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课时教案设计

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新知探究(一) 硝酸[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．物理性质
硝酸是eq \a\vs4\al(无)色、eq \a\vs4\al(易)挥发、有刺激性气味的液体。
2．化学性质
(1)不稳定性
在实验室里浓硝酸保存在棕色细口瓶中的原因：4HNO3(浓)eq \(=====,\s\up7(△),\s\d5(或光照))4NO2↑＋O2↑＋2H2O(用化学方程式表示)。
(2)强氧化性
硝酸中氮元素的化合价为＋5价，处于最高价态，据此可以判断硝酸具有强氧化性。能与大多数金属反应，写出下列反应的化学方程式：
①浓硝酸与铜反应，被还原为NO2：
4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。
②稀硝酸与铜反应，被还原为NO：
8HNO3(稀)＋3Cu===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。
[落实新知能]
1．硝酸的强氧化性体现
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。一般规律为稀硝酸被还原产物为NO，浓硝酸被还原产物为NO2。
(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4HNO3(稀)＋3Ag===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。
③常温下，浓硝酸能使铁(铝)发生钝化，这是因为浓硝酸将铁、铝容器表面氧化，形成致密的氧化物薄膜。若在加热条件下，可破坏氧化膜，从而使反应继续进行。
④硝酸与金属反应时，一般既表现强氧化性，又表现酸性。
(2)硝酸与非金属的反应
①反应规律：浓硝酸＋非金属单质―→最高价氧化物或其含氧酸＋NO2↑＋H2O。
②实例：4HNO3(浓)＋Ceq \(=====,\s\up7(△))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、I－、S2－、SOeq \\al(2－,3)等均能被HNO3氧化。
[注意] 在中性或碱性的稀溶液中NOeq \\al(－,3)不表现氧化性，但当水溶液中有大量H＋存在时，NOeq \\al(－,3)表现出强氧化性，所以在判断离子共存时，当溶液中含有NOeq \\al(－,3)时，要尤为注意溶液的酸碱性和是否存在其他还原性离子。
2．王水的成分和性质
王水是浓硝酸和浓盐酸按体积比为1∶3的混合物，能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。
3．工业制硝酸的反应原理
(1)制备流程
(2)反应原理
N2＋3H2eq \(=====,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3
4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))4NO＋6H2O
2NO＋O2===2NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
[演练新学考]
1．硝酸被称为“国防工业之母”，是因为它是制取炸药的重要原料。下列实验事实与硝酸的性质不相对应的是( )
A．浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后褪色——酸性和强氧化性
B．不能用稀硝酸与锌反应制氢气——强氧化性
C．要用棕色瓶盛装浓硝酸——不稳定性
D．能使滴有酚酞的氢氧化钠溶液的红色褪去——强氧化性
解析：选D 向滴有酚酞的NaOH溶液中滴入硝酸，溶液红色褪去，利用的是硝酸的酸性。
2．在下列反应中，硝酸既表现出氧化性，又表现出酸性的是( )
A．2HNO3＋H2S===S↓＋2NO2↑＋2H2O
B．2HNO3＋CuO===Cu(NO3)2＋H2O
C．4HNO3eq \(=====,\s\up7(△))4NO2↑＋O2↑＋2H2O
D．8HNO3(稀)＋3Cu===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
解析：选D A中HNO3只表现氧化性；B中HNO3只表现酸性；C中HNO3既表现氧化性，又表现还原性；D中HNO3既表现氧化性，又表现酸性。
