【同步讲义】高中化学（人教版2019）必修第二册--第06讲 硝酸　酸雨及防治 讲义

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第06讲 硝酸 酸雨及防治
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课程标准
课标解读
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．了解酸雨的成因及防治。
1．能列举、描述、辨识硝酸的重要物理、化学性质及实验现象，能用化学方程式、离子方程式正确表示其主要性质。
2．能提出硝酸反应的探究问题，能作出预测和假设，能依据实验目的和假设，设计实验并能对实验方案进行评价。
3．通过酸雨及其防治和测定雨水pH的研究与实践活动，认识环境保护的重要性，培养社会责任感。
知识精讲

知识点01 硝酸的性质
1．物理性质：____色、____挥发、具有________气味的____体，能与水以____比混合。
2．化学性质
（1）酸性：硝酸是一元强酸，电离方程式：________________。
（2）不稳定性：____________________________________
①不纯的HNO3呈黄色，是HNO3分解产生的____溶于其中形成的。
②温度越高、光线越强、浓度越大，越____分解。
③保存：____试剂瓶，并放置在____处。
（3）强氧化性
【实验探究】

实验物质
稀硝酸
浓硝酸
实验现象
试管内开始产生少量____色气体，反应逐渐____，气体在试管口变为____色，溶液逐渐变____，铜丝逐渐变____
试管内产生大量____色气体，溶液逐渐变____，铜丝逐渐变____
实验结论
常温下，稀硝酸与铜缓慢反应生成____
常温下，浓硝酸与铜迅速剧烈反应生成____
①浓硝酸与Cu反应：__________________________________________
②稀硝酸与Cu反应：__________________________________________
③常温下，浓硝酸使_______、_______钝化。除_______、_______外几乎能氧化所有的金属。
3．硝酸的工业制法
（1）制备流程

（2）相关反应
①___________________________________
②___________________________________
③___________________________________
④___________________________________
4．应用
（1）硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造化肥、农药、炸药、染料和硝酸盐等
（2）硝酸在实验室里是一种重要的化学试剂。
【即学即练1】下列有关浓硝酸说法不正确的是（ ）。
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
知识点02 酸雨及防治
1．SO2与NO2的主要来源、危害和防治

2．酸雨

【即学即练2】酸雨给人类带来了种种灾祸，严重地威胁着地球生命生存的生态环境，下列有关减少或者防止酸雨形成的措施中不可行的是（ ）。
A．对燃煤进行脱硫
B．对含SO2、NO2等工业废气进行无害处理后，再排放到大气中
C．人工收集雷电作用所产生的氮的氧化物
D．飞机、汽车等交通工具采用清洁燃料，如天然气、甲醇等
能力拓展

考法01 硝酸的强氧化性及其应用
【典例1】（2022·南京高一期末检测）某课外活动小组为了探究木炭与浓硝酸反应后的气态生成物，设计如下实验。
（1）甲同学设计实验如图甲。

红热木炭未进入试管前，浓硝酸上方并无明显变化。当如图甲连接实验后，浓硝酸液面上方有明显的红棕色气体产生，且沾有澄清石灰水的玻璃片出现浑浊，后浑浊消失。
①液面上方出现红棕色气体，说明浓硝酸具有________（填选项字母）。
a．酸性 b．挥发性 c．不稳定性
②沾有澄清石灰水的玻璃片出现浑浊，________（填“能”或“不能”）说明木炭与浓硝酸发生了反应，是因为____________________。
（2）乙同学设计实验如图乙。
如图乙连接实验后，浓硝酸液面上方有明显的红棕色气体产生，且沾有澄清石灰水的玻璃片无明显变化。沾有澄清石灰水的玻璃片无明显变化，________（填“能”或“不能”）说明木炭与浓硝酸未反应，是因为____________________。
（3）丙同学克服了甲、乙同学设计上的缺点，设计实验如图丙。已知酸性高锰酸钾能将NO、NO2氧化成NO3－，MnO4－被还原为Mn2+。

