人教版 (2019)必修 第二册第五章 化工生产中的重要非金属元素第二节 氮及其化合物第3课时学案设计

这是一份人教版 (2019)必修 第二册第五章 化工生产中的重要非金属元素第二节 氮及其化合物第3课时学案设计，共12页。学案主要包含了学习目标，自主预习，效果检测，合作探究，核心归纳，典型例题，随堂检测等内容，欢迎下载使用。
1.能运用氧化还原反应知识理解硝酸的氧化性。
2.了解硝酸在相关反应中所体现的性质,了解硝酸的保存方法。
3.了解SO2、NO2对大气质量的影响,特别是酸雨的成因、危害及防治措施。
【自主预习】
一、硝酸的性质与应用
1.物理性质
纯净的硝酸是 色、 挥发、有 气味的液体,熔、沸点较低,质量分数为95%以上的浓硝酸在空气中挥发出硝酸蒸气会产生“发烟”现象,通常又称为 。
2.化学性质
(1)不稳定性
浓硝酸见光或受热会发生分解,化学方程式为 。
(2)强氧化性
①实验探究
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: 。
浓硝酸与铜反应: 。
b.与非金属反应
浓硝酸与红热的C(被氧化为CO2)的反应为 。
3.硝酸的用途
硝酸是一种重要的化工原料,常用来制 、农药、染料、炸药等。实验室里,硝酸是一种重要的化学试剂。
二、硝酸的工业制备
1.硝酸工业生产的流程
2.写出有关化学方程式:
N2→NH3: 。
NH3→NO: 。
NO →NO2: 。
NO2→HNO3: 。
三、酸雨及防治
1.酸雨的形成与危害
2.SO2和NO2的主要来源、危害和防治
【答案】
一、1.无 易 刺激性 发烟硝酸
2.(1)4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O
(2)①溶液变蓝 大量气泡 溶液变绿 红棕色 NO NO2 ②Fe、Al
a.3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+4HNO3(浓)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
b.C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O
3.化肥
二、N2+3H22NH3
4NH3+5O24NO+6H2O
2NO+O22NO2
3NO2+H2O2HNO3+NO
三、小于5.6 二氧化硫 氮氧化物
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)硝酸是一种黄色并具有一定挥发性的酸,保存时不可用橡胶塞。( )
(2)锌与稀硝酸反应得不到氢气,说明稀硝酸能使锌钝化。( )
(3)常温下,向浓硝酸中投入铁片,会产生大量红棕色气体。( )
(4)硝酸与金属反应时,主要是+5价的氮得电子。( )
(5)工业浓硝酸通常呈黄色,是因为溶解了NO2气体。( )
(6)浓硝酸不论与铜或碳反应,均体现其强氧化性。( )
(7)足量铁与稀硝酸反应后溶液呈浅绿色,说明稀硝酸不能氧化Fe2+。( )
(8)二氧化氮不仅能形成酸雨,还能在一定条件下促进形成“光化学烟雾”。( )
【答案】(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)√ (7)× (8)√
2.浓硝酸与稀硝酸相比较,哪种物质的氧化性更强?举例说明。
【答案】浓硝酸;稀硝酸不能氧化非金属单质,而浓硝酸可以。
3.如何判断硝酸在化学反应中,是表现氧化性还是酸性呢?
【答案】关键看反应后N元素在溶液中的存在形式。
①若N元素以NOx形式存在,则硝酸表现氧化性;
②若N元素以NO3-形式存在,则硝酸表现酸性;
③若上述两种形式均存在,则硝酸既表现氧化性又表现酸性。
4.为什么可以用铁制槽车和铝制槽车运输浓硝酸?
【答案】浓硝酸有强氧化性,在常温下能将铁和铝的表面氧化,生成一层致密的氧化物保护膜,使铁和铝钝化,从而阻止反应进一步发生。
【合作探究】
任务1 硝酸的性质
情境导入 海外网2021年6月22日电:当地时间21日,日本东京都的一家螺丝工厂发生硝酸泄漏事故,导致8名工作人员因烧伤和身体不适被紧急送医。硝酸泄漏事故现场会产生大量黄色的浓烟,伴随着刺鼻的气味不断向外扩散,消防人员采用大量水和碱液稀释,事故得到有效控制。
问题生成
1.硝酸泄漏为什么会产生黄烟?其主要成分是什么?
【答案】浓硝酸受热或见光易分解,化学方程式为4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O,黄烟的主要成分为NO2。
2.想一想,实验室中如何保存浓硝酸?
【答案】浓HNO3用棕色带磨口玻璃塞的试剂瓶保存,并置于冷暗处。
3.某同学在实验室取出一瓶浓硝酸,发现溶液显黄色,与教材中关于硝酸的描述出现偏差。你能帮助该同学解释一下原因吗? 你能帮助该同学去除硝酸的黄色吗?
【答案】浓硝酸不稳定,见光或受热会分解生成NO2,NO2溶于浓硝酸使溶液显黄色;在浓硝酸中通入足量的氧气,发生反应4NO2+O2+2H2O4HNO3,使NO2转化为硝酸,即可除去浓硝酸中的“黄色”。
4.消防人员采用大量水和碱液稀释硝酸,原因是什么?
【答案】硝酸呈酸性,用大量水冲洗可降低硝酸浓度;碱液可以与硝酸发生中和反应消除污染。
5.金属与硝酸的反应中,硝酸起什么作用?分别是如何体现的?