3．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
解析：选C 常温下，浓硝酸可以使铁、铝发生钝化，而镁不能钝化，A错误；稀硝酸具有强氧化性，与活泼金属反应主要还原产物为含氮元素的物质，不能得到氢气，B错误；浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂，C正确；室温下，铜与浓硝酸、稀硝酸均反应，只是反应的速度及还原产物不同，D错误。
新知探究(二) 酸雨及防治[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．酸雨形成
酸雨的形成过程十分复杂，简要概括如下：
(1)写出酸雨中生成H2SO4的化学方程式：
SO2＋H2O===H2SO3; 2H2SO3＋O2===2H2SO4。
(2)写出酸雨中生成HNO3的化学方程式：
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
2．酸雨危害
①直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化。
②加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电缆的腐蚀。
3．酸雨防治
①调整能源结构，发展清洁能源。
②研究煤的脱硫技术，改进燃烧技术，减少二氧化硫和氮氧化物的排放。
③加强工厂废气的回收处理。
④改进汽车尾气的处理技术，控制尾气排放。
[落实新知能]
1．酸雨是指pH小于5.6的雨水，主要是氮氧化物溶于水最终形成硝酸或硫酸造成的，二氧化碳饱和溶液的pH约等于5.6，所以二氧化碳溶于水不会形成酸雨。
2．硫酸型酸雨放久后pH变小的原因是2H2SO3＋O2===2H2SO4，弱酸变强酸所致。
3．其他常见环境问题
[演练新学考]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)SO2和NO2都是大气污染物，能直接危害人体健康( )
(2)SO2主要来自煤、石油和某些含硫金属矿物的燃烧和冶炼( )
(3)NO2主要来自汽车尾气( )
(4)pH<5.6的降水称为酸雨( )
(5)酸雨主要由大气中的SO2和NO2溶于水而形成( )
(6)酸雨能直接破坏农作物、使土壤酸化、腐蚀工业设备等( )
答案：(1)√ (2)√ (3)√ (4)√ (5)√ (6)√
2．酸雨形成的最主要原因是( )
A．森林遭乱砍滥伐，破坏了生态平衡
B．工业上大量燃烧含硫燃料
C．大气中二氧化碳的含量增多
D．汽车排出大量尾气
解析：选B 空气中硫的氧化物和氮的氧化物随雨水降下就形成酸雨。酸雨的形成主要是由于空气中SO2和NOx的增多，在我国主要是SO2的增多。空气中SO2的主要来源是①化石燃料(煤和石油产品)的燃烧；②含硫矿石的冶炼；③硫酸、磷肥、纸浆厂的工业废气。目前，由于汽车用的燃料汽油、柴油等都经过了脱硫处理，所以形成酸雨的最主要原因是工业上大量燃烧含硫燃料。
3．下列有关环境污染的说法不正确的是( )
A．燃煤时加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量
B．pH在5.6～7之间的降水通常称为酸雨
C．光化学烟雾的形成主要与NOx和碳氢化合物有关
D．含磷洗涤剂会导致水体污染
答案：B
新知探究(三) 有关金属与硝酸反应的计算[选考层级]
[难度增一点]
[典例1] 铜与一定量浓硝酸恰好完全反应，得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，将这些气体与0.84 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸，若向所得硝酸铜溶液中加入5 ml·L－1NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，消耗NaOH溶液的体积是( )
A．60 mL B．45 mL
C．30 mL D．15 mL
[解析] NO2、N2O4、NO混合气体与0.84 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸，说明整个过程中被还原的HNO3反应前后没有变化，即Cu失去的电子都被O2得到了，根据得失电子守恒建立关系式：n(Cu)×2＝n(O2)×4，解得n(Cu)＝0.037 5 ml×2＝0.075 ml，根据Cu2＋～2OH－得NaOH为0.075 ml×2＝0.15 ml，则NaOH溶液的体积V＝eq \f(0.15 ml,5 ml·L－1)＝0.03 L＝30 mL。
