高中化学 3.2.3 硝酸 人类活动对氮循环和环境的影响(精讲优练课型)课件 鲁科版必修1.ppt
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第3课时硝酸人类活动对氮循环和环境的影响,一、硝酸1.物理性质:其中质量分数为_以上的浓硝酸称为发烟硝酸。,无,液,刺激性,易,95%,【微点拨】发烟硝酸形成的其实不是“烟”而是“雾”,即挥发出来的HNO3分子与空气中水分子结合成的小液滴。,2.化学性质:(1)酸的通性:硝酸在水溶液中可以电离出H+,具有酸的通性。电离方程式:_。(2)不稳定性。不稳定性:浓硝酸受热或见光易分解,化学方程式为_。保存方法:保存在_试剂瓶里,放置在阴凉处。,4HNO34NO2+O2+2H2O,棕色,HNO3=H+,(3)强氧化性。与金属的反应a.钝化:常温下,浓硝酸可以使铁、铝的表面形成一层致密而坚固的氧化膜,阻止浓硝酸继续与铁、铝发生反应。【微点拨】金属的“钝化”属于化学变化。,b.与铜的反应。,蓝,无,红棕,蓝,红棕,8HNO3(稀)+3Cu=,3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,4HNO3(浓)+Cu=,Cu(NO3)2+2NO2+2H2O,8H+2+3Cu=,3Cu2+2NO+4H2O,4H+2+Cu=,Cu2+2NO2+2H2O,与非金属(如碳)的反应:化学方程式:_。3.用途:硝酸是一种重要的化工原料,可用于制造炸药、染料等,也是实验室里重要的化学试剂。,4HNO3(浓)+CCO2+4NO2+2H2O,二、人类活动对氮循环和环境的影响1.含氮物质的来源:(1)_的燃烧。(2)植物体的焚烧。(3)农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。(4)工业废水、生活污水、农田灌溉以及水产养殖所投入的饵料和肥料等。,化石燃料,2.危害:(1)氮氧化物与碳氢化合物发生反应产生_。(2)氮氧化物与水反应生成硝酸和亚硝酸,形成_。(3)工业废水和农业废水排放造成水体_。3.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,如保护森林、植树造林等。,光化学烟雾,酸雨,富营养化,【自我小测】1.思考辨析:(1)铜片加入稀硝酸后有H2生成。()分析:。铜与稀硝酸反应不生成H2,应生成NO。(2)向浓硝酸中滴加紫色石蕊溶液,溶液变红色。()分析:。浓硝酸有强氧化性,可使石蕊溶液褪色。,(3)浓硝酸常呈黄色,说明浓硝酸不稳定。()分析:。浓硝酸见光易分解,生成的NO2溶于硝酸中使溶液呈黄色。(4)硝酸可以与金属反应但不能与非金属反应。()分析:。硝酸既可以与金属反应也可以与碳等非金属反应。,2.对于硝酸的物理性质,下列叙述中不正确的是()A.可以与水以任意比例互溶B.不易挥发C.有刺激性气味D.质量分数在95%以上的硝酸为发烟硝酸【解析】选B。硝酸是一种易挥发的液体。,3.(LK必修1P83改编)可以不用棕色瓶保存的试剂是()A.浓盐酸B.氯水C.浓硝酸D.氨水【解析】选A。见光易分解的物质常放入棕色瓶中保存。,4.下列块状金属在常温时,能全部溶于足量浓硝酸的是()A.AuB.CuC.FeD.Al【解析】选B。金与浓硝酸不反应;常温下,铝、铁在浓硝酸中会发生钝化,因而不能溶于浓硝酸。,5.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【解析】选B。浓硝酸与C反应只表现氧化性,与CuO、NaOH反应只表现酸性,稀硝酸与Cu反应生成NO表现氧化性,生成Cu(NO3)2表现酸性。,一、硝酸的强氧化性思考探究:3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2OC+4HNO3(浓)CO2+4NO2+2H2O分析上述化学方程式,思考下列问题:(1)上述两个反应是否属于氧化还原反应?(2)在反应中,硝酸表现出哪些性质?在反应中呢?,【归纳总结】硝酸强氧化性的表现1.硝酸与金属的反应:通常浓硝酸与金属反应生成的气体主要是NO2,稀硝酸与金属反应生成的气体主要是NO,硝酸与金属反应无H2生成。