2019-2020新教材高中化学 3.3.3 硝酸的性质 人类活动对氮循环和环境的影响课件 鲁科版必

第3课时硝酸的性质人类活动对氮循环和环境的影响一、硝酸的性质1.物理性质与用途(1)物理性质。(2)用途。2.化学性质(1)实验探究。实验装置及操作实验现象实验结论瓶口产生_____,闻到_______气味硝酸_____________________白雾刺激性易挥发,有刺激性气味实验装置及操作实验现象实验结论反应缓慢,有少量气泡产生,_________铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成___气体反应剧烈,有_________产生,_________铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成___气体溶液变蓝NO大量气泡溶液变蓝NO2实验装置及操作实验现象实验结论无明显现象发生_____钝化【微思考】由上述实验探究分析硝酸的氧化性与其浓度有没有关系?提示:由铜与浓、稀硝酸反应的剧烈程度可知,硝酸的浓度越大氧化性越强。(2)硝酸的化学性质。写出下列有关反应的化学方程式:①与金属反应。a.稀硝酸与铜反应:_____________________________________。3Cu+8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2Ob.浓硝酸与铜反应:___________________________________。②与非金属反应。浓硝酸与红热的C反应:________________________________。Cu+4HNO3(浓)====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2OC+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O△====③不稳定性。________________________________。4HNO3(浓)4NO2↑+O2↑+2H2O【想一想】某同学在实验室取出一瓶浓硝酸,发现溶液显黄色,与教材中关于浓硝酸的描述出现偏差。(1)你能帮助该同学解释一下原因吗?应该如何避免这种情况的发生?提示:浓硝酸不稳定,见光或受热会分解生成NO2,NO2溶于浓硝酸使溶液显黄色;故浓硝酸应该保存在棕色试剂瓶中,并放在阴凉处。(2)你能帮助该同学去除浓硝酸的黄色吗?提示:向浓硝酸中通入氧气(或空气),发生反应4NO2+O2+2H2O====4HNO3,消除黄色。【情境·思考】《本草纲目》拾遗记载:(硝酸)西洋人所造,性最猛,能蚀五金。王怡堂先生云:其水至强,五金八石皆能穿漏,惟玻璃可盛。硝酸又叫强水,传说为公元八世纪,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,这是人类关于硝酸最早的记录。硝酸有哪些性质呢?硝酸的用途有哪些?提示:硝酸具有酸性、不稳定性和强氧化性;硝酸可以用来制造炸药、染料和塑料等。二、人类活动对氮循环和环境的影响1.影响2.措施【情境·思考】光化学烟雾是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)等一次污染物在阳光(紫外光)作用下发生光化学反应生成二次污染物所形成的烟雾污染现象,是碳氢化合物在紫外线作用下生成的有害浅蓝色烟雾。(1)光化学烟雾有什么危害?(2)光化学烟雾和空气中什么物质的含量有关?提示:(1)人和动物受到的主要伤害是眼睛和黏膜受刺激、头痛、呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。(2)光化学烟雾与臭氧的含量有关。知识点一硝酸的强氧化性【重点释疑】1.规律(1)硝酸的浓度越大,氧化性越强。(2)浓硝酸的还原产物是NO2,稀硝酸的还原产物是NO。(3)还原剂一般被氧化为最高价态。2.表现(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3Ag+4HNO3(稀)====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Fe、Al钝化,加热时反应。(2)硝酸与非金属的反应。①反应规律:非金属单质+浓硝酸最高价氧化物或其含氧酸+NO2↑+H2O;②实例:C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。→△====(3)硝酸与还原性化合物或离子的反应。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、SO2、Fe2+、FeO、I-、S2-、等均能被HNO3氧化。23SO【思考·讨论】(1)少量的Fe与足量稀硝酸反应,Fe被氧化为+2价还是+3价?过量的Fe与稀硝酸反应呢?提示:硝酸的氧化性较强,可将Fe氧化为Fe3+,故少量的Fe与足量稀硝酸反应,Fe被氧化为+3价;由于Fe可与Fe3+生成Fe2+,故过量的Fe与稀硝酸反应得到+2价铁。(2)铜投入稀硫酸中不会溶解,再向溶液中投入KNO3固体,铜会不会溶解?为什么?提示:会溶解。由离子方程式8H++2+3Cu====3Cu2++2NO↑+4H2O可知,只要溶液同时有H+和,铜就会发生反应而溶解。3NO3NO【案例示范】【典例】某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO设计了实验方案。(1)甲同学设计了如图所示实验装置(实验过程中活塞2为打开状态)。①组装好装置检验气密性后,如何加入稀硝酸?_________________________________________________。②如何控制反应的进行?如何加快反应速率?_________________________________________。③如何操作验证产生的气体为NO?________________________________________。(2)乙同学设计了如图所示实验装置(加热装置和固定装置均已略去)。图中K为止水夹(处于关闭状态),F是一半空的注射器。①设计装置A的目的是________________________。②装置E和F的作用是__________________________。为实现此作用,操作是________________________。③装置D的作用是_____________________________。