[答案] C
[典例2] 在某100 mL混合酸中，HNO3物质的量浓度为0.4 ml·L－1，H2SO4物质的量浓度为0.2 ml·L－1。向其中加入1.92 g铜粉微热，待充分反应后，溶液中Cu2＋物质的量浓度约为( )
A．0.15 ml·L－1 B．0.3 ml·L－1
C．0.225 ml·L－1 D．无法计算
[解析] 溶液中n(H＋)＝0.1 L×0.4 ml·L－1＋0.1 L×0.2 ml·L－1×2＝0.08 ml，n(NOeq \\al(－,3))＝0.1 L×0.4 ml·L－1＝0.04 ml，n(Cu)＝eq \f(1.92 g,64 g·ml－1)＝0.03 ml，根据反应的离子方程式3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O可知此时氢离子与Cu恰好完全反应，NOeq \\al(－,3)过量。故充分反应后，溶液中c(Cu)约为eq \f(0.03 ml,0.1 L)＝0.3 ml·L－1。
[答案] B
[知能深一点]
1．思维建模
2．计算方法
[选考难一点]
1．相同质量的四份铜片，分别置于足量的下列酸中，在一定条件下反应，所得到的气体的物质的量最多的是( )
A．浓硫酸 B．稀硫酸
C．浓硝酸 D．稀硝酸
解析：选C 稀H2SO4与Cu不反应，无气体放出；Cu与浓H2SO4、浓HNO3、稀HNO3反应时，Cu失去电子数相同，根据电子守恒，元素化合价降低越少，还原产物的物质的量越多，根据H2eq \(S,\s\up6(＋6))O4(浓)―→eq \(S,\s\up6(＋4))O2，Heq \(N,\s\up6(＋5))O3(浓)―→eq \(N,\s\up6(＋4))O2，Heq \(N,\s\up6(＋5))O3(稀)―→eq \(N,\s\up6(＋2))O，可知浓HNO3放出的气体最多。
2．将Mg、Cu组成的m g混合物投入适量稀HNO3中恰好完全反应，固体完全溶解时收集到的还原产物NO气体为0.896 L(标准状况)，向反应后溶液中加入2 ml·L－1NaOH溶液60 mL时，金属离子恰好沉淀完全，则形成沉淀的质量为( )
A．(m＋2.28)g B．(m＋2.04)g
C．(m＋3.32)g D．(m＋4.34)g
解析：选B 当金属离子恰好沉淀时，n(OH－)＝2 ml·L－1×60×10－3 L＝0.12 ml，m(沉淀)＝m(金属)＋m(OH－)＝m g＋0.12 ml×17 g·ml－1＝(m＋2.04)g，故B正确。
3.向200 mL 2 ml·L－1 HNO3溶液中，逐渐加入铁粉至过量(假设生成的气体只有一种)，在此过程中，n(Fe2＋)随n(Fe)变化如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．该过程中产生标准状况下的氢气4.48 L
B．向c点处的反应液中加入稀盐酸后无明显现象
C．图中a＝1.5、b＝1.5
D．当加入铁粉n ml时(0.1解析：选D 硝酸与铁反应生成硝酸铁、NO和水，不生成氢气，A错误；c点处的溶液是硝酸亚铁，若加入盐酸，H＋、NOeq \\al(－,3)和Fe2＋发生氧化还原反应生成Fe3＋，溶液变为黄色，B错误；向硝酸中加入铁粉发生的反应为Fe＋4HNO3===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，硝酸的物质的量为0.4 ml，则消耗铁的物质的量为0.1 ml，b＝0.1，生成硝酸铁0.1 ml，随后发生反应2Fe(NO3)3＋Fe===3Fe(NO3)2，生成硝酸亚铁为0.15 ml，则a＝0.15，C错误；根据上述分析，当加入铁粉n ml时(0.14．为了测定某铜银合金的组成，将30.0 g合金溶于80.0 mL13.5 ml·L－1的浓HNO3中。待合金完全溶解后，收集到NO和NO2的混合气体6.72 L(标准状况下)并测得H＋浓度为1 ml·L－1。假设反应后溶液的体积为80.0 mL，试计算：
(1)被还原的硝酸的物质的量________。
(2)合金中银的质量分数________。
(3)确定6.72 L气体中各成分的物质的量________。
解析：(1)根据氮原子守恒可知被还原的硝酸的物质的量即为生成气体的物质的量，所以被还原的硝酸的物质的量为eq \f(6.72 L,22.4 ml·L－1)＝0.3 ml。
(2)剩余硝酸是1 ml·L－1×0.08 L＝0.08 ml，则参加反应的硝酸为13.5 ml·L－1×0.08 L－0.08 ml＝1.0 ml。设合金中Cu和Ag的物质的量分别为x ml和y ml，则64.0x＋108y＝30.0，根据氮原子守恒可知2x＋y＝1.0－0.3＝0.7，解得：x＝0.3、y＝0.1，所以银的质量分数为eq \f(0.1 ml×108 g·ml－1,30.0 g)×100%＝36%。
