人教版 (2019)必修 第二册第二节 氮及其化合物第3课时导学案及答案

第3课时　硝酸　酸雨及防治

一、硝酸

1．物理性质

2.化学性质

(1)酸性：属于强酸，具有酸的通性，如CaCO3与HNO3反应的化学方程式为CaCO3＋2HNO3(稀)===Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O。

(2)不稳定性：见光或者受热易分解，化学方程式为4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。所以硝酸一般保存在棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处。

(3)强氧化性

与金属反应：硝酸具有强氧化性，能与除金、铂、钛以外的大多数金属反应。

a．Cu与浓硝酸反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。

Cu与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。

b．与Fe、Al反应：常温下，浓硝酸或浓硫酸可使铁、铝表面形成一层致密的氧化物薄膜，所以可以用铁制容器或铝制容器来盛装浓硝酸或浓硫酸。当加热时，Fe、Al会与浓硝酸或浓硫酸发生反应。

c．浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为1∶3)叫做王水，能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。

　浓硝酸往往显黄色的原因是什么？

提示：HNO3分解生成的NO2溶于浓硝酸中显黄色。

3．用途

硝酸是重要的化工原料，可用于制造化肥、炸药、染料、农药等。

二、酸雨及防治

1．SO2、NOx 的主要来源

(1)SO2：主要来源于煤、石油和某些含硫的金属矿物的燃烧或冶炼。

(2)NOx：主要来源于机动车产生的尾气。

2．SO2、NOx对人体的危害

SO2与NOx会引起呼吸道疾病，危害人体健康，严重时会使人死亡。

3．酸雨

4．酸雨防治

(1)工业废气排放到大气中之前，必须进行适当处理，防止有害物质污染大气。

(2)减少化石燃料的直接燃烧，如脱硫处理。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)浓硝酸与足量Zn反应，生成的气体中可能有NO2、NO、H2等。 (　　)

(2)硝酸与Cu反应中，HNO3只表现强氧化性。 (　　)

(3)酸雨的pH＜5.6，正常雨水的pH＝7。 (　　)

(4)刚收集到的酸雨放置一段时间后，pH会增大。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×

2．下列关于硝酸的叙述正确的是(　　)

A．常温下，浓硝酸可以使金属镁钝化

B．稀硝酸与活泼金属反应主要放出氢气

C．浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂

D．室温下，铜能与浓硝酸反应，不能与稀硝酸反应

[答案]　C

3．分别写出SO2、NO2形成酸雨的有关化学方程式：

________________________________________________________________

________________________________________________________________、

________________________________________________________________

________________________________________________________________。

[答案]　SO2＋H2OH2SO3，2H2SO3＋O2===2H2SO4　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

硝酸的氧化性及有关计算

1．浓硝酸中加入紫色石蕊试液，溶液先变红又褪色，这表现了HNO3的什么性质？

提示：酸性和强氧化性。

2．酸性条件下，Fe2＋、NO、Na＋能大量共存吗？在NO存在的酸性条件下还能氧化哪些离子？

提示：不能共存，NO在酸性条件下能将Fe2＋氧化为Fe3＋。S2－、HS－、SO、HSO、I－等。

3．将7.68 g铜与50 mL一定浓度的硝酸恰好完全反应，收集到标准状况下4.48 L气体。请思考：

(1)反应过程中，失去电子的物质的量为多少？

(2)被还原的HNO3为多少摩尔？未被还原的HNO3为多少摩尔？

(3)硝酸的物质的量浓度为多少？

(4)4.48 L气体的成分有哪些？各是多少L?

提示：(1)n(e－)＝n(Cu)×2＝×2 mol＝0.24 mol。

(2)n(被还原HNO3)＝n(气体)＝＝0.2 mol，

n(未被还原HNO3)＝n(Cu)×2＝0.12 mol×2＝0.24 mol。

(3)n(HNO3)＝0.2 mol＋0.24 mol＝0.44 mol，

c(HNO3)＝＝8.8 mol·L－1。

(4)成分为NO2、NO，根据电子守恒和氮原子守恒可知

n(NO)＝0.02 mol，n(NO2)＝0.18 mol，

故V(NO)＝0.448 L，V(NO2)＝4.032 L。

1．硝酸的强氧化性

HNO3中的＋5价氮元素具有很强的得电子能力。硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强。

(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，可能是NO2、N2O、NO、N2、NH等。

③不活泼金属与硝酸反应的模板为

④常温下，浓硝酸能使Fe、Al钝化。加热时可以与Fe、Al发生反应。

(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。

(4)铁与稀硝酸反应，先生成Fe(NO3)3，若Fe过量，Fe(NO3)3再与Fe反应生成Fe(NO3)2。

2．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)电荷守恒法

HNO3过量时，反应后溶液中(不考虑OH－)根据电荷守恒有c(NO)＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。

