新教材高中化学第2节第3课时硝酸酸雨及防治学案 人教版必修2.docx
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新教材高中化学第2节第3课时硝酸酸雨及防治学案人教版必修2
第3课时 硝酸 酸雨及防治
学习目标
核心素养
1．结合真实情境并通过实验探究，了解硝酸的主要性质，认识硝酸在工业和农业生产中的重要意义。
2．结合真实情境，认识硫、氮的化合物对生态环境的影响，了解酸雨及防治。
宏观辨识与微观探析：
能从物质类别和元素化合价的角度，预测硝酸的性质及转化
科学探究与创新意识：
能根据教材中给出的硝酸性质的探究问题，设计简单的实验方案，完成操作，观察现象，对实验现象作出解释
科学态度与社会责任：
能主动关心与环境保护有关的酸雨等社会热点问题，形成与环境和谐共处、合理利用自然资源的观念
新课情景呈现
常温下，浓硝酸或浓硫酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化，保护内部的金属不再与酸反应，所以可以用铝质或铁质容器盛放浓硝酸。
为什么常温下浓硫酸或浓硝酸使铝、铁钝化，让我们走进教材，学习硝酸和酸雨及防治。
课前素能奠基
新知预习
一、硝酸的性质
1．物理性质
2．化学性质
（1）酸性：
在水中的电离方程式为__HNO3===H＋＋NO
__。
（2）不稳定性：
浓硝酸见光或受热会发生分解，化学方程式为__4HNO3（浓）
4NO2↑＋O2↑＋2H2O__。
（3）强氧化性：
①实验探究：
实验
装置
稀硝酸
浓硝酸
实验
现象
反应缓慢，有少量气泡产生，__溶液变蓝__试管口有红棕色气体产生
反应剧烈，有__大量气泡__产生，__溶液变蓝__，液面上有__红棕色__气体产生
实验
结论
铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成__NO__气体
铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成__NO2__气体
②强氧化性的表现：
写出下列有关反应的化学方程式：
a．与金属反应：
稀硝酸与铜反应：
__3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O__。
浓硝酸与铜反应：
__Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O__。
b．与非金属反应：
浓硝酸与红热的碳（被氧化为CO2）的反应为
__C＋4HNO3（浓）
CO2↑＋4NO2↑＋2H2O__。
3．硝酸的用途与工业制法
（1）用途：
（2）工业制法：
①工业流程：
②写出有关化学方程式：
N2→NH3：
__N2＋3H2
2NH3__。
NH3→NO：
__4NH3＋5O2
4NO＋6H2O__。
NO→NO2：
__2NO＋O2===2NO2__。
NO2→HNO3：
__3NO2＋H2O===2HNO3＋NO__。
二、酸雨及防治
1．SO2与NO2的主要来源、危害和防治
（1）来源
（2）危害
（3）防治
2．酸雨
（1）概念：
pH<__5.6__的降水。
正常雨水由于溶解了CO2，其pH约为5.6。
（2）成因：
主要是大气中的__SO2__与__NO2__溶于水形成的。
（3）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、运输工具和电缆的腐蚀。
预习自测
1．判断下列说法是否正确（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）硝酸的浓度越大，其氧化性越强。
（ √ ）
（2）铜与浓硝酸反应只能生成二氧化氮气体。
（ × ）
（3）在铜与硝酸的反应中硝酸只表现氧化性。
（ × ）
解析：
（1）由铜与浓、稀硝酸反应的剧烈程度可知，硝酸的浓度越大氧化性越强。
（2）铜与浓硝酸反应开始生成NO2气体，但随硝酸浓度减小，会生成NO气体。
（3）铜与硝酸反应中有NO2（或NO）生成，又有硝酸铜生成，硝酸既表现氧化性又表现酸性。
2．下列因果关系不正确的是（ A ）
选项
原因
结果
A
大量植树造林
温室效应
B
SO2和NO2气体的大量排放
酸雨
C
含氮、磷等生活废水的大量排放
水华、赤潮
D
汽车尾气的排放
光化学烟雾
解析：
植物光合作用会吸收CO2，大量植树造林可防止温室效应，A项错误；SO2和NO2气体大量排放，最终会转变成硫酸和硝酸，造成酸雨，B项正确；磷、氮是植物的营养元素，含氮、磷等生活废水的大量排放，会导致水体富营养化，藻类疯长，引发水华、赤潮，C项正确；汽车尾气的排放会产生氮氧化物，从而造成光化学烟雾，D项正确。
3．建材厂家常常在铝质材料的表面镀铜，提高材料的美观程度。