(3)设混合气体中NO、NO2的物质的量分别是a ml、b ml，则a＋b＝0.3，根据电子得失守恒可知3a＋b＝0.3×2＋0.1，解得a＝0.2、b＝0.1，即6.72 L气体中NO为0.2 ml，NO2为0.1 ml。
答案：(1)0.3 ml (2)36%
(3)n(NO)＝0.2 ml；n(NO2)＝0.1 ml
5．将128 g铜置于一定量的浓硝酸中并微热。当铜片完全消失时，共收集到NO2和NO的混合气体44.8 L(标准状况)。
(1)写出上述过程中有关反应的离子方程式：_________________________________
________________________________________________________________________、
________________________________________________________________________。
(2)完成该反应至少需要量取10 ml·L－1的浓硝酸________mL。
(3)混合气体中NO2的体积为____________L，NO的体积为__________L(均为标准状况下)。
(4)将收集上述气体的容器倒扣在盛有水的水槽中，并向其中缓慢通入O2使其充分反应，若要使溶液恰好充满容器，则理论上需要参加反应的O2的物质的量为____ml。
解析：(1)首先是浓硝酸与铜发生反应产生硝酸铜、二氧化氮和水，然后当反应进行到一定程度，硝酸变稀后，稀硝酸与铜发生反应，产生硝酸铜、一氧化氮和水，反应的离子方程式是Cu＋4H＋＋2NOeq \\al(－,3)=== Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O；3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。(2)反应中被还原的HNO3生成NO、NO2混合气体，混合气体的物质的量为44.8 L÷22.4 L·ml－1＝2 ml，未被还原的硝酸生成Cu(NO3)2,128 g÷64 g·ml－1＝2 ml，由氮原子守恒可知，n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO、NO2)＝2 ml×2＋2 ml＝6 ml，故需要硝酸的体积＝6 ml÷10 ml·L－1＝0.6 L＝600 mL。(3)设混合气体中NO2、NO的物质的量分别为x ml、y ml，根据电子得失守恒及二者体积，可得：x＋3y＝2×2；x＋y＝2，解得x＝1、y＝1，故二氧化氮的体积＝1 ml×22.4 L·ml－1＝22.4 L，NO的体积＝1 ml×22.4 L·ml－1＝22.4 L。(4)反应又生成HNO3，分析整个过程可知，铜提供的电子等于氧气获得的电子，由电子守恒可知，故需要氧气的物质的量为(2 ml×2)÷4＝1 ml。
答案：(1)Cu＋4H＋＋2NOeq \\al(－,3)===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O 3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(2)600 (3)22.4 22.4 (4) 1
eq \a\vs4\al([课时跟踪训练])
A级—学业水平考试达标练
1．下列说法正确的是( )
A．硝酸电离出的H＋，能被Zn、Fe等金属还原成H2
B．浓HNO3与浓HCl按3∶1的体积比所得的混合物叫王水
C．浓HNO3应保存在棕色试剂瓶中
D．Fe2＋、NOeq \\al(－,3)、SOeq \\al(2－,4)、H＋在溶液中能大量共存
解析：选C A项，硝酸能电离出H＋，但氧化性NOeq \\al(－,3)>H＋，硝酸中的H＋不能被Zn、Fe等金属还原成H2，错误；B项，浓HNO3与浓HCl按1∶3的体积比所得的混合物叫王水，错误；C项，浓HNO3见光易分解，故应保存在棕色试剂瓶中，正确；D项，H＋、NOeq \\al(－,3)会氧化Fe2＋，故这些离子不能大量共存，错误。
2．下列关于硝酸的认识，正确的是( )
A．浓硝酸和稀硝酸都具有氧化性
B．浓硝酸与金属反应不产生氢气，而稀硝酸与金属反应可产生氢气
C．因常温下铝和铁不与浓硝酸反应，所以浓硝酸可盛放在铝制或铁制容器中
D．硝酸与金属反应时，只表现出氧化性