①如图连接装置后，需进行的实验操作为______________；加热木炭与浓硝酸前需先通一段时间N2，目的为__________________________________。
②装置A中木炭与浓硝酸反应的化学方程式为_________________________。
③能证明木炭被氧化的实验现象为_________________________。
④D装置中发生反应的离子方程式为________________________________。
【知识拓展】
1．硝酸的氧化性
性质
解释或化学方程式
金
属
与Fe、Al
浓硝酸
常温时浓硝酸使铁、铝钝化,加热时可以反应
与Fe
稀硝酸
铁少量Fe+4H++NO3－Fe3++NO↑+2H2O
铁过量3Fe+8H++2NO3－3Fe2++2NO↑+4H2O
与铜
浓硝酸
4HNO3（浓）+CuCu（NO3）2+2NO2↑+2H2O
稀硝酸
8HNO3（稀）+3Cu3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O
非金
属
与碳反应
4HNO3（浓）+CCO2↑+4NO2↑+2H2O
还原性离
子或物质
HI、HBr、SO2、Fe2+、FeO、Br－、I－、S2－、SO32－等均能被HNO3氧化
2．硝酸与非金属反应规律
非金属单质+浓硝酸该非金属元素最高价氧化物或高价含氧酸+NO2↑+H2O
3．硝酸与金属反应规律
（1）除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有的金属至高价态。
（2）HNO3的浓度不同，还原产物不同。一般情况下，HNO3的还原产物如下：
Cu、Ag——浓：NO2稀：NO
Mg、Zn——浓：NO2、较浓：NO，稀：N2O、极稀：NH4NO3
（3）常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化，但加热时可以反应。
考法02 硝酸的有关计算
【典例2】已知Mg与稀HNO3反应，还原产物是N2O；若HNO3极稀，则还原产物为NH3，并与过量HNO3反应生成NH4NO3。现有9.6g Mg与1L 1.1mol·L－1 HNO3（过量）充分反应后收集到amL气体（标况），同时测得c（NH4+）＝0.08mol·L－1（设反应前后溶液体积不变）。求：
（1）a＝________。
（2）有__________mol HNO3被还原。
（3）反应后溶液的c（H+）＝__________mol·L－1。
（4）反应后溶液中c（NO3－）＝____________mol·L－1。
【知识拓展】硝酸的计算
1．原子守恒法在解题中的应用
HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO3－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。
n（HNO3）消耗＝x·n［M（NO3）x］+n（NO2）+n（NO）
2．电子守恒法在解题中的应用
HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得到的电子的物质的量等于金属失去的电子的物质的量，即金属失电子的物质的量x·n［M（NO3）x］＝n（NO2）+3n（NO）。
3．“离子方程式法”在解题中的应用
金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于NO3－在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属反应，因此此类题目应用离子方程式来计算，先做少、过量判断，然后根据完全反应的金属或H+或NO3－进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。
4．电荷守恒法在解题中的应用
溶液呈电中性，离子符合电荷守恒。若HNO3过量，反应后溶液中（不考虑OH－）有：c（NO3－）＝c（H+）+nc（Mn+）（Mn+代表金属离子）。
【方法导引】硝酸与金属反应的计算规律

考法03 氮及其化合物间的转化关系
【典例3】Ⅰ．如图是氮元素的各种价态与物质类别的对应关系：

（1）根据A对应的化合价和物质类别，A为_______（写分子式，下同），从氮元素的化合价能否发生变化的角度判断，图中既有氧化性又有还原性的含氮化合物有_______。
（2）浓、稀HNO3的性质既相似又有差别，若要除去铁制品表面的铜镀层应选择_______，反应的离子方程式：_____________________。
（3）工厂里常采用NaOH溶液吸收NO、NO2的混合气体，使其转化为化工产品NaNO2，试写出其化学方程式：___________________________________。
Ⅱ．为研究铜与浓硫酸的反应，某化学兴趣小组进行如下实验。（固定装置已略去）