(1)能与除Au、Pt外的绝大多数金属反应。如2HNO3(浓)+Ag=AgNO3+NO2+H2O,4HNO3(稀)+3Ag=3AgNO3+NO+2H2O,4HNO3(稀)+Fe=Fe(NO3)3+NO+2H2O。,(2)硝酸与Fe、Al的反应。Fe、Al等金属跟浓硝酸、浓硫酸在常温下反应产生钝化现象。钝化有新物质生成,是化学变化。,稀硝酸与铁反应。,2.硝酸与非金属反应:能与部分还原性较强(或氧化性较弱)的非金属单质(如碳、硫、磷等)反应,将其氧化成含氧酸或酸性氧化物,硝酸完全被还原成低价氮的化合物。如S+6HNO3(浓)H2SO4+6NO2+2H2O,P+5HNO3(浓)H3PO4+5NO2+H2O。,3.硝酸与还原性化合物反应:浓硝酸能与部分还原性化合物(如亚铁盐、亚硫酸盐、硫化物、碘化物等)反应。稀硝酸的氧化性较弱,一般认为不能氧化非金属。如6I-+2N+8H+=3I2+2NO+4H2O。,【拓展深化】1.硝酸氧化性的强弱:硝酸的浓度越大,其氧化性越强。2.硝酸的还原产物:浓硝酸的还原产物为NO2,稀硝酸的还原产物为NO,足量铜与一定量的浓硝酸反应,还原产物是NO2与NO的混合物。3.离子共存:酸性条件下,N与Fe2+、S2、I-等还原性离子不能大量共存。,【典题训练】用以下三种途径来制取相同质量的硝酸铜:铜跟浓硝酸反应;铜跟稀硝酸反应;铜跟氧气反应生成氧化铜,氧化铜再跟稀硝酸反应。以下叙述正确的是()A.三种途径所消耗铜的物质的量不相等B.三种途径所消耗硝酸的物质的量相等C.所消耗铜的物质的量:途径途径途径D.所消耗硝酸的物质的量:途径途径途径,【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)各途径中硝酸在反应中表现出的性质。(2)被还原的硝酸与还原产物的关系。,【解析】选D。、反应的化学方程式如下:Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O2Cu+O22CuO,CuO+2HNO3(稀)=Cu(NO3)2+H2O分析以上三组反应可以看出,生成相同质量的Cu(NO3)2,消耗相同质量的铜,但消耗硝酸的物质的量不相同,途径消耗HNO3最多,途径次之,途径消耗HNO3最少。通过比较可以看出,生成Cu(NO3)2时途径效果最佳,既不造成污染又能提高HNO3的利用率。,【互动探究】(1)上述三个途径与参加反应但未被还原的硝酸的物质的量有何关系?提示:相等。因为要制取相同质量的硝酸铜,参加反应但未被还原的硝酸的物质的量均为硝酸铜物质的量的2倍。,(2)若用CuO、Cu2O分别与稀硝酸反应制取等量硝酸铜,消耗硝酸的物质的量有何关系?提示:CuO与硝酸反应时,硝酸只表现酸性,而Cu2O与硝酸反应时,硝酸既表现酸性,又表现氧化性,因此制取等量硝酸铜时,后者消耗的硝酸的物质的量多。,【对点训练】1.(2015株洲高一检测)下列说法不正确的是()A.在稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶解,再加入Cu(NO3)2固体,铜粉仍不溶解B.某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,该气体的水溶液一定显碱性C.铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu+8H+2N=3Cu2+2NO+4H2OD.HNO3NONO2各步变化均能通过一步实现,【解析】选A。A项中加入Cu(NO3)2固体后,Cu和H+、N发生反应:3Cu+8H+2N=3Cu2+2NO+4H2O,故该项不正确;使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体的NH3,该气体水溶液显碱性,B正确;铜与稀硝酸反应生成Cu(NO3)2、NO和H2O,离子方程式为3Cu+2N+8H+=3Cu2+2NO+4H2O,C正确;稀硝酸与Cu反应可以生成NO,NO与O2反应生成NO2,D正确。,2.关于硝酸的说法正确的是()A.Cu可以溶解在浓硝酸中并生成NOB.