解析：选A 浓、稀硝酸都有氧化性，可与除Au、Pt之外的所有金属反应，且不产生氢气，A正确、B错误；浓硝酸可盛放在铝制或铁制容器中，因为铝和铁在冷的浓硝酸中钝化，不是不反应，C错误；在与金属反应时，硝酸既表现出氧化性又表现出酸性，D错误。
3．下列反应中，HNO3既表现出酸性又表现出氧化性的是( )
A．使紫色石蕊溶液变红
B．与铜反应
C．与Na2CO3溶液反应
D．与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2
解析：选B A项中HNO3只表现出酸性；B项中HNO3与铜反应生成NOx气体和Cu(NO3)2，HNO3既表现出酸性又表现出氧化性；C项中HNO3与Na2CO3反应时生成CO2气体和NaNO3，HNO3只表现出酸性；D项中HNO3只表现出氧化性。
4．如图表示Cu与HNO3反应的量的关系，A、B、C、D四点中表示铜与稀硝酸反应中被还原的HNO3与Cu的量的关系的点是( )
解析：选A Cu与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，由化学方程式可知参加反应的HNO3只有eq \f(1,4)被还原，故被还原的HNO3与Cu的关系为3Cu～2HNO3(被还原)。
5．工业上用洗净的废铜屑作原料来制备硝酸铜。为了节约原料和防止污染环境，宜采取的方法是( )
A．Cueq \(――→,\s\up7(AgNO3溶液))Cu(NO3)2
B．Cueq \(――→,\s\up7(空气),\s\d5(△))CuOeq \(――→,\s\up7(HNO3稀))Cu(NO3)2
C．Cueq \(――→,\s\up7(HNO3稀))Cu(NO3)2
D．Cueq \(――→,\s\up7(HNO3浓))Cu(NO3)2
解析：选B A项，硝酸银较昂贵，所以不符合条件；B项，2Cu＋O2eq \(=====,\s\up7(△))2CuO、CuO＋2HNO3===Cu(NO3)2＋H2O，该过程中没有有毒气体生成，且能节约硝酸，所以符合条件；C项，3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，NO有毒，且污染环境，所以不符合条件；D项，Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，NO2有毒，且污染环境，所以不符合条件。
6.为证明稀硝酸与铜反应产物中气体为NO，设计如图实验(实验过程中活塞2为打开状态)，下列说法中不正确的是( )
A．关闭活塞1，加入稀硝酸至液面a处
B．在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率
C．通过关闭或开启活塞1可以控制反应的进行
D．反应开始后，胶塞下方有无色气体生成，但不能证明该气体为NO
解析：选A 关闭活塞1，将无法加液体到液面a，A错误；升高温度，可以加快反应速率，B正确；关闭活塞1，生成的NO把稀硝酸压向右边，使铜丝与稀硝酸分离，C正确；想证明该气体为NO，必须使NO与O2接触，生成红棕色NO2，D正确。
7．某实验过程如图所示，则图③的试管中的现象是( )
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
解析：选D 生成的Cu(NO3)2在H2SO4的酸性条件下相当于又有了HNO3，铜片会继续溶解生成NO。
8．一定质量的铜分别与足量的稀硝酸或浓硝酸完全反应，在相同条件下，用排水集气法收集产生的气体(假设产物气体只可能是NO或NO2)。下列叙述一定正确的是( )
①硝酸浓度越大，消耗的硝酸越少 ②硝酸浓度不同，生成的Cu(NO3)2的物质的量相同 ③硝酸浓度越大，产生的气体越少 ④用排水集气法收集到的气体在相同状况下体积相同
A．只有② B．②④
C．③④ D．①②③
解析：选B 一定质量的铜分别与足量的稀硝酸和浓硝酸完全反应，发生3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O、Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，①等量的Cu与酸反应，浓硝酸消耗得多，错误；②等量的Cu与酸反应，由铜原子守恒可知生成Cu(NO3)2的物质的量相同，正确；③等量的Cu与酸反应，浓硝酸反应生成气体多，错误；④因3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，最终收集到的气体均为NO，由得失电子守恒可知，收集到NO的体积相等，正确。
9．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：
下列有关说法不正确的是( )
A．所涉及的变化均为氧化还原反应