某兴趣小组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：
稀硝酸与Al、Cu均反应，A项错；铜与浓硝酸反应，铝在浓硝酸中钝化，则可除去Cu，B项正确；Cu与稀硫酸不反应，不能除去Cu，C项错误；Cu与浓盐酸不反应，不能除去Cu，D项错误。
4．公元八世纪，阿拉伯炼金术士贾比尔·本·哈扬在干馏硝石的时候发现并制得了硝酸，这是人类关于硝酸最早的记录。
下列关于硝酸的叙述正确的是（ C ）
A．NO2溶于水生成硝酸，所以NO2是酸性氧化物
B．硝酸可与活泼金属反应生成盐和氢气
C．浓硝酸见光或受热易分解，必须保存在棕色瓶中
D．硝酸与铜的反应只表现出氧化性
解析：
HNO3中氮元素是＋5价，NO2中氮元素是＋4价，NO2不是酸性氧化物，A项错误；金属与浓硝酸反应生成NO2，与稀硝酸反应生成NO，不生成H2，B项错误；浓硝酸见光或受热易分解，所以应该保持在棕色、避光阴凉处，C项正确；硝酸与铜反应时，生成氮的氧化物和硝酸盐，则硝酸既表现出氧化性又表现酸性，D项错误。
5．中办、国办在第二轮中央生态环保督察启动之际印发了《中央生态环境保护督察工作规定》。
可见国家对环境保护的重视程度。
下列环境问题与产生的主要原因不相符的是（ D ）
①“光化学烟雾”主要是由汽车排放的氮氧化物所引起的
②“酸雨”主要是由空气中CO2的浓度增大引起的
③“温室效应”主要是由空气中CO2浓度增大引起的
④“赤潮”主要是由于水体中N、P等元素含量过高而引起的
A．只有①②B．只有②③
C．全部D．只有②
解析：
①“光化学烟雾”主要是由汽车排放的氮氧化物所引起的；②“酸雨”主要是由空气中SO2和氮的氧化物的浓度增大引起的；③“温室效应”主要由空气中CO2浓度增大引起的；④“赤潮”主要是由于水体中N、P等元素含量过高引起的；所以只有②不相符，故D项正确。
课堂素能探究
硝酸的强氧化性,
知识点
问题探究
1．少量的Fe与足量稀硝酸反应，Fe被氧化为＋2价还是＋3价？
过量的Fe与稀硝酸反应呢？
提示：
硝酸的氧化性较强，可将Fe氧化为Fe3＋，故少量的Fe与足量稀硝酸反应，Fe被氧化为＋3价；由于Fe可与Fe3＋生成Fe2＋，故过量的Fe与稀硝酸反应得到＋2价铁。
2．铜投入稀硫酸中不会溶解，再向溶液中投入KNO3固体，铜会不会溶解？
为什么？
提示：
会溶解。
由离子方程式8H＋＋2NO
＋3Cu===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O可知，只要溶液中同时有H＋和NO
，铜就会发生反应而溶解。
知识归纳总结
1．规律
（1）硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强。
（2）浓硝酸的还原产物是NO2，稀硝酸的还原产物是NO。
（3）还原剂一般被氧化为最高价态。
2．表现
（1）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；
NO2
N2O、N2、NH4NO3等
NO
③常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化，加热时反应。
（2）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）
CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
（3）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。
┃┃典例剖析__■
典例1
某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO设计了实验方案。
（1）甲同学设计如图实验（实验过程中活塞2为打开状态）。
①组装好装置检验气密性后，如何加入稀硝酸？
__打开活塞1，加入稀硝酸至液面a处__。
②如何控制反应的进行？
如何加快反应速率？
__通过关闭或开启活塞1可以控制反应的进行；在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率__。
③如何操作验证产生的气体为NO？
__反应开始后，胶塞下方有无色气体生成，打开活塞1，漏斗中有红棕色气体，证明该气体为NO__。
（2）乙同学设计了如图所示装置（加热装置和固定装置均已略去）。
图中K为止水夹（处于关闭状态），F是一半空的注射器。
①设计装置A的目的是__产生CO2，赶走装置中的空气，防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰__。
②装置E和F的作用是__验证NO的生成__。