【答案】①强氧化性:HNO3中+5价的氮有很强的得电子能力。例如,将Fe氧化为高价态的Fe3+。②酸性:生成了盐类物质。例如Fe(NO3)3、Al(NO3)3。
【核心归纳】
1.硝酸与金属反应的一般规律
(1)金属与硝酸反应不生成H2
如:2HNO3(浓)+AgAgNO3+NO2↑+H2O;
4HNO3(稀)+3Ag3AgNO3+NO↑+2H2O。
(2)浓硝酸与Fe、Al的反应
常温条件下:Fe、Al钝化(化学变化);加热条件下:生成硝酸盐、NO2和H2O。
(3)稀硝酸与Fe反应
反应关系:HNO3Fe(NO3)3Fe(NO3)2
(4)浓硝酸与铜的反应
浓硝酸开始HNO3被还原为NO2,随着反应的进行,浓硝酸变稀,HNO3被还原为NO,向反应后的溶液中加稀硫酸,NO3-又被还原为NO。
2.金属与硝酸反应的计算方法
【典型例题】
【例1】下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是( )。
【答案】B
【解析】稀硝酸与铁粉反应,铁首先被氧化成Fe3+,过量的铁粉将Fe3+还原,最终得到Fe2+,再滴入KSCN溶液,溶液不显红色,A项错误;常温下,Fe、Al在浓HNO3或浓H2SO4中发生钝化,Fe、Al表面生成致密的氧化膜阻止了反应的进行,B项正确;Al箔能与稀HNO3反应,现象为Al箔溶解并放出气体,C项错误;强氧化性的物质都有漂白性,浓硝酸具有氧化性,能使蓝色石蕊试纸先变红后褪色,D项错误。
【例2】现有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。将反应后的溶液稀释为1 L,测得溶液中的c(H+)=0.1 ml·L-1,此时溶液中NO3-的浓度为( )。
A.0.3 ml·L-1 B.0.4 ml·L-1
C.0.2 ml·L-1 D.0.6 ml·L-1
【答案】B
【解析】n(NO)=0.1 ml,转移电子的物质的量为0.1 ml×3=0.3 ml,因1 ml Cu或Zn与硝酸反应失去2 ml电子,故n(Cu)+n(Zn)=0.3ml2=0.15 ml,则n[Cu(NO3)2]+n[Zn(NO3)2]=0.15 ml,其中所含n(NO3-)=0.3 ml,溶液中c(HNO3)=c(H+)=0.1 ml·L-1,其中含n(NO3-)=0.1 ml,溶液中NO3-的总浓度为0.3ml+0.1ml1L=0.4 ml·L-1。
任务2 酸雨的形成及防治
情境导入 2022年1月15日太平洋岛国汤加出现火山喷发,汤加火山喷发释放的能量大概相当于1000颗广岛原子弹。科学家们认为,受汤加大规模海底火山爆发影响,未来一段时间内,汤加周围可能会出现酸雨。报道称,从最初的喷发以来,火山一直在释放二氧化硫和氮氧化物,而这两种气体与大气中的水和氧气相互作用时会产生酸雨。酸雨是二氧化硫和氮氧化物等酸性气体上升到天上与水蒸气结合的产物,会使土壤酸化,影响植物的正常生长,甚至导致植物死亡。还会使湖泊酸化,危害鱼虾。酸雨对我们的身体也会造成直接的伤害,会影响呼吸系统,刺激皮肤和眼睛。
问题生成
1.形成酸雨的气体是什么?
【答案】SO2、NOx。
2.酸雨中的酸度主要是由哪些物质造成的?
【答案】酸雨中的酸度主要是由硫酸和硝酸造成的。
3.正常雨水的pH约为5.6,为什么不等于7?
【答案】这是因为雨水中溶解了二氧化碳。
4.收集到的酸雨样品,放置时间稍长,酸性反而越强,原因是什么?
【答案】酸雨中的H2SO3为弱酸,易被O2氧化为酸性更强的H2SO4。
5.硫酸型酸雨的形成过程如下:
写出图中标号所示的化学方程式。
【答案】
①2SO2+O22SO3;②SO2+H2OH2SO3;③SO3+H2OH2SO4;④2H2SO3+O22H2SO4。
6.硝酸型酸雨的形成过程如下:汽车尾气NONO2HNO3,写出图中标号所示的化学方程式。
【答案】①2NO+O22NO2;②3NO2+H2O2HNO3+NO。
【核心归纳】
常见的环境污染
【典型例题】
【例3】硫和氮及其化合物对人类的生存和社会发展意义重大,但也造成了不少环境问题,下列说法正确的是( )。
A.雷雨天气时空气中的少量N2可转化为NO2并随雨水落下
B.PM2.5(微粒直径约为2.5×10-6 m)含氮分散质分散在空气中形成气溶胶,能产生丁达尔效应
C.二氧化硫有毒,严禁将其添加到任何食品和饮品中
D.“酸雨”是由大气中的碳、氮、硫的氧化物溶于雨水造成的
【答案】A
【解析】A项,雷雨天气时空气中的N2、O2在雷电的作用下发生反应生成NO,然后NO与O2反应生成NO2,NO2再与H2O反应生成HNO3和NO,最后HNO3电离生成NO3-,故雷雨天气有助于空气中的N2转化为可供植物吸收的NO3-,正确;B项,胶体粒子的直径大小在1~100 nm之间(10-9~10-7 m),而PM2.5微粒直径约为2.5×10-6 m,不属于胶体,故不能产生丁达尔效应,错误;C项,二氧化硫常用作葡萄酒的防腐剂和抗氧剂,错误;D项,“酸雨”是由大气中的二氧化硫、氮氧化物以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于雨水造成的,错误。
【例4】部分城市某日空气质量日报如下:
(1)由表可知,空气质量日报中涉及的污染物主要是 和可吸入颗粒物(PM10)。
(2)SO2的排放是造成酸雨的主要因素。形成酸雨的过程之一可简单表示如下:
请回答下列问题:
①酸雨的pH (填“>”、“