高中人教版 (2019)第二节 氮及其化合物学案设计

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一、硝酸
1．物理性质
硝酸是____色、_____挥发、有_________气味的液体。
2．化学性质
(1)酸的通性
写出HNO3与下列物质反应的离子方程式
①与碱(如NaOH)：____________________________________。
②与碱性氧化物(如Na2O)：____________________________________。
③与弱酸盐(如CaCO3)：____________________________________。
(2)不稳定性
浓硝酸见光或受热易分解，化学方程式为____________________________________。
长期存放的浓硝酸呈黄色是因为其分解生成的_______溶于硝酸中，实验室常将浓硝酸保存在_______试剂瓶中，并放置在_______处。
(3)强氧化性
①实验探究：浓HNO3和稀HNO3与铜的反应
向两支具支试管中分别加入浓硝酸和稀硝酸。
实现现象：
Cu与浓硝酸：试管内产生大量_________色气体，溶液逐渐变_______，铜丝逐渐_________。
Cu与稀硝酸：试管内开始产生少量_________气体，反应逐渐加快，气体在试管上部变为_________色，溶液逐渐变_________，铜丝逐渐_________。
浓硝酸、稀硝酸与铜反应的化学方程式分别为：
______________________________________________________
______________________________________________________
实验结论：浓HNO3与金属铜反应生成_________，稀HNO3与金属铜反应生成_________，浓HNO3的氧化性_________。
②钝化
常温下，铁、铝的表面被_________或_________氧化，生成一层致密的氧化物薄膜，阻止了酸与内层金属的进一步反应。所以常温下可以用铁或铝制容器来盛装_________或_________。当_________时，铁、铝会与浓HNO3或浓H2SO4发生反应。
③浓HNO3与非金属(碳)的反应
化学方程式：______________________________________________________。
3．硝酸的工业制法
写出上述转化的化学方程式，并指出含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应：
①____________________________________，N2发生_________反应。
②____________________________________，NH3发生_________反应。
③____________________________________，NO发生_________反应。
④____________________________________，NO2既发生_________反应，又发生_________反应。
二、酸雨及防治
1．酸雨
(1)二氧化硫和氮氧化物的来源
SO2：_________、_________和某些_________的燃烧和冶炼；
NOx：机动车发动机中，燃料燃烧产生的高温条件会使空气中的N2与O2反应生成NOx。
(2)酸雨的形成
_________、_________以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于雨水会形成酸雨。正常雨水由于溶解了CO2，其pH约为5.6，而酸雨的pH_________5.6。
a．硫酸型酸雨的形成过程如图：
写出图中标号所对应的化学方程式：
①____________________________________。
②____________________________________。
③____________________________________。
④____________________________________。
b．硝酸型酸雨的形成过程如图：
汽车尾气→NOeq \(――→,\s\up7(O2),\s\d5(①))NO2eq \(――→,\s\up7(雨水),\s\d5(②))HNO3
写出图中标号所对应的化学方程式：
①____________________________________。
②____________________________________。
2．酸雨的危害与防治
(1)危害：酸雨能直接_________农作物，_________森林和草原，使土壤、湖泊_________，加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。
(2)防治
①消除_________，改变能源结构，开发利用清洁能源。
②对____________的排放加以控制，对排放的二氧化硫、氮氧化物等物质采取吸收、回收处理等措施。
►问题一 硝酸的性质
【典例1】某同学记录了有关硝酸的事实，你知道这些事实分别表现了硝酸的哪些性质？用“氧化性”“酸性”“不稳定性”“挥发性”填空，并写出有关反应方程式。
(1)久置的硝酸变黄：性质______________，有关反应化学方程式为_________________________。
(2)铝制、铁制容器常温下可盛浓硝酸：性质_____________。
(3)铜片放入稀硝酸中，溶液变为蓝色，产生无色气体：性质____________，有关反应的化学方程式为____________________________________________。
(4)碳单质放入热的浓硝酸中产生大量的红棕色气体：性质________________，有关反应的化学方程式为_______________________________________________。
(5)浓硝酸敞口放置在空气中，质量会减少：性质__________________。
【归纳小结】
(1)硝酸与金属反应不能生成氢气。硝酸浓度不同，其还原产物不同，一般情况下，浓硝酸被还原为NO2，稀硝酸被还原为NO。
(2)硝酸能与大多数金属金、铂等除外反应，将金属氧化为高价态金属的硝酸盐。但在常温下，浓硝酸能使铁、铝钝化。
(3)热的浓硝酸可将非金属单质(碳、硫、磷等)氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸。
(4)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SO2、FeO、Fe2＋、Br－、I－、S2－、SOeq \\al(2－,3)等均能被硝酸氧化。
【变式练1-1】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S单质混合共热时生成H2SO4和NO2
【变式练1-2】下列关于硝酸的叙述正确的是( )
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．浓硝酸显黄色是因为溶有NO2
D．硝酸与木炭的反应既表现出氧化性又表现出酸性
►问题二 硝酸的强氧化性
【典例2】某实验过程如图所示，③试管中的现象是( )
A．无明显现象，因稀H2SO4不与铜反应
B．铜片溶解，产生无色气体，该气体遇到空气不变色
C．铜片溶解，放出红棕色有刺激性气味的气体
D．铜片溶解，产生无色气体，该气体在试管口变为红棕色
【归纳小结】
硝酸无论浓稀均具有强氧化性，主要是由于硝酸中的＋5价的氮元素具有很强的得电子能力。其主要表现为能将大多数金属(除Au、Pt之外)溶解、能与很多非金属反应以及与某些还原性化合物发生反应。
(1)浓硝酸
①与金属单质反应：浓硝酸与金属反应生成的气体主要是NO2。
2HNO3(浓)＋Ag===AgNO3＋NO2↑＋H2O
4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
铁和铝常温下遇浓硝酸钝化，钝化是化学变化。
②非金属单质：浓硝酸在加热情况下能与非金属单质反应，本身被还原为NO2，非金属单质一般被氧化成最高价含氧酸或最高价氧化物。
C＋4HNO3(浓) eq \(=====,\s\up7(△)) CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
S＋6HNO3(浓) eq \(=====,\s\up7(△)) H2SO4＋6NO2↑＋2H2O。
(2)稀硝酸
常温下稀硝酸与绝大多数金属单质反应生成的气体主要是NO，不产生氢气。
①稀硝酸与铜反应
8HNO3(稀)＋3Cu===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。
②稀硝酸与铁反应
反应过程：先发生：Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，后发生：
Fe＋2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2
反应物用量与产物的关系
(3)硝酸与还原性化合物的反应
硝酸的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 eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 等。
【变式练2-1】以下关于铜与浓硝酸、稀硝酸反应的说法错误的是( )
A．1 ml浓硝酸被还原转移2 ml电子
B．铜与浓硝酸反应比与稀硝酸反应剧烈
C．铜与浓、稀硝酸反应都不需要加热
D．生成等量的硝酸铜，消耗浓硝酸的量多
【变式练2-2】下列事实不能说明浓硝酸氧化性比稀硝酸强的是( )
A．浓硝酸遇石蕊溶液先变红后褪色，稀硝酸遇石蕊溶液只变红不褪色
B．浓硝酸能与NO反应生成NO2，而稀硝酸不与NO反应
C．浓硝酸在加热条件下可与碳单质反应，而稀硝酸则不能
D．足量的铜分别还原含1 ml HNO3的浓硝酸和稀硝酸转移电子数分别为NA和3NA
►问题三 酸雨及防治
【典例3】(1)现有雨水样品1份，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据如下：
分析数据，回答下列问题：
①雨水样品的pH变化的原因是_____________________________(用化学方程式表示)。
②如果将刚取样的上述雨水与自来水相混合，pH将变______，原因是_____________________(用化学方程式表示)。
(2)下列可以减少酸雨产生的途径是________(填字母)。
①少用煤作燃料 ②把工厂烟囱造高 ③燃料脱硫 ④在已酸化的土壤中加石灰 ⑤开发新能源
A．①②③ B．②③④⑤ C．①③⑤ D．①③④⑤
【归纳小结】SO2和NOx的吸收与处理
(1)含有SO2废气的两种处理方法
①钙基固硫法
工业上常用生石灰和含硫的煤混合后燃烧，燃烧时硫、生石灰、O2共同反应生成硫酸钙，从而使硫转移到煤渣中，反应的化学方程式为CaO＋SO2eq \(=====,\s\up7(△))CaSO3、2CaSO3＋O2eq \(=====,\s\up7(△))2CaSO4，总反应的化学方程式为2CaO＋2SO2＋O2eq \(=====,\s\up7(△))2CaSO4。
②氨水脱硫法
该脱硫法采用喷雾吸收法，雾化的氨水与烟气中的SO2直接接触吸收SO2，其反应的化学方程式为2NH3＋SO2＋H2O===(NH4)2SO3、2(NH4)2SO3＋O2===2(NH4)2SO4。
(2)含有NOx尾气的处理方法
①碱液吸收法
硝酸工业产生的废气中含有较多的NO、NO2，可用强碱溶液进行吸收，同时获得副产品。如：
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O；
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。
注意：NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。
②催化转化法
在催化剂、加热条件下，氮氧化物通过与氨或CO反应转化为无毒气体(N2)，一般适用于汽车尾气的处理。如：6NO＋4NH3eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))5N2＋6H2O；
6NO2＋8NH3eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))7N2＋12H2O。
【变式练3-1】以下非金属氧化物与其引起的环境问题及主要来源对应正确的是( )
【变式练3-2】酸雨是对pH小于5.6的降水的统称。下列说法错误的是( )
A．空气中的SO2溶于水，最终形成酸雨
B．工业废水任意排放是造成酸雨的主要原因
C．汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气都含有能形成酸雨的氮氧化物
D．为了减少酸雨的形成，必须减少SO2的排放量，可对燃料进行脱硫处理
【基础强化】
1．我国清代《本草纲目拾遗》中记叙无机药物335种，其中“强水”条目下写道：“性最烈，能蚀五金……其水甚强，五金八石皆能穿滴，惟玻璃可盛。”这里的“强水”是指( )
A．氨水 B．硝酸 C．醋 D．卤水
2．公元八世纪，阿拉伯炼金术士贾比尔·伊本·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( )
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
3．在碳、氮、硫的氧化物中，许多是工业上重要的化工原料，但是当它们分散到空气中时，会带来很多环境问题。下列有关这些元素的氧化物的说法，不正确的是( )
A．开发太阳能、水能、风能、氢能等新能源将有利于减少这些氧化物的产生
B．这些氧化物使雨水的pH＜7，我们把pH＜7的雨水称之为酸雨
C．氮与硫的氧化物还能直接危害人的身体健康，引发呼吸道疾病
D．“温室效应”与二氧化碳的排放有着直接的关系
4．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( )
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①② B．只有②③ C．全部 D．只有②
5．向两支分别盛有浅绿色的Fe(NO3)2和FeSO4溶液的试管中分别逐滴加入稀盐酸时，溶液的颜色变化应该是( )
A．前者基本没有改变，后者变棕黄色
B．前者变棕黄色，后者也变棕黄色
C．前者变棕黄色，后者基本没有改变
D．前者、后者都基本没有改变
6．下列各组离子能在溶液中大量共存的是( )
A．Na＋、Fe2＋、NOeq \\al(－,3)、H＋B．Na＋、H＋、HCOeq \\al(－,3)、NOeq \\al(－,3)
C．K＋、NHeq \\al(＋,4)、SOeq \\al(2－,4)、OH－D．H＋、Cu2＋、NOeq \\al(－,3)、SOeq \\al(2－,4)
7．下列除去大气污染物的化学方程式不正确的是( )
A．汽车尾气经催化剂作用：2CO＋2NOeq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))N2＋2CO2
B．石灰乳吸收硫酸厂尾气：SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O
C．燃烧法除去尾气中硫化氢：2H2S＋3O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2SO2＋2H2O
D．氨气与一氧化氮在一定条件下反应：4NH3＋6NOeq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))5N2＋6H2O
8．同学们在做铜与浓硝酸反应的实验时，发现反应后的溶液呈绿色，而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计了以下4个实验来判断两种说法是否正确，这些方案中不可行的是( )
A．加水稀释该绿色溶液，观察溶液颜色变化
B．加热该绿色溶液，观察溶液颜色变化
C．向该绿色溶液中通入氮气，观察溶液颜色变化
D．向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察溶液颜色变化
9．某研究小组为了探究硝酸的性质，进行如下实验操作。
(1)从试剂柜中取一瓶浓硝酸，发现其保存在________色试剂瓶中，取少量浓硝酸于试管中，发现其溶液呈“黄色”，其原因是_______________________________________________(用化学方程式和适当文字描述)。该研究小组尝试将显“黄色”的浓硝酸恢复到原本的无色。下列措施合理的是________(填字母)。
a．向浓硝酸中加水
b．向浓硝酸中通入适量空气
c．加热浓硝酸
d．向浓硝酸中加入适量的NaOH固体
(2)向浓硝酸中加入稍过量铜片，该小组同学发现，生成的气体开始呈红棕色后逐渐变浅，最终气体变为无色，试写出上述反应的化学方程式：______________________________________，在上述反应中，硝酸体现的性质为__________。
(3)当实验完毕，该小组同学向试管中滴入少量稀H2SO4，发现铜片又逐渐溶解，产生无色气体，试写出上述反应的离子方程式：________________________________________。
(4)该小组同学向浓硝酸中加入少量碳粉，无明显现象，缓慢加热，发现碳粉逐渐溶解，产生红棕色气体，试写出上述反应的化学方程式：___________________________________，在该反应中硝酸体现的性质为____________________。
10．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NO，设计了如图实验，实验过程中同时用石灰水吸收产生的氮氧化物获得应用广泛的Ca(NO2)2，实验装置如图所示。(已知：NO＋NO2＋2OH－===2NOeq \\al(－,2)＋H2O、2NO2＋2OH－===NOeq \\al(－,2)＋NOeq \\al(－,3)＋H2O)
(1)实验之前通入N2的目的是____________________________________。
(2)在(1)操作后将装置A中铜丝插入稀硝酸，溶液显蓝色，有无色气体生成，该反应中表现氧化性的硝酸与参与反应的硝酸物质的量之比为________。
(3)装置B中用注射器压入空气之后现象是___________________________________。
(4)D装置的作用是______________________________。
【能力提升】
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( )
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
2．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＋的物质的量和加入铁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
3．一定温度下，探究铜与稀HNO3的反应过程如图，下列说法不正确的是( )
A．步骤Ⅰ中生成无色气体的离子方程式是3Cu＋2NOeq \\al(－,3)＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
B．步骤Ⅲ反应速率比 Ⅰ 快的原因是NO2溶于水，使c(HNO3)增大
C．由实验可知，NO2可能对该反应具有催化作用
D．当活塞不再移动时，再抽入空气，铜可以继续溶解
4．下表是部分城市某日空气质量日报：
(1)由上表可知，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。形成酸雨的原因之一可简单表示如下：
请回答下列问题：
①酸雨的pH________(填“＞”“＜”或“＝”)5.6。
②反应b的化学方程式为_______________________________________。
③在一段时间内连续不断测定溶液D的pH，发现pH变小，表示该变化的化学方程式是_________________________________________________。
④若用足量的氢氧化钠溶液吸收含二氧化硫的工业废气，写出该反应的离子方程式：
______________________________________________。
5．某化学学习小组采用下列装置，对浓硝酸与木炭的反应进行探究[已知：4HNO3(浓)eq \(=====,\s\up7(△))4NO2↑＋O2↑＋2H2O]。
请回答下列问题。
(1)检查装置气密性后，将燃烧匙中的木炭在酒精灯上加热至红热状态，立即伸入三颈烧瓶中，并塞紧瓶塞，滴加浓硝酸，可观察到三颈烧瓶中气体的颜色为________，产生该气体的化学方程式是__________________________________________________。
(2)装置C中盛有足量Ba(OH)2溶液，反应一段时间后可观察到C中出现白色沉淀，该白色沉淀为________(写化学式)。其中的Ba(OH)2溶液________(填“能”或“不能”)用Ca(OH)2溶液代替，理由是________________________________________________________________。
(3)装置B的作用是___________________________________________。
(4)装置D中收集到了无色气体，部分同学认为是NO，还有部分同学认为是O2。
①下列对该气体的检验方法合理的是__________(填字母)。
A．敞口观察集气瓶内气体的颜色变化
B．将湿润的蓝色石蕊试纸伸入集气瓶内，观察试纸是否变红
C．将带火星的木条伸入集气瓶中，观察木条是否复燃
②如果集气瓶中收集到的无色气体是氧气，则氧气的来源是_________________。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应用。
2．认识硫、氮的化合物对生态环境的影响，了解酸雨及防治。
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
测试时间/h
0
1
2
3
4
雨水的pH
4.73
4.63
4.56
4.55
4.55
选项
氧化物
环境问题
主要来源
A
CO2
破坏臭氧层
化石燃料的燃烧
B
SO2
温室效应
工厂废气的排放
C
NO2
光化学烟雾
汽车尾气的排放
D
CO
酸雨
汽车尾气和化石燃料的不完全燃烧
①
②
③
城市
污染指数
首要污染物
空气质量等级
SO2
NO2
PM10
A
98
23
67
SO2
Ⅱ
B
47
29
35
SO2
Ⅰ
C
62
80
113
PM10
Ⅲ
D
52
76
59
NO2
Ⅰ