为实现此作用，操作是__将注射器F中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明生成了NO__。
③装置D的作用是__吸收多余的氮氧化物，防止污染空气，防止倒吸__。
解析：
（1）①打开活塞1使左右大气相通，加入硝酸时，液面才能达到液面a处；②关闭或开启活塞1能控制U形管内产生气体的压强，当关闭活塞1，左侧压强大时能使铜和稀硝酸分离从而停止反应；加热可加快反应速率；③一氧化氮是无色气体，如果证明反应产生的气体是一氧化氮，需要将活塞1打开，将气体放入分液漏斗中，气体在分液漏斗中变为红棕色，则证明反应所产生的气体是一氧化氮。
（2）①装置中含有氧气，对NO的检验有干扰，A产生的CO2可以排除装置中的空气；②将注射器F中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明生成了NO；③氮的氧化物是大气污染物，可以被氢氧化钠溶液吸收，干燥管可以防止倒吸。
┃┃变式训练__■
1．下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是（ D ）
①
②
③
A．由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体
B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸产生了反应
C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物
D．③的气体产物中检测出CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应
解析：
A对，①中灼热碎玻璃不与浓HNO3反应，仍有红棕色气体NO2生成，说明浓硝酸受热发生了分解反应，生成NO2、O2和H2O；B对，由于浓硝酸受热分解生成NO2，则②中红棕色气体可能来源于浓硝酸的分解，故不能表明②中木炭与浓硝酸发生反应；C对，③中木炭未与浓硝酸接触，生成的红棕色气体只能是挥发出的HNO3与红热木炭发生反应，或挥发出的HNO3受热分解生成NO2，说明浓硝酸具有挥发性，NO2是还原产物；D错，由于空气中含有O2，则红热的木炭可能与O2反应产生了CO2，故不能说明木炭与浓硝酸发生了反应。
硝酸与金属反应的有关计算,
知识点
问题探究
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：
3Cu＋8HNO3===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。
当有8molHNO3参加反应时，有2molHNO3表现氧化性，6molHNO3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3∶1。
2．mgCu与足量的一定浓度的硝酸充分反应，生成VLNO、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，均有氮原子与被还原，NO和NO2的总物质的量与被还原HNO3的物质的量相等；末被还原（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。
知识归纳总结
1．硝酸与金属反应的规律
硝酸与金属单质反应时一部分被还原，一部分生成硝酸盐，故硝酸既表现了酸性又表现了氧化性，但硝酸与金属反应一般不生成H2。
（1）硝酸与铜的反应：
在反应中硝酸的作用可用如图表示：
可以看出，随HNO3浓度的降低，还原产物会由NO2变为NO。
①由氮原子守恒可知，无论是NO2还是NO，被还原的硝酸与被还原生成气体的物质的量总是相等的；
②未被还原的NO
与Cu2＋构成Cu（NO3）2，NO
的物质的量为Cu2＋物质的量的2倍；
③运用电子守恒、原子守恒，便可顺利求解参加反应的Cu、HNO3以及产物NO2、NO之间量的关系。
（2）稀硝酸与铁的反应：
Fe＋4HNO3（稀）===Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O①
3Fe（过量）＋8HNO3（稀）===3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O②
反应物的量与生成物的关系如图所示：
上述反应首先发生反应①，若Fe剩余再发生反应③Fe＋2Fe（NO3）3===3Fe（NO3）2，合并①③即可得反应②。
所以，无论反应①还是反应②，被还原的HNO3皆占参与反应的HNO3的
。
2．金属与硝酸反应常用的计算方法
（1）原子守恒法：
HNO3与金属反应时，反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量等于显酸性的HNO3（以硝酸盐的NO