(4)利用离子方程式计算

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方程式为3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。

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

A．(0.2＋a)mol　 B．(0.1＋a)mol

C．(0.05＋a)mol     D．a mol

[思路点拨]　

B　[3.2 g铜与过量硝酸(8 mol·L－1、30 mL)充分反应生成Cu2＋，充分反应后溶液中Cu2＋的物质的量为0.05 mol，含a mol H＋，根据电荷守恒，可得硝酸根的物质的量等于铜离子物质的量的2倍和氢离子的物质的量之和，则此时溶液中所含NO的物质的量为(0.1＋a)mol。]

[借题发挥]

(1)反应过程中失去电子________mol。

(2)被还原的HNO3为________mol。生成NO2和NO的总物质的量为________mol。

[答案]　(1)0.1

(2)(0.14－a)　(0.14－a)

1．下列有关浓硝酸的说法中不正确的是(　　)

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，与金属反应时一般不生成氢气而生成氮氧化物，所以实验室中不能使用浓硝酸制备氢气，A错误；常温下铁、铝遇浓硝酸会被迅速氧化，在表面产生一层致密氧化物薄膜，对内层的金属起到了保护作用，这种现象叫钝化，B正确；浓硝酸不稳定，见光容易分解：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O，所以应避光保存，C正确；浓硝酸易挥发，打开瓶塞，瓶口有白雾产生，D正确。]

2．某同学进行有关铜、硝酸、硫酸化学性质的实验，实验过程如图所示：

①、③均观察到实验现象：溶液呈蓝色，试管口有红棕色气体产生。

下列说法正确的是(　　)

A．①试管口有红棕色气体产生，原因是硝酸被还原为NO2

B．由③的现象可得出结论：Cu可与稀硫酸反应

C．③中反应的离子方程式：3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O

D．③中可能产生SO2

C　[稀硝酸和铜片反应的离子方程式为3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，①试管口有红棕色气体产生是因为NO被空气中的氧气氧化为NO2，故A错误；③中的现象产生是因为溶液中的NO在酸性环境下具有强氧化性，继续与铜发生反应：3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O，故B错误，C正确；③中SO没有参与反应，不可能产生SO2，故D错误。]

3．某金属单质跟浓硝酸反应，若参加反应的单质和浓硝酸的物质的量之比为1∶4，浓硝酸被还原成NO2，则该单质在氧化产物中的化合价为(　　)

A．＋2　　　　 B．＋3 

C．＋4　　　　 D．＋5

A　[根据得失电子守恒解题，但要注意硝酸中有和金属元素结合的硝酸根未被还原，所以，设反应后金属的化合价为x，则列式为1×(x－0)＝(4－x)×(5－4)，解得x＝＋2。注意(4－x)代表的是有4 mol硝酸反应，和金属元素结合的未被还原的硝酸为x mol，所以得电子的硝酸的物质的量为(4－x)mol。]

4．向某HNO3和Fe(NO3)3的混合溶液中逐渐加入铁粉，产生无色气体，该气体遇空气变红棕色，溶液中Fe2＋的物质的量和加入Fe粉的物质的量之间的关系如图所示，则原稀溶液中HNO3和Fe(NO3)3的物质的量浓度之比为(　　)

A．4∶1     B．3∶1

C．2∶1     D．1∶1

A　[由图像可知，当加入1 mol Fe时，n(Fe2＋)＝0，再加入Fe，n(Fe2＋)逐渐增大，说明当加入Fe少于1 mol时，发生反应：Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，所以混合溶液中含有4 mol HNO3，当再加入1 mol Fe时，发生反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，得到3 mol Fe2＋，由图像和前面分析可知原混合溶液中含有1 mol Fe(NO3)3。故原稀溶液中HNO3和Fe(NO3)3的物质的量浓度之比为4∶1。A项正确。]