B．光照是酸雨形成的必要条件之一
C．污染指数越高形成酸雨的速率越快
D．优化能源结构能有效遏制酸雨污染
解析：选A SO2变为激发态SO2并未发生氧化还原反应，A选项不正确；产生激发态SO2和·OH自由基需要光照条件，B选项正确；途径Ⅱ的速率大于途径Ⅰ，C选项正确；优化能源结构可减少SO2的产生、减轻空气污染，能有效遏制酸雨污染，D选项正确。
10．用以下三种途径制取相同质量的硝酸铜，下列叙述不正确的是( )
①铜与浓硝酸反应 ②铜与稀硝酸反应 ③铜与氧气反应生成氧化铜，氧化铜再与稀硝酸反应
A．对环境造成的危害：③最小
B．所消耗的HNO3的物质的量：①＞②＞③
C．三种途径所消耗的铜的质量相同
D．铜与浓硝酸反应速率最快，故制取硝酸铜的最佳方案是①
解析：选D 铜与浓、稀硝酸反应时，HNO3既体现氧化性，又体现酸性，HNO3与氧化铜反应时，HNO3只体现酸性，所以③消耗的HNO3最少，不产生有毒气体，制取硝酸铜的最佳方案是③。
11．如图所示是酸雨的形成示意图。根据图示回答下列问题。
(1)下列气体容易形成酸雨的是________。
A．CO2 B．SO2
C．N2 D．NO2
(2)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和自来水相混合，pH将变________，原因是________________________________ (用化学方程式表示)。
(3)下列措施中，可减少酸雨产生的途径的是________(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
解析：(1)SO2、NO2易形成酸雨。
(2)①酸雨放置时pH变小，其原因是雨水中的H2SO3被空气中氧气氧化所致。
②雨水和自来水混合，应考虑H2SO3与Cl2(或HClO)的反应：SO2＋2H2O＋Cl2===H2SO4＋2HCl(或H2SO3＋HClO===H2SO4＋HCl)。因此雨水与自来水混合后溶液pH将变小。
答案：(1)BD (2)①SO2＋H2OH2SO3,2H2SO3＋O2===2H2SO4 ②小 Cl2＋2H2O＋SO2===H2SO4＋2HCl(或H2SO3＋HClO===H2SO4＋HCl) (3)C
12．为了证明稀硝酸与铜反应的气体产物是NO，某同学设计了如下实验装置和实验方案。
实验步骤：
(1)关闭K1，打开K2，向试管中加石灰石，通过分液漏斗向其中加入一定的稀硝酸，则加入石灰石的作用是______________________________________，反应的化学方程式是________________________________________________________________________。
(2)将铜丝插入稀硝酸中，微热试管。该步反应的离子方程式是________________________________________________________________________。
(3)充分反应后，打开开关K1，通过气囊鼓入空气，可以观察到烧瓶中__________________________________，证明稀硝酸与铜反应的气体产物是NO。
(4)NaOH溶液的作用是____________________________________________________。
解析：(1)关闭K1，打开K2，向试管中加石灰石，通过分液漏斗向其中加入一定量的稀硝酸，则加入石灰石的作用是石灰石与稀硝酸反应生成CO2，把装置中的氧气排尽，防止干扰反应现象的判断，反应的化学方程式是CaCO3＋2HNO3===Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O。(2)将铜丝插入稀硝酸中，发生反应产生硝酸铜、NO和水，该步反应的离子方程式是3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。(3)充分反应后，打开开关K1，通过气囊鼓入空气，可以观察到烧瓶中无色气体变成红棕色，证明稀硝酸与铜反应的气体产物是NO。(4)NO、NO2是大气污染物，由于它们可以与NaOH溶液反应产生盐，因此可以防止大气污染。
答案：(1)石灰石与稀硝酸反应生成CO2，把装置中的氧气排尽 CaCO3＋2HNO3===Ca(NO3)2＋CO2↑＋H2O
(2)3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(3)无色气体变成红棕色气体
(4)尾气处理，以免气体污染环境
B级—选考等级考试增分练