形式存在于溶液中）的物质的量与显氧化性的HNO3（以NOx的形式存在）的物质的量之和。
（2）电子守恒法：
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。
（3）电荷守恒：
HNO3过量时反应后溶液中（不考虑OH－）有：
c（NO
）＝c（H＋）＋n×c（Mn＋）（Mn＋代表金属离子）。
┃┃典例剖析__■
典例2在标准状况下将1.92g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1.12L，则
（1）混合气体中NO的体积为__112__mL；
（2）上题参加反应的硝酸的物质的量是__0.11__mol；
（3）上题反应中起酸性作用与作氧化剂的硝酸的物质的量之比是__6∶5__。
解析：
（1）混合气体的总物质的量为1.12L÷22.4L·mol－1＝0.05mol,1.92g铜粉的物质的量为0.03mol。
设NO的物质的量为n1mol，则NO2的物质的量为（0.05－n1）mol，根据得失电子守恒得3n1＋（0.05－n1）×1＝0.03×2，解得n1＝0.005，V（NO）＝0.005mol×22.4L·mol－1＝0.112L＝112mL。
（2）由氮原子守恒知参加反应的硝酸的物质的量n（HNO3）＝2n[Cu（NO3）2]＋n（NOx）＝2n（Cu）＋n（NOx）＝0.03mol×2＋0.05mol＝0.11mol。
（3）起酸性作用与作氧化剂的硝酸的物质的量之比＝2n[Cu（NO3）2]∶n（NOx）＝（0.03×2）mol∶0.05mol＝6∶5。
┃┃变式训练__■
2.9.7gCu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2.24L。
将溶液稀释为1L，测得溶液的c（H＋）＝0.1mol·L－1，此时溶液中NO
的浓度为（ B ）
A．0.3mol·L－1B．0.4mol·L－1
C．0.2mol·L－1D．0.6mol·L－1
解析：
n（NO）＝
＝0.1mol，转移电子的物质的量＝0.1mol×（5－2）＝0.3mol；Cu、Zn分别与稀硝酸反应中生成＋2价阳离子，则每个金属原子生成金属阳离子间失去2个电子，根据金属和电子转移关系式得：
n（Cu）＋n（Zn）＝
n（e－）＝
×0.3mol＝0.15mol，溶液中根据电荷守恒得：
c（NO
）＝c（H＋）＋2c（Cu2＋）＋2c（Zn2＋）＝0.1mol·L－1＋2×0.15mol＝0.4mol·L－1，故选B。
名师博客呈现
1．解答有关金属与硝酸反应的思维流程
2．计算方法
原子
守恒法
HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO
的形式存在于溶液中，另一部分HNO3作为氧化剂转化为还原产物，这两部分HNO3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
得失电子
守恒法
HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得到电子的物质的量等于金属失去电子的物质的量
电荷
守恒法
HNO3过量时，反应后溶液中（不考虑OH－）有c（NO
）＝c（H＋）＋xc（Mx＋）（Mx＋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，由于硝酸盐中NO
在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，故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
〔即时训练〕
在某100mL混合酸中，HNO3物质的量浓度为0.4mol·L－1，H2SO4物质的量浓度为0.2mol·L－1。
向其中加入1.92g铜粉微热，待充分反应后，溶液中Cu2＋物质的量浓度约为（ B ）
A．0.15mol·L－1B．0.3mol·L－1
C．0.225mol·L－1D．无法计算
解析：
溶液中n（H＋）＝0.1L×0.4mol·L－1＋0.1L×0.2mol·L－1×2＝0.08mol，n（NO
）＝0.1L×0.4mol·L－1＝0.04mol，n（Cu）＝
＝0.03mol，根据反应的离子方程式3Cu＋8H＋＋2NO
===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O可知此时氢离子与Cu恰好完全反应，NO
过量。
故充分反应后，溶液中c（Cu2＋）约为
＝0.3mol·L－1。
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