某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体是否为NO，设计了如下实验。实验装置如图所示(已知NO、NO2能与NaOH溶液反应)：

1．设计装置A的目的是什么？为达到此目的，应进行的操作是什么？

提示：利用生成的CO2将装置内的空气赶尽，排除对气体产物观察的干扰。打开分液漏斗上口的活塞(或使分液漏斗活塞上的凹槽对准瓶口上的小孔)，打开K，当装置C中产生白色浑浊时，关闭K。

2．反应过程中，B装置中的现象是什么？写出发生反应的离子方程式。

提示：铜丝上产生气泡，稀硝酸液面上气体仍无色，溶液变为蓝色。3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。

3．反应一段时间，将注射器中的空气注入E中，E中现象是什么？实验目的是什么？写出发生反应的方程式。

提示：无色气体变为红棕色，验证Cu与稀HNO3反应生成NO。2NO＋O2===2NO2。

4．D中用干燥管的目的是什么？D装置的作用是什么？

提示：防止倒吸。吸收尾气，防止污染空气。

5．若没有设计A装置，B中液面上方有什么现象？

提示：无色变成红棕色，一段时间又变为无色。

通过Cu与稀硝酸的反应的实验探究，培养学生“科学探究与科学态度”的核心素养。

1．酸雨被称为“天堂的眼泪”，会造成水土酸性化、建筑物加速腐蚀等危害。下列有关说法正确的是(　　)

A．酸雨是指pH＜7的雨水，酸雨长时间放置，酸性变强

B．NO2与SO2的过度排放是形成酸雨的主要原因

C．使用新型能源不会对酸雨的防治产生效果

D．酸雨不会对动物的健康产生任何影响

B　[pH＜5.6的雨水叫酸雨，A错误；酸雨的形成主要是由SO2、NO2的过度排放引起的，B正确；减少酸雨的发生的措施有使用脱硫煤、使用新型能源等，C错误；酸雨不仅影响生物的生长发育，还会威胁人类健康，D错误。]

2．下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是(　　)

A．稀硝酸使紫色石蕊溶液变红——酸性

B．铁与稀硝酸反应不能放出氢气——强氧化性

C．要用棕色试剂瓶盛装浓硝酸——不稳定性

D．氢氧化亚铁固体与稀硝酸混合——仅强酸性

D　[稀硝酸具有酸性，使紫色石蕊溶液变红，但它具有强氧化性，会把红色物质氧化为无色，A正确；稀硝酸具有氧化性，与Fe反应，产生硝酸盐、NO和水，不能产生氢气，这是它的强氧化性，B正确；硝酸不稳定，光照容易分解产生NO2、O2和水，所以硝酸要放在棕色试剂瓶中避光保存，C正确；稀硝酸具有酸性，能与氢氧化亚铁发生中和反应，但硝酸同时具有强氧化性，会把Fe2＋氧化为Fe3＋，不仅仅表现酸性，D错误。]

3．工业上用洗净的废铜屑作原料制取硝酸铜。为节约原料和防止环境污染，宜采取的方法是(　　)

A．Cu＋HNO3(浓)―→Cu(NO3)2

B．Cu＋HNO3(稀)―→Cu(NO3)2

C．CuCuOCu(NO3)2

D．CuCuSO4Cu(NO3)2

C　[A中产生NO2，B中产生NO，D中产生SO2，都产生了污染性气体。]

4．(素养题)下列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(　　)

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中木炭与浓硝酸发生反应

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

D　[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，则红热的木条可能与O2反应产生了CO2，且木炭和浓硝酸未接触，故不能说明木炭与浓硝酸发生了反应。]

5．(素养题)利用如图所示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。

①铜与稀硝酸反应的离子方程式为_________________________________

_______________________________________________________________。

②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。

①铜与浓硝酸反应的化学方程式为_________________________________

_______________________________________________________________。

②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)。

[答案]　(1)硝酸见光易分解：

4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O

(2)①3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O

②2NO＋O2===2NO2

(3)①4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O

②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO