高中化学第3章 自然界中的元素第2节 氮的循环教学设计

课时3　硝酸

目标与素养：1.掌握硝酸的性质。(宏观辨识)2.了解硝酸的用途以及人类活动对氮循环的影响，树立环境保护意识。(社会责任)

一、硝酸

1．物理性质

2.化学性质

(1)酸的通性

电离方程式为HNO3===H＋＋NO。

(2)不稳定性

①不稳定性

浓硝酸受热或见光易分解，化学方程式为4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O。

②保存方法：保存在棕色试剂瓶里，放置在阴凉处。

微点拨：纯硝酸为无色液体，由于HNO3分解产生的NO2又溶于其中，浓硝酸一般呈黄色；向浓硝酸中通入O2，可以消除其黄色。

(3)强氧化性

　Fe、Al在常温下不能溶于浓硝酸中，是因为Fe、Al不能与浓硝酸发生反应吗？

【提示】　不是。Fe、Al等金属跟浓硝酸在常温下发生钝化现象，因而不能溶解，但是钝化不代表不反应，而是在浓硝酸的作用下Fe、Al表面形成了一层致密的氧化膜，阻止了反应的进一步发生；但在加热条件下可以剧烈反应。

二、人类活动对氮循环和环境的影响

1．含氮物质的来源及危害

2．减少人类活动对氮循环和环境影响的措施

(1)控制进入大气、陆地和海洋的有害物质的数量。

(2)增强生态系统对有害物质的吸收能力。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)用浓硝酸与Cu反应制备NO2。  (　　)

(2)汽车尾气中的氮氧化物与碳氢化合物是产生光化学烟雾的元凶。    (　　)

(3)氮氧化合物也可以形成酸雨。  (　　)

[答案]　(1)√　(2)√　(3)√

2．浓硝酸常呈黄色的原因是(　　)

A．浓硝酸易分解产生NO

B．浓硝酸中混有Fe3＋

C．浓硝酸易分解产生NO2

D．浓硝酸易氧化单质C

[答案]　C

3．下列反应中，硝酸既表现了氧化性又表现了酸性的是(　　)

A．C＋浓硝酸 B．Cu＋稀硝酸

C．CuO＋浓硝酸   D．NaOH＋HNO3

[答案]　B

1.一般规律：金属与硝酸反应不生成H2。

如：2HNO3(浓)＋Ag===AgNO3＋NO2↑＋H2O；

4HNO3(稀)＋3Ag===3AgNO3＋NO↑＋2H2O。

2．浓硝酸与Fe、Al的反应

3．稀硝酸与Fe反应

(2)反应关系：

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，NO又被还原为NO。

【典例1】　下列关于硝酸的说法正确的是(　　)

A．硝酸与金属反应时，主要是＋5价的氮得电子

B．浓硝酸与浓盐酸按3∶1的体积比混合，所得的混合物叫王水

C．硝酸电离出的H＋能被Zn、Fe等金属还原成H2

D．常温下，向浓硝酸中投入铁片，会产生大量的红棕色气体

[答案]　A

1．下列说法中，正确的是(　　)

A．碳与浓硝酸反应时，浓硝酸既表现氧化性又表现酸性

B．在0.1 mol·L－1的盐酸中，K＋、Fe2＋、SO、NO能大量共存

C．56 g Fe与硝酸发生氧化还原反应时，Fe转移的电子是3 mol

D．室温下，可用铝槽车贮存或运输浓硝酸

D　[碳与浓硝酸反应时生成CO2、NO2和H2O，HNO3全部被还原为NO2，则浓硝酸只表现氧化性，A错误；在0.1 mol·L－1盐酸中存在大量H＋，在H＋存在下，Fe2＋与NO因能发生氧化还原反应而不能大量共存，B错误；因Fe与硝酸反应的相对量不知道，Fe是否完全反应或反应后是生成Fe2＋还是生成Fe3＋都无法确定，故Fe转移的电子数也无法确定，C错误。]

2．在浓硝酸中放入足量铜片，试回答下列问题：

(1)反应开始时的化学方程式为

______________________________________________________，

实验现象为_________________________________________。

(2)反应将要结束时的化学方程式为

______________________________________________________。

(3)待反应停止后，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，其原因是________________________________________

______________________________________________________。

[解析]　(1)反应开始时，铜与浓硝酸反应。(2)随着反应的进行，硝酸的浓度不断减小，反应结束前实质上是铜与稀硝酸反应。(3)反应停止后再加稀硫酸，则溶液中的NO在酸性条件下，又能与过量的铜反应，相当于稀硝酸与铜反应。

[答案]　(1)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　溶液逐渐变蓝，有红棕色气体逸出

(2)3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O

(3)加入稀硫酸后，H＋与原溶液中的NO结合成HNO3，又能与过量的Cu反应

1.原子守恒：n(HNO3)＝n(NO)＋n(还原产物中氮原子)。

2．电子守恒：硝酸与金属反应属于氧化还原反应，氮原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。

3．电荷守恒：Mn＋和H＋所带正电荷总数等于NO所带负电荷总数。

【典例2】　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。将溶液稀释为1 L，测得溶液中的c(H＋)＝0.1 mol·L－1，此时溶液中NO的浓度为(　　)

A．0.3 mol·L－1　　　　   B．0.4 mol·L－1

C．0.2 mol·L－1   D．0.6 mol·L－1

B　[n(NO)＝0.1 mol，转移电子的物质的量为0.1 mol×3＝0.3 mol，因1 mol Cu或Zn与硝酸反应失去2 mol电子，可知：n(Cu＋Zn)＝0.3 mol÷2＝0.15 mol，则n[Cu(NO3)2]＋n[Zn(NO3)2]＝0.15 mol，其中所含n(NO)＝0.3 mol，溶液中c(HNO3)＝c(H＋)＝0.1 mol·L－1，其中含n(NO)＝0.1 mol，溶液中NO的总浓度为＝0.4 mol·L－1。]

例题中参加反应的n(HNO3)等于多少？写出计算过程。

[答案]　n(HNO3)还原＝n(气体)＝0.1 mol，n(HNO3)酸性＝2n[Cu(NO3)2]＋2n[Zn(NO3)2]＝0.3 mol，故参加反应的HNO3的物质的量为0.4 mol。

1．将1.92 g Cu和一定量的浓硝酸反应，随着Cu的不断减少，反应生成气体的颜色逐渐变浅，当Cu反应完毕时，共收集到气体1.12 L(标准状况)，则反应中消耗HNO3的物质的量为(　　)

A．1 mol   B．0.05 mol

C．1.05 mol   D．0.11 mol

D　[铜和硝酸反应，随着HNO3浓度的减小，硝酸的还原产物的价态越低，铜和浓硝酸反应生成NO2，而与稀硝酸反应时则生成NO，故生成的气体有NO2和NO，则n(NO2)＋n(NO)＝0.05 mol，即被还原的硝酸的物质的量为0.05 mol，n(Cu)＝＝0.03 mol，则生成n[Cu(NO3)2]＝0.03 mol，可知表现酸性的硝酸的物质的量为0.03 mol×2＝0.06 mol，则参加反应的硝酸的物质的量为0.05 mol＋0.06 mol＝0.11 mol。]

2．已知镁和稀硝酸反应时，参加反应的镁和稀硝酸的物质的量之比为2∶5，此时硝酸的还原产物可能是(　　)

A．NO2　   B．N2O 

C．N2O3　   D．NO

[答案]　B

1．现有下列物质，其中必须保存在棕色试剂瓶里的是(　　)

①氯水　②氨水　③浓硝酸　④浓盐酸　⑤烧碱

A．①②③　　　　　　   B．①③④

C．仅①③   D．②⑤

[答案]　C

[教师备选]　下列块状金属在常温时，能全部溶于足量的浓硝酸的是(　　)

A．Au　　   B．Cu 

C．Al　　   D．Fe

B　[Au与浓硝酸不反应，Al、Fe在常温下遇浓硝酸钝化，不能全部溶解，Cu能与浓硝酸反应，能全部溶于足量的浓硝酸中。]

2．下列反应中硝酸只表现氧化性的是(　　)

A．灼热的炭与浓硝酸的反应

B．Cu与稀硝酸的反应

C．FeO与稀硝酸的反应

D．Fe(OH)3与硝酸的反应

A　[灼热的炭与浓硝酸的反应中硝酸只作氧化剂；Cu与稀硝酸、FeO与稀硝酸的反应中硝酸既表现氧化性又表现酸性；Fe(OH)3与硝酸的反应中硝酸只表现酸性。]

3．将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是(　　)

A．反应剧烈程度：两者相同

B．消耗硝酸的物质的量：前者多，后者少

C．反应生成气体的颜色：前者浅，后者深

D．反应中转移的电子总数：前者多，后者少

B　[浓硝酸与Cu反应生成NO2：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，反应剧烈，NO2为红棕色；稀硝酸与Cu反应生成NO：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，反应缓慢，NO为无色；反应的Cu的质量相同，转移的电子数相同。]

4．下列离子方程式书写正确的是(　　)

A．Zn与稀硝酸反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑

B．Fe与过量稀硝酸反应：3Fe＋8H＋＋2NO===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O

C．过量铁粉与稀硝酸反应：Fe＋4H＋＋NO===Fe3＋＋NO↑＋2H2O

D．Cu与稀硝酸反应：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O

D　[A项，不产生H2；B项，应生成Fe3＋；C项，应生成Fe2＋。]

5．将一定质量铁粉加入到装有100 mL某浓度的稀硝酸溶液中充分反应。容器中剩有m g的铁粉，收集到448 mL NO气体(标准状况)。

(1)所得溶液中溶质的化学式是________；

(2)原硝酸溶液的物质的量浓度为________ mol·L－1。

[解析]　因有铁粉剩余，故反应产物为Fe(NO3)2。

8HNO3(稀)＋3Fe===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O

8 mol  44 800 mL

n(HNO3)  448 mL

n(HNO3)＝0.08 mol，c(HNO3)＝0.8 mol·L－1。

[答案]　(1)Fe(NO3)2　(2)0.8