.8mol·L－1。

答案：

（1）Fe（NO3）2　

（2）0.8

1．下列污染现象主要与NO2有关的是（　　）

A．臭氧空洞　　　　　　　B．水体富营养化

C．光化学烟雾D．温室效应

解析：

选C　引起污染的主要物质：

臭氧空洞—氟氯烃，水体富营养化—含N、P、K物质，光化学烟雾—NO、NO2，温室效应—CO2。

2．关于硝酸的说法正确的是（　　）

A．常温下，向浓硝酸中投入Fe片，不会产生大量的红棕色气体，没有反应发生

B．与金属反应时，稀硝酸可能被还原为更低价态，则稀硝酸氧化性强于浓硝酸

C．硝酸电离出的H＋，能被Zn、Fe等金属还原成H2

D．硝酸与金属反应时，是＋5价的氮得电子

解析：

选D　常温下，浓硝酸使铁钝化，无红棕色气体产生，因表面生成致密的氧化膜而阻止了浓硝酸与铁的进一步反应，A错误；稀硝酸的氧化性比浓硝酸弱，不能根据氮元素化合价降低的多少判断，B错误；硝酸能电离出H＋，有酸的通性，但与金属反应不产生H2，此时是＋5价氮原子得电子，C错误，D正确。

3．下列对于硝酸的认识不正确的是（　　）

A．浓硝酸和稀硝酸都具有氧化性

B．铜与硝酸的反应属于置换反应

C．金属与硝酸反应一定不产生氢气

D．可用铁或铝质容器盛装浓硝酸

解析：

选B　硝酸是氧化性酸，浓、稀硝酸均有氧化性，A正确；铜不论与浓硝酸还是与稀硝酸反应都不是置换反应，B不正确；因为硝酸是强氧化性酸，金属与硝酸反应均不产生氢气，C正确；铁或铝遇冷浓硝酸钝化，故可用铁或铝质容器盛装浓硝酸，D正确。

4．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．与硫单质混合共热时生成H2SO4和NO2

解析：

选B　在A、C两项中HNO3使指示剂变色、与弱酸盐反应均表现酸性；在B、D两项中HNO3中氮元素的化合价均降低表现出氧化性，并且B项反应中又有Cu（NO3）2和水生成，说明此反应中HNO3还表现出酸性，D项只表现出氧化性。

5．将硝酸分解产生的气体收集于试管内然后倒立于水槽中，一段时间后试管内（假设没有空气混入）（　　）

A．剩余NOB．剩余O2

C．剩余NO2D．不剩余气体

解析：

选D　4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O，将所得气体收集于试管内倒立于水槽中时，4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，又全部转化为HNO3，无气体剩余。

6．0.3molCu和含1.2molHNO3的浓硝酸，充分反应后，生成NO2的量为（　　）

A．0.2molB．0.6mol

C．小于0.6molD．大于0.6mol

解析：

选C　因铜与浓硝酸反应：

Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O，随着反应的进行，浓硝酸变稀，稀硝酸与铜反应：

3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，所以放出的NO2小于0.6mol。

7．将ag纯铜片投入足量的一定浓度的硝酸中，反应后消耗的HNO3为bg。

若a∶b＝8∶21