（1）B装置中的现象是_______。
（2）实验过程中，能证明浓硫酸中硫元素的氧化性强于氢元素的现象是_____________________。
（3）实验结束后，证明A装置试管中反应所得产物是否含有铜离子的操作方法是______________。
【知识拓展】氮及其化合物间的转化关系
1．氮元素的价-类图

2．氮元素的化合价与氧化性、还原性的关系
价态
代表物
性质
－3
NH3、Mg3N2、NH4Cl
只有还原性
0
N2
既有氧化性，又有还原性
+1
N2O
+2
NO
+3
N2O3、HNO2、NaNO2
+4
NO2、N2O4
+5
N2O5、HNO3、NaNO3
只有氧化性
分层提分

题组A 基础过关练
1．（2022·南通高一检测）“PM2.5”是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，它与空气中的SO2接触时，SO2会部分转化为SO3。则“PM2.5”的颗粒物在酸雨形成过程中主要的作用是下列的（ ）。
A．还原作用 B．氧化作用 C．催化作用 D．抑制作用
2．（2022·内江高一检测）右图是酸雨形成的示意图，从中可获得的信息是（ ）。

A．酸雨的主要成分是NOx和SO2
B．形成酸雨过程中必须有光照条件
C．NOx的来源之一是汽车尾气的排放
D．酸雨形成时发生反应：SO2+H2OH2SO4
3．在下列反应中，HNO3既表现出氧化性，又表现出酸性的是（ ）。
A．H2S+2HNO3（浓）S↓+2NO2↑+2H2O
B．Fe2O3+6HNO32Fe（NO3）3+3H2O
C．4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O
D．3Cu+8HNO33Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O
4．下列有关硝酸化学性质的叙述中，正确的是（ ）。
A．浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色
B．硝酸能与FeO反应，只表现氧化性
C．硝酸可与Na2S反应制得H2S气体
D．浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而呈黄色
5．（2022·金华高一检测）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1.12L（换算为标准状况下）NO、NO2混合气体。则所消耗硝酸的物质的量是（ ）。
A．0.11mol B．0.12mol C．0.08mol D．0.05mol
6．在一定温度下，32g金属铜与足量某浓度的硝酸溶液完全反应，生成NO2和NO的物质的量之比为1∶3，则反应过程中转移的电子为（ ）。
A．1mol B．2mol C．3mol D．4mol
7．已知A、B、C为化合物，X为单质。其中，A是一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体；X为双原子分子，其原子的最外层电子数为内层的3倍。A、B、C、X之间存在如下转化关系：

请回答：
（1）X的化学式为______________。
（2）实验室制取A气体的化学方程式为________________________________，可用于干燥A气体的试剂是____________（填“浓硫酸”或“碱石灰”）。
（3）B转化为C的化学方程式为__________________。C是一种______色气体。
8．科学家研究发现含氮化合物和含硫化合物在形成雾霾时与大气中的氨有关，转化关系如图所示。