浓硝酸不能与非金属单质反应C.硝酸与金属反应时,主要是+5价的氮元素得电子D.常温下,向浓硝酸中投入铁片,会产生大量的红棕色气体,【解析】选C。Cu与浓硝酸反应生成NO2,A项错误;浓硝酸可以与非金属单质反应,B项错误;常温下,Fe遇浓硝酸钝化,不会产生大量NO2,D项错误。,【补偿训练】单质分别与浓硝酸混合出现的情况依次是反应生成相应的硝酸盐;反应生成最高价含氧酸;单质呈钝化态;不发生反应。符合上述要求的单质组是()A.Cu、Si、Zn、AuB.Ag、P、Al、PtC.Fe、C、Sb、HgD.Cu、S、Fe、Pb,【解析】选B。浓硝酸在常温下使铁、铝钝化,故排除A、C两项;浓硝酸不能与Au、Pt反应,但它能与绝大多数金属反应,故排除D。,二、硝酸与金属反应的有关计算典题探究:1.(2015南京高一检测)向21.6g铁粉和铜粉的混合物中加入1L1molL-1HNO3溶液,充分反应,放出NO气体且金属有剩余,则反应后溶液中c(N)为(忽略溶液体积的变化)()A.0.45molL-1B.0.6molL-1C.0.75molL-1D.0.9molL-1,【解题指南】解答本题需注意以下3点:(1)硝酸在反应中表现酸性和氧化性。(2)有金属剩余时溶液中铁元素的价态只能为+2价。(3)反应前后氮元素守恒。,【解析】选C。由于反应后有金属剩余,故反应后所得溶液中不可能含有Fe3+,生成物中金属离子均为+2价。设金属为M,生成的硝酸盐为M(NO3)2,根据氧化还原反应中元素化合价变化和升降法配平得3M+8HNO3(稀)=3M(NO3)2+2NO+4H2O,HNO3在反应中有1/4被还原生成NO气体,其余的3/4均在溶液中,即反应后溶液中c(N)为0.75molL-1。,2.某溶液100mL,其中含硫酸0.03mol,硝酸0.04mol,若在该溶液中投入1.92g铜粉微热,反应后放出一氧化氮气体约为()A.0.02molB.0.01molC.0.015molD.无法计算,【解析】选A。对于本题分析应从整体出发,分析实际参与反应的微粒(考虑到离子),混合酸中含有的微粒是H+、N、S,当投入Cu时,发生反应:3Cu+8H+2N=3Cu2+2NO+4H2O,求出Cu、H+、N的物质的量分别为0.03mol、0.1mol、0.04mol,可知Cu不足,因此生成的NO应按Cu计算,其物质的量为0.02mol,选A。,【归纳总结】硝酸与金属反应的计算1.常用解题方法:(1)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失去的电子数。(2)原子守恒:硝酸与金属反应时,一部分以N的形式存在,另一部分转化为还原产物,这两部分中氮原子的物质的量与反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量相等。,(3)电荷守恒:反应后溶液中:c(N)=c(Mx+)+c(H+)。(4)利用离子方程式计算:硝酸与H2SO4混合液跟金属的反应,当金属足量时,不能用HNO3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N借助H+仍能继续与金属反应。,2.基本题型:(1)硝酸与金属反应时,既表现强氧化性又表现强酸性,可由金属与硝酸反应的关系,求还原产物的化学式(或元素化合价)或物质的量,以及HNO3的物质的量等。,(2)浓硝酸与Cu反应时,若Cu过量,反应开始时浓硝酸的还原产物为NO2,但随着反应的进行,硝酸变稀,其还原产物为NO,最终应得到NO2与NO的混合气体,可利用守恒规律求解有关Cu、HNO3和混合气体之间的量的关系。硝酸与其他金属(过量)反应的情况与此类似。,【警示】(1)硝酸与金属反应时,无论是浓硝酸还是稀硝酸,还原产物的物质的量与被还原的硝酸物质的量相等。(2)金属与一定量浓硝酸反应时,还原产物通常为NO2和NO的混合物。