2020高中化学 专题4 硫、氮和可持续发展 硫、氮和可持续发展 第二单元 生产生活中的含氮化合物（

[学习目标]1.掌握硝酸的性质，了解工业制备硝酸的过程。2.了解含氮化合物对社会生产的作用和对自然环境的影响并形成良好的环境意识。能够利用所学知识解释日常生活中常见的环境问题并能提出相应的治理防护措施。23自主学习区一、硝酸的性质和用途1．物理性质2．化学性质(1)酸性硝酸具有酸的通性，能使变色，能与等反应。(2)不稳定性HNO3见光或受热易分解，化学方程式为。□06指示剂□07碱、碱性氧化物、部分盐□084HNO3=====受热或见光2H2O＋4NO2↑＋O2↑(3)强氧化性3．用途硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造等，也是实验室里的重要化学试剂。二、硝酸制法原理1．实验室NaNO3(固)＋H2SO4(浓)=====微热NaHSO4＋HNO3↑□13炸药、染料、塑料、硝酸盐2．工业：(NO循环氧化，再吸收)此法称为氨氧化法制硝酸。流程示意图如下：□014NH3＋5O2=====催化剂△4NO＋6H2O□022NO＋O2===2NO2□033NO2＋H2O===2HNO3＋NO理论上相当于4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，整个反应相当于NH3＋2O2===HNO3＋H2O。尾气用NaOH溶液吸收(反应见氮氧化物)。1．见光易分解和易挥发的试剂保存时有何区别？提示：见光易分解的试剂像硝酸要放在棕色试剂瓶里避光，放在阴暗处。易挥发的试剂如盐酸只要密封放在阴暗处即可。提示2．浓硝酸与Cu反应生成NO2，稀硝酸与Cu反应生成NO，是否硝酸越稀氧化性越强？提示：不是，氧化性强弱不是看本身化合价变化多少，而是看它得电子难易。浓硝酸与Cu更易反应，氧化性更强。提示3．浓HNO3、浓硫酸、浓盐酸在空气中放置浓度都变小，其原理是否相同？提示：不同，浓HNO3、浓盐酸易挥发出HNO3和HCl气体，而浓H2SO4是因为具有吸水性。提示4．浓HNO3与Cu、C的反应，表现的性质是否相同？提示：不完全相同，与C反应只表现强氧化性，与Cu反应既表现强氧化性，又表现酸性。提示23教师点拨区一、硝酸的强氧化性硝酸具有强氧化性是由于HNO3中的＋5价氮元素有很强的得电子能力，在硝酸参与的氧化还原反应中，几乎全部是＋5价氮被还原。1．硝酸与金属的反应(1)硝酸与铜的反应Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O比较现象：反应开始后，两支试管中都有气泡产生，加浓硝酸的试管中反应剧烈，放出红棕色气体；加稀硝酸的试管中反应较缓慢，放出无色气体，然后又立即变为红棕色。(2)硝酸与Fe、Al的反应①Fe、Al等金属跟浓HNO3、浓H2SO4在常温下发生钝化现象。钝化有新物质生成，是化学变化。②Fe、Al与稀HNO3能反应，但无H2生成，Fe与稀HNO3反应时被氧化为Fe3＋。但如果Fe过量可把Fe3＋还原为Fe2＋。Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2OFe＋2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)22．硝酸与非金属的反应(1)一般只有浓HNO3在加热的情况下才能与非金属反应。(2)HNO3本身被还原为NO2。(3)非金属一般被氧化成氧化物或相应的酸。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，如HI、HBr、SO2、Fe2＋、FeO、Br－、I－、S2－、SO2－3等。特别提醒1硝酸与金属反应时，一般既表现强氧化性，又表现酸性，参加反应的硝酸部分被还原，还有一部分仍以NO－3形式存在。2浓硝酸与金属反应的过程中，浓度逐渐减小，还原产物有可能是NO2和NO的混合物，最终溶液中仍有NO－3。二、硝酸与金属反应的有关计算1．常用解题方法(1)得失电子守恒硝酸与金属反应属于氧化还原反应，N原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。(2)原子守恒硝酸与金属反应时，一部分以NO－3的形式存在，另一部分转化为还原产物，这两部分中N的物质的量与反应消耗的HNO3中N的物质的量相等。(3)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NO－3借助H＋仍能继续与金属反应。2．特殊反应类型(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物质的量。