回答下列问题：
（1）从物质分类的角度看，图中的物质属于酸性氧化物的有______________（写化学式）。
（2）图中物质溶于水溶液呈碱性的是_______。
（3）写出SO2转化为SO3的化学方程式：____________________________。
（4）工业上利用氨气制备一氧化氮，反应的化学方程式为__________________。
（5）氨气与一氧化氮（NO）在一定条件下反应可生成对空气无污染的物质，该反应的化学方程式为_____________________。
题组B 能力提升练
1．（2021·江苏选择考）大气中过量的NOx和水体中过量的NH4+、NO3－均是污染物。通过催化还原的方法，可将烟气和机动车尾气中的NO转化为N2，也可将水体中的NO3－转化为N2。在指定条件下，下列选项所示的物质间转化能实现的是（ ）。
A．NO（g）HNO3（aq）
B．稀HNO3（aq）NO2（g）
C．NO（g）N2（g）
D．NO3－（aq）N2（g）
2．（2022·金华高一检测）酸雨是一种突出的环境问题。下列有关酸雨及其防治的说法正确的是（ ）。
A．酸雨主要是由空气中CO2的浓度增大引起的
B．酸雨能直接损伤农作物，破坏森林，加速桥梁的腐蚀
C．向煤中加入适量生石灰，在燃烧时SO2最终生成CaSO3，可减少酸雨
D．汽车排气管上装有“催化转化器”，使有毒的CO和NO反应生成N2和CO2，但不利于酸雨的防治
3．（2022·锦州高一检测）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++2NO3－3Fe2++2NO↑+4H2O
C．过量铁粉与稀硝酸反应：Fe+4H++NO3－Fe3++NO↑+2H2O
D．Cu与稀硝酸反应：3Cu+8H++2NO3－3Cu2++2NO↑+4H2O
4．（2022·江苏省选择考）氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是（ ）。
A．自然固氮、人工固氮都是将N2转化为NH3
B．侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl
C．工业上通过NH3催化氧化等反应过程生产HNO3
D．多种形态的氮及其化合物间的转化形成了自然界的“氮循环”
5．（2021~2022学年广东东莞高一上学期期末）部分含氮物质的价类二维图如图所示，下列说法正确的是（ ）。

A．a→c→d→硝酸→硝酸盐的转化属于氮的固定
B．液态a常用作制冷剂
C．lmolc与足量氧气化合，最终生成lmold
D．a、e均属于电解质
6．（2021~2022学年浙江省温州市十校联合体高一下期中）下图为工业合成氨以及氨催化氧化制硝酸的流程示意图。下列说法不正确的是（ ）。

A．物质B是未反应完全的氮气和氢气，通过循环投料，提高原料利用率
B．物质A是空气，其中的O2在吸收塔中氧化NO，使之能被水充分吸收生成硝酸
C．为提高原料价格更高的H2的转化率，应向合成塔通入过量的空气以提高N2浓度
D．尾气中的氮氧化物可使用碱性的Na2CO3溶液吸收，或使用NH3将氮氧化物还原为N2
7．（2022·西安高一检测）在某稀硝酸的溶液中，加入5.6g铁粉充分反应后，铁粉全部溶解，放出NO气体，溶液质量增加3.2g，所得溶液中Fe2+和Fe3+物质的量之比为（ ）。
A．1∶1 B．3∶2 C．2∶1 D．4∶1
8．将2.4g Fe、Mg合金投入到足量的稀硝酸中，金属与硝酸恰好完全反应，共收集到标准状况下的气体VL（硝酸被还原成NO），若向反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液，待金属元素全部沉淀后，再将沉淀过滤、洗涤、灼烧后称量，质量为3.6g。则收集到的气体体积V值可为（ ）。
A．0.986 B．1.12 C．3.36 D．6.72
9．（四川省成都市2021~2022学年高一上学期期末）下图①~⑩分别代表有关反应中的一种物质，其中③气体能使酚酞试液变红，⑦是红综色气体，回答：

（1）①中的混合气体通过浓硫酸发生化学反应，主要生成物的化学式是_____。
（2）写出碳酸氢铵中阳离子的检验方法_________________________________。
（3）写出工业上合成③的化学方程式__________________________________。
（4）⑧与⑨反应的化学方程式是_____________________________。
10．（2021~2022学年浙江省温州市十校联合体高一下期中）（10分）实验室利用废铜屑制备硫酸铜晶体，装置如图所示（夹持装置和加热装置已略去），在实验中将适量KNO3溶液逐滴加入到废铜屑与稀硫酸的混合物中，加热使之反应完全，通过蒸发浓缩、冷却结晶，制得硫酸铜晶体。已知NO2可与NaOH溶液反应生成两种盐，NO不能与NaOH溶液反应。