1．将一定质量的镁、铜合金加入到稀硝酸中，两者恰好完全反应，假设反应过程中还原产物全是NO，向所得溶液中加入物质的量浓度为3 ml·L－1 NaOH溶液至沉淀完全，测得生成沉淀的质量比原合金的质量增加5.1 g，则下列有关叙述中正确的是( )
A．溶解合金时收集到NO气体体积为2.24 L(在标准状况)
B．加入合金的质量可能为9.6 g
C．沉淀完全时消耗NaOH溶液的体积为150 mL
D．参加反应的硝酸的物质的量为0.1 ml
解析：选A 将一定量的镁和铜合金加入到稀HNO3中，二者恰好反应，金属、硝酸都没有剩余，反应中还原产物只有NO，发生反应：3Mg＋8HNO3(稀)===3Mg(NO3)2＋2NO↑＋4H2O、3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；向反应后的溶液中加入3 ml·L－1 NaOH溶液至沉淀完全，发生反应：Mg(NO3)2＋2NaOH===Mg(OH)2↓＋2NaNO3、Cu(NO3)2＋2NaOH===Cu(OH)2↓＋2NaNO3，最终溶液为NaNO3溶液，沉淀为氢氧化镁和氢氧化铜，生成沉淀的质量比原合金的质量增加5.1 g，则氢氧化镁和氢氧化铜含有氢氧根的质量为5.1 g，根据电荷守恒，转移电子物质的量等于氢氧根的物质的量，n(OH－)＝eq \f(5.1 g,17 g·ml－1)＝0.3 ml。根据电子转移守恒，n(NO)＝eq \f(0.3 ml,5－2)＝0.1 ml，标准状况下体积为2.24 L，故A正确；根据电子转移守恒，镁和铜的总的物质的量为eq \f(0.3 ml,2)＝0.15 ml，假定全为镁，质量为0.15 ml×24 g·ml－1＝3.6 g，若全为铜，质量为0.15 ml×64 g·ml－1＝9.6 g，所以参加反应的金属的总质量(m)为3.6 g2．把6 ml铜粉投入含8 ml硝酸和2 ml硫酸的稀溶液中，则标准状况下放出的气体的物质的量为( )
A．2 ml B．3 ml
C．4 ml D．5 ml
解析：选B 混合溶液中n(H＋)＝8 ml＋2 ml×2＝12 ml，n(Cu)＝6 ml，n(NOeq \\al(－,3))＝8 ml，由3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O可知，6 ml Cu反应需要消耗16 ml H＋，4 ml NOeq \\al(－,3)，则H＋不足，H＋完全反应，设生成NO的物质的量为x，则
3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
8 2
12 ml x
eq \f(8,12 ml)＝eq \f(2,x)，解得x＝3 ml。
3．某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱，按如图装置进行实验(夹持仪器已略去)。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2，而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。
可选药品：浓硝酸、3 ml·L－1稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳。
已知：氢氧化钠溶液不与NO反应，能与NO2反应：
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。
(1)实验应避免有害气体排放到空气中，装置③、④、⑥中盛放的药品依次是_____________。
(2)装置①中发生反应的化学方程式是______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)装置②的作用是____________________________，发生反应的化学方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)该小组得出的结论所依据的实验现象是____________________________________
________________________________________________________________________。
(5)实验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，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个实验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是________(填字母)。