,【拓展深化】原子守恒法在硝酸与金属有关计算中的应用(1)足量稀硝酸(以铜为例):n(反应HNO3)=n(被还原HNO3)+n(未被还原HNO3)=n(NO)+2n(Cu2+)(2)足量浓硝酸(以铜为例):n(反应HNO3)=n(被还原HNO3)+n(未被还原HNO3)=n(NO2)+2n(Cu2+),(3)一定量浓硝酸(以铜为例):n(反应HNO3)=n(被还原HNO3)+n(未被还原HNO3)=n(NO2)+n(NO)+2n(Cu2+)(4)未知浓度的硝酸(以铜为例):n(反应HNO3)=n(被还原HNO3)+n(未被还原HNO3)=n(气体)+2n(Cu2+),【对点训练】(2015宁德高一检测)9.7gCu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2.24L。将溶液稀释为1L,测得溶液的c(H+)=0.1molL-1,此时溶液中N的浓度为()A.0.3molL-1B.0.4molL-1C.0.2molL-1D.0.6molL-1,【解析】选B。n(NO)=0.1mol,转移电子的物质的量为0.1mol3=0.3mol,n(Cu+Zn)=0.3mol2=0.15mol,nCu(NO3)2+nZn(NO3)2=0.15mol,其中所含n(N)=0.3mol,溶液的c(HNO3)=c(H+)=0.1molL-1,其中含n(N)=0.1mol,溶液中N的总浓度为0.4molL-1。,【补偿训练】(2015广州高一检测)某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL,平均分成两份。向其中一份中逐渐加入铜粉,最多能溶解9.6g。向另一份中逐渐加入铁粉,产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示(已知硝酸只被还原为NO气体)。下列分析或结果错误的是(),A.原混合酸中N物质的量为0.1molB.OA段产生的是NO,AB段的反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+,BC段产生氢气C.第二份溶液中最终溶质为FeSO4D.H2SO4浓度为2.5molL-1,【解析】选A。关键看图,铁粉既能和硝酸反应也能和硫酸反应,从题干图看出(注意只是第二份100mL)OA段产生的是NO,AB段的反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+,BC段产生氢气,反应为Fe+2H+=Fe2+H2,可知N反应完了,第二份中N应为33=0.1mol,溶液中最终溶质为FeSO4,此时反应的铁的质量是14.0g,即0.25mol,故原混合酸中H2SO4浓度为0.25mol/0.1L=2.5molL-1,N物质的量为0.2mol,所以选A。,稀硝酸与铜反应实验的改进,【合作探究】分析上述甲、乙两套装置,回答下列相关问题。1.在甲图所示装置中加入铜片和稀硝酸,然后立即用蘸有NaOH溶液的棉花封住管口,以探究铜与稀硝酸的反应。分析该实验装置有何缺点。提示:试管内有空气残留,很难观察到有无色NO气体生成,同时也很难控制反应的进行。,2.某同学设计如乙图所示装置来探究铜与稀硝酸反应生成的气体。请思考以下几个问题:(1)如何让装置内不残留空气?提示:打开分液漏斗的活塞,沿U形管右端加入稀硝酸至U形管左端充满溶液,及时关闭活塞。,(2)如何使反应停止?提示:反应生成的气体会使U形管左侧液面下降,一旦铜丝圈与溶液脱离接触,反应即自动停止。,(3)如何证明反应生成的气体是NO而不是H2?提示:打开分液漏斗的活塞,此时U形管右侧液面下降。左侧液面上升,无色气体进入分液漏斗后变成红棕色,证明生成的无色气体是NO。(4)如何防止反应生成的气体污染空气?提示:可以用蘸有NaOH溶液的棉花封在分液漏斗的上端。,【探究总结】1.甲装置中生成的NO接触到试管内残留的空气会立即变成红棕色,易造成反应产物判断错误。2.乙装置使用U形管,可以将空气排尽,有利于观察生成气体的颜色,同时使用分液漏斗,也易于进一步验证气体的成分。,3.乙装置利用反应自身生成气体使得装置内压强增加,固液反应物脱离接触,反应随即自行停止,节约药品、污染少。该装置还可以设计为“随开随用、随关随停”的气体发生装置,如图所示。,- 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