（1）连接漏斗和烧瓶的橡胶管的作用是____________________。
（2）烧瓶中生成无色的NO气体，反应的离子方程式是_______________。
（3）无色气体进入广口瓶后变为红棕色气体，反应的化学方程式是__________。
（4）实验方案中KNO3溶液应改为稀硝酸效果更好，理由是_______________。
（5）实验过程中盛有NaOH溶液的烧杯上方仍然出现了红棕色气体，请对该实验装置提出改进意见：______________________________。
题组C 培优拔尖练
1．（2022·太原高一检测）酸雨的形成是一种复杂的大气化学和光学化学过程，在清洁空气、污染空气中形成硫酸型酸雨的过程如下：

下列有关说法错误的是（ ）。
A．光照能引发酸雨的形成
B．所涉及的变化均为氧化还原反应
C．污染空气能加快酸雨的形成
D．优化能源结构能有效遏制酸雨污染
2．（2021·福建省等级考）明代《徐光启手迹》记载了制备硝酸的方法，其主要流程（部分产物已省略）如下：

下列说法错误的是（ ）。
A．FeSO4的分解产物X为FeO
B．本流程涉及复分解反应
C．HNO3的沸点比H2SO4的低
D．制备使用的铁锅易损坏
3．（2021·唐山高一检测）0.2molCu2S投入一定浓度的含溶质1.6mol的硝酸中，充分反应后溶液蓝色澄清，生成NO与NO2的物质的量之比为1∶1，下列说法正确的是（ ）。
A．Cu2S未溶解完
B．硝酸恰好完全反应
C．反应的Cu2S与被还原的HNO3的物质的量之比为3∶10
D．实际参加反应的Cu2S与HNO3的物质的量之比为1∶7
4．（2022·天津静海区高一检测）某稀溶液中含有4molKNO3和2.5molH2SO4，向其中加入1.5molFe，充分反应（已知NO3－被还原为NO），最终溶液体积为1L。下列说法正确的是（ ）。
A．所得溶液中c（NO3－）＝2.75mol·L－1
B．所得溶液中c（Fe2+）∶c（Fe3+）＝1∶2
C．反应后生成NO的体积为33.6L（标准状况下）
D．所得溶液中的溶质只有FeSO4
5．（2022·厦门高一检测）地球上的氮元素对动植物有重要作用，其中氨的合成与应用是当前的研究热点。
（1）人工固氮最主要的方法是Haber－Bosch法。通常用以铁为主的催化剂在400～500℃和10MPa～30MPa的条件下，由氮气和氢气直接合成氨。写出反应的化学方程式：________________________________________。
（2）如图所示为模拟工业生产制备少量硝酸的实验装置。

①实验室制取氨气的化学方程式是__________________________；检验氨气的方法为______________________________。
②实验时先用酒精喷灯预热催化剂，然后通入反应气体，当催化剂红热后撤离酒精喷灯，催化剂始终保持红热，温度可达到700℃以上，由此可知该反应是_______反应（填“吸热”或“放热”），反应的化学方程式是_______________。
③B中试剂为_______，NaOH溶液的作用是______________。
④控制氨气和氧气的比例是制备硝酸的关键。当比例不合适时，A中不仅有红棕色气体产生，还伴有白烟。欲使氨气尽可能完全转化为硝酸，理论上n（NH3）∶n（O2）的最佳比例为_______。
6．（2021·山东省潍坊市高一上期中）侯德榜是我国杰出的化学家，创立了中国人自己的制碱工艺－－侯氏制碱法。实验室模拟侯氏制碱法的工艺流程如图所示。

回答下列问题：
（1）实验室制备CO2的离子方程式为_________________________。
（2）NaCl、NH3、CO2和水反应有两种新物质生成，其中一种是NH4Cl。步骤Ⅱ发生反应的化学方程式为______________________________。
（3）写出步骤IV发生反应的化学方程式____________________。
（4）检验产品中是否含有氯化钠，应该选用的试剂是__________。
（5）常温下NaCl的溶解度为36g，饱和溶液的密度为1.12g•cm－3，该溶液的物质的量浓度为______mol•L－1（结果保留整数），反应中消耗饱和食盐水VmL，制得纯碱mg，NaCl的利用率为______________（用含V、m的代数式回答）。