a．加热该绿色溶液，观察颜色变化
b．加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化
c．向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化
d．向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，观察颜色变化
解析：根据题意，装置①出来的应该有NO2和少量挥发的HNO3，装置②是把NO2气体转化为NO，同时吸收HNO3，装置③④显然是验证实验结论， NO经过浓硝酸产生红棕色气体，经过稀硝酸后③上方气体不变色。装置⑤⑥应该是尾气处理。能够被吸收的是NO2，不能够被吸收的是NO，用排水法收集。
(1)根据装置特点和实验目的，⑤中是用排水法集气，因为NO不溶于水且不与水发生反应，故NO应从③中出来，所以装置③中应该盛放稀硝酸，⑥是用溶液吸收尾气，说明从④中出来的有NO2，所以装置④中应该盛放浓硝酸，装置⑥中盛放NaOH溶液吸收NO2。
(2)浓HNO3与Cu反应：4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。
(3)装置②中盛放H2O，使NO2与H2O反应生成NO：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
(4)NO通过稀HNO3溶液后，若无红棕色NO2产生，说明稀HNO3不能氧化NO，所以盛放稀HNO3装置的液面上方没有颜色变化即可说明。装置④中盛放的是浓HNO3，若浓HNO3能氧化NO，则装置④液面的上方会产生红棕色气体。
(5)要证明是Cu(NO3)2浓度过高或是溶解了NO2导致装置①中溶液呈绿色，一是可设计将溶解的NO2赶走再观察颜色变化，二是降低溶液中Cu(NO3)2的浓度，观察颜色变化。加热可降低NO2的溶解度，通过观察溶液颜色变化可以判断，故a项正确。加水稀释，硝酸铜浓度降低，NO2浓度也降低，无法判断是由哪个量引起的变化，故b项错误。通入氮气，降低NO2的浓度，可通过观察溶液颜色变化可以判断，故c项正确。向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体，增大了NO2的浓度，可通过观察溶液颜色变化可以判断，故d项正确。
答案：(1)3 ml·L－1稀硝酸、浓硝酸、氢氧化钠溶液
(2)4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
(3)将NO2转化为NO 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
(4)装置③液面上方气体仍为无色，装置④液面上方气体由无色变为红棕色
(5)acd
1.了解硝酸的物理性质和化学性质。
2.了解酸雨的成因、基本性质及防治。
环境污染
形成原因
主要危害
温室效应
大气中CO2含量不断增加
全球变暖，冰雪融化，释放有毒气体
光化学烟雾
氮氧化物和碳氢化合物的排放
危害人体健康和植物生长
臭氧空洞
氮氧化物和氟氯代烃的排放
地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧
赤潮和水华
含磷洗衣粉的大量使用及其废水的任意排放
使藻类过度繁殖，水质恶化，发生在海水中为赤潮，淡水中为水华
白色污染
聚乙烯塑料的大量使用，任意丢弃
破坏土壤结构和生态环境
原子守恒法
HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NOeq \\al(－,3)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
得失电子守恒法
HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得到电子的物质的量等于金属失去电子的物质的量
电荷守恒法
HNO3过量时，反应后溶液中(不考虑OH－)有c(NOeq \\al(－,3))＝c(H＋)＋xc(Mx＋)(Mx＋代表金属离子)
离子方程式计算法
金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NOeq \\al(－,3)在H2SO4提供H＋的条件下能继续与金属反应，故此类题目应用离子方程式来计算。先作过量判断，然后根据完全反应的金属或H＋或NOeq \\al(－,3)进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒
测试时间/h
0
1
2
3
4
雨水的pH
4.73
4.63
4.56
4.55
4.55