(2)硝酸与铁反应时①当HNO3过量时，产物为Fe(NO3)3；②当Fe过量时，产物为Fe(NO3)2；③当Fe与HNO3恰好耗尽时，产物可能是Fe(NO3)3或Fe(NO3)2或Fe(NO3)3、Fe(NO3)2的混合物。(3)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，其还原产物变为NO，最终应得到NO2与NO的混合气体，可利用氧化还原反应过程中化合价升降总数相等的守恒规律求解有关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。方法技巧原子守恒在化学计算中的应用原子守恒主要应用于多步反应的化学计算中，是指某一种初始原料，经多步反应后才得到最终产物，多步反应若一步一步计算显然非常繁琐且容易出错，故需要找出初始原料和最终产物之间的关系，常见的方法有：1．关系式法先写出多步反应的化学方程式，然后找出最原始的原料和最终产物之间的物质的量的关系，列出关系式，只一步即可。如接触法制H2SO4：4FeS2＋11O2=====高温2Fe2O3＋8SO22SO2＋O2催化剂△2SO3SO3＋H2O===H2SO4则有4FeS2～8SO2～8SO3～8H2SO4即FeS2～2SO2～2SO3～2H2SO42．元素守恒法原料中某一关键元素理论上若全部转入产物中，则该元素的原子个数在两种物质中应相等。如氨氧化法制HNO3时：4NH3＋5O2=====催化剂△4NO＋6H2O2NO＋O2===2NO23NO2＋H2O===2HNO3＋NO(通入过量空气使NO完全被吸收)则NH3和HNO3之间的关系为：NH3～HNO3(N原子守恒)特别提醒：应用关系式法可以很便捷地解决多步反应的有关计算。解题时要注意：(1)比例关系一定要找正确；(2)一种化合物中元素的转化率等于该化合物的转化率。[练习与实践]1．有关硝酸化学性质的叙述中，正确的是()A．硝酸能与Na2CO3反应，但不生成CO2B．硝酸可与Na2S反应制得H2S气体C．浓硝酸、稀硝酸都只能使蓝色石蕊试纸变红D．浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而使之呈黄色答案D答案解析解析2．某条件下，锌与稀硝酸反应中其物质的量之比为5∶12，则此时硝酸的还原产物是()A．NO2B．N2OC．N2D．NH4NO3答案C答案解析根据得失电子守恒，Zn与稀硝酸反应生成Zn(NO3)2，与Zn2＋结合的NO－3化合价没变。若Zn有5mol，则此部分NO－3为2×5mol＝10mol。化合价降低的HNO3为12mol－10mol＝2mol。Zn共失电子：5mol×2＝10mol，则HNO3得电子也为10mol。1molHNO3得电子：10mol2＝5mol。故N元素化合价从＋5降到0，即还原产物为N2。解析3．在100mL某混合酸中，HNO3的物质的量浓度为0.4mol·L－1，H2SO4的物质的量浓度为0.1mol·L－1，向其中加入1.92g铜粉，微热，待充分反应后，求溶液中Cu2＋的物质的量浓度为多少？答案在100mL溶液中，HNO3和H2SO4共电离出0.06molH＋、0.04molNO－3和0.01molSO2－4。可根据铜和稀硝酸反应的离子方程式计算：3Cu＋2NO－3＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O答案1．92gCu即0.03molCu完全溶解，需n(H＋)＝0.08mol，n(NO－3)＝0.02mol，而此时溶液中有0.06mol的H＋(不足量)、0.04molNO－3(足量)，因此按H＋的物质的量进行计算8H＋～3Cu2＋830．06moln(Cu2＋)所以Cu2＋的物质的量为n(Cu2＋)＝0.06mol×38＝0.0225mol，则Cu2＋的物质的量浓度为c(Cu2＋)＝0.0225mol0.1L＝0.225mol·L－1。答案本课小结1．硝酸为无色、易挥发、易分解的强酸。2．浓、稀HNO3都具有强氧化性，浓HNO3的还原产物一般为NO2，稀HNO3的还原产物一般为NO。3．浓、稀HNO3与Cu反应，浓HNO3与碳反应的化学方程式分别为Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，C＋4HNO3(浓)=====△CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。4．工业制HNO3的反应为①4NH3＋5O2=====催化剂△4NO＋6H2O；②2NO＋O2===2NO2；③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。