【解析】(1)①打开活塞1使左右大气相通,加入硝酸时,液面才能达到液面a处;②关闭或开启活塞1能控制U形管内产生气体的压强,当关闭活塞1,左侧压强大时能使铜和稀硝酸分离从而停止反应;加热可加快反应速率;③一氧化氮是无色气体,如果证明反应产生的气体是一氧化氮,需要将活塞1打开,将气体放入分液漏斗中,气体在分液漏斗中变为红棕色,则证明反应所产生的气体是一氧化氮。(2)①装置中含有氧气,对NO的检验有干预,A产生的CO2可以排除装置中的空气;②将注射器F中的空气推入E中,若气体变为红棕色则说明生成了NO;③氮的氧化物是大气污染物,可以被氢氧化钠溶液吸收,干燥管可以防止倒吸。答案:(1)①打开活塞1,加入稀硝酸至液面a处②通过关闭或开启活塞1可以控制反应的进行;在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸与铜的反应速率③反应开始后,胶塞下方有无色气体生成,打开活塞1,分液漏斗中有红棕色气体生成,证明该气体为NO(2)①产生CO2,赶走装置中的空气,防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰②验证NO的生成将注射器中的空气推入E中,若气体变为红棕色则说明生成了NO③吸收多余的氮氧化物,防止污染空气,防止倒吸【迁移·应用】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世纪金榜导学号()①②③A.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【解析】选D。A.①中的碎玻璃不与浓硝酸反应,但仍有红棕色气体产生,说明浓硝酸受热分解产生了二氧化氮和氧气,A正确;B.通过A分析可知,浓硝酸受热可以分解产生二氧化氮和氧气,所以②中红棕色气体可能来源于硝酸分解,即不能表明②中木炭与浓硝酸发生反应,B正确;C.实验③中木炭没有与浓硝酸接触,浓硝酸没有被加热,生成红棕色气体二氧化氮的原因可能是挥发出的硝酸蒸气与红热木炭反应,或是挥发出的硝酸受热分解,从生成的二氧化氮看,都是来源于HNO3中+5价氮元素,所以红棕色气体是还原产物,C正确;D.由于空气中含有氧气,因此红热的木炭可能与氧气反应产生了CO2,且③中木炭和浓硝酸并没有接触,因此不能说明木炭一定与浓硝酸发生了反应,D错误。2.(2019·浏阳高一检测)下列反应中硝酸既表现出酸性又表现出氧化性的是()A.使石蕊试液变红B.与铜反应放出NO气体,生成Cu(NO3)2和H2OC.与Na2CO3反应放出CO2气体,生成NaNO3D.与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2【解析】选B。在上述反应A、C项中HNO3均表现出酸性。在B、D项中HNO3中氮元素的化合价均降低,表现出氧化性,并且在B项中又有Cu(NO3)2和水生成,说明此反应中HNO3还表现出酸性。【素养提升】某同学通过查阅资料了解到:硝酸铜[Cu(NO3)2]的无水物和水合物都是蓝色晶体,但性质有很大不同。亮蓝色的无水硝酸铜是易挥发的固体,在真空中升华。请思考:由铜粉制备硝酸铜有哪些途径?并评价哪种途径更优。提示:途径一:3Cu+8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。途径二:Cu+4HNO3(浓)====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。途径三:2Cu+O22CuO,CuO+2HNO3====Cu(NO3)2+H2O。途径三更优。原因是制备等量的Cu(NO3)2消耗的硝酸最少且无污染性气体产生。△====知识点二硝酸与金属反应的有关计算【重点释疑】1.硝酸与金属反应的规律硝酸与金属单质反应时一部分被还原,一部分生成硝酸盐,故硝酸既表现了酸性又表现了氧化性,但硝酸与金属反应一般不生成H2。(1)硝酸与铜的反应。在反应中硝酸的作用可用下图表示:可以看出,随HNO3浓度的降低,还原产物会由NO2变NO。①由氮原子守恒可知,无论是NO2还是NO,被还原的硝酸与生成气体的物质的量总是相等的;②未被还原的与Cu2+构成Cu(NO3)2,的物质的量为Cu2+物质的量的2倍;3NO3NO③运用电子守恒、原子守恒,便可顺利求解参加反应的Cu、HNO3以及产物NO2、NO之间量的关系。(2)稀硝酸与铁的反应。Fe+4HNO3(稀)====Fe(NO3)3+NO↑+2H2O①3Fe(过量)+8HNO3(稀)====3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O②反应物的量与生成物的关系如图所示:上述反应首先发生反应①,若Fe剩余再发生反应③Fe+2Fe(NO3)3====3Fe(NO3)2,合并①③即可得反应②。所以,无论反应①还是反应②,被还原的HNO3皆占参与反应的HNO3的。142.金属与硝酸反应常用的计算方法(1)原子守恒法:HNO3与金属反应时,反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量等于显酸性的HNO3(以硝酸盐的形式存在于溶液中)的物质的量与显氧化性的HNO3(以NOx的形式存在)的物质的量之和。3NO(2)电子守恒法:HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量。(3)电荷守恒:HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH-)有c()=c(H+)+n×c(Mn+)(Mn+代表金属离子)。3NO【思考·讨论】(1)铜与足量稀硝酸反应时,表现酸性的HNO3与作氧化剂的HNO3物质的量之比是多少?提示:Cu与稀硝酸反应:3Cu+8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。当有8molHNO3参加反应时,有2molHNO3表现氧化性,6molHNO3表现酸性,故表现酸性的HNO3与作氧化剂的HNO3物质的量之比为3∶1。(2)mgCu与足量的一定浓度的硝酸充分反应,生成VLNO、NO2混合气体(标准状况下),则参加反应的HNO3的物质的量是多少?提示:被还原的硝酸无论生成NO还是NO2,均有氮原子与被还原的HNO3的物质的量相等;未被还原(起酸性作用)的硝酸等于Cu(NO3)2物质的量的2倍,故参加反应的硝酸的物质的量为()mol。Vm22.432【案例示范】【典例】(2019·三明高一检测)在标准状况下将1.92g铜粉投入一定量浓硝酸中,随着铜粉的