2025版高一化學必修第二冊（含不定項選擇）第五章 第二節(jié) 第3課時 硝酸 酸雨及其防治

第3課時硝酸酸雨及其防治課標定向目標定位1.結合真實情境并通過實驗探究,了解硝酸的主要性質(zhì),認識硝酸在工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要應用。(科學探究與創(chuàng)新意識)2.結合真實情境,認識硫、氮的化合物對生態(tài)環(huán)境的影響,了解酸雨及防治。(科學態(tài)度與社會責任)厘清重點硝酸的不穩(wěn)定性和強氧化性突破難點硝酸的強氧化性原理及應用學習任務一:硝酸必備知識·導學[引入]二戰(zhàn)期間,諾貝爾物理學獎得主馬克思·馮勞厄、詹姆斯·弗蘭克分別將自己的獎章存放在丹麥哥本哈根的理論物理研究所,以防被納粹所得。然而,1940年德國入侵丹麥,眼看獎章不保,當時在該研究所工作的德海韋西把獎章溶解在王水中,以此躲避過了搜查。1.硝酸的物理性質(zhì)2.硝酸的化學性質(zhì)(1)不穩(wěn)定性化學方程式:4HNO3(濃)2H2O+4NO2↑+O2↑。[思考]久置的濃硝酸為何呈黃色?提示:硝酸分解生成的NO2溶于硝酸中。[應用]實驗室常將濃硝酸保存在棕色細口試劑瓶中,并放在陰涼處,不能用橡膠塞。(2)酸性(3)強氧化性濃、稀硝酸均具有強氧化性,其中N元素化合價為+5。①與銅反應實驗裝置溶液稀硝酸濃硝酸實驗現(xiàn)象反應緩慢,有少量氣泡產(chǎn)生,溶液變藍,試管口有紅棕色氣體產(chǎn)生,銅絲逐漸變細反應劇烈,產(chǎn)生大量紅棕色氣體,溶液變藍,銅絲逐漸變細化學方程式3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2OCu+4HNO3(濃)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O實驗結論濃HNO3與金屬銅反應生成NO2,稀HNO3與金屬銅反應生成NO,濃HNO3的氧化性更強[注意]a.硝酸濃度越大,氧化性越強。b.除Au、Pt等少數(shù)金屬外,硝酸幾乎可以氧化所有的金屬。c.濃硝酸和濃鹽酸按1∶3的體積比配制成的混合溶液叫“王水”。不溶于硝酸的Au、Pt,可以溶解在王水中。②與鐵、鋁反應常溫下,鐵、鋁的表面被濃HNO3或濃H2SO4氧化,生成一層致密的氧化物薄膜,阻止了酸與內(nèi)層金屬的進一步反應。[注意]當加熱時,鐵、鋁會與濃HNO3或濃H2SO4發(fā)生反應。[結論]常溫下可以用鐵或鋁制容器來盛裝濃HNO3或濃H2SO4。[思考]試著寫出少量/過量Fe粉分別與稀硝酸反應的化學方程式。提示:Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O(Fe少量)3Fe+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O(Fe過量)。3.硝酸的用途與工業(yè)制法(1)用途(2)工業(yè)制法寫出有關化學方程式:N2→NH3:N2+3H22NH3。NH3→NO:4NH3+5O24NO+6H2O。NO→NO2:2NO+O2===2NO2。NO2→HNO3:3NO2+H2O===2HNO3+NO。判對錯·通教材判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)濃硝酸在光照下久置,會變黃。 (√)提示:濃硝酸光照分解生成的二氧化氮溶于硝酸使溶液呈黃色。(2)將鐵屑放入稀HNO3中,證明Fe比H2活潑。 (×)提示:鐵屑放入稀HNO3中不產(chǎn)生H2,而是產(chǎn)生NO。(3)不用濃硝酸與銅反應來制取硝酸銅,說明濃硝酸具有揮發(fā)性。 (×)提示:不用濃硝酸與銅反應來制取硝酸銅,原因是銅與濃硝酸反應除了生成硝酸銅,還生成了對大氣有污染的二氧化氮。(4)濃HNO3和稀HNO3與Cu反應的還原產(chǎn)物分別為NO2和NO,故稀HNO3氧化性更強。 (×)提示:相同條件下根據(jù)銅與濃硝酸、稀硝酸反應的劇烈程度可知,濃硝酸的氧化性大于稀硝酸的氧化性。(5)過量的銅與濃硝酸反應,產(chǎn)物中一定有NO。 (√)提示:銅與濃硝酸反應生成NO2,由于銅過量,硝酸濃度變稀時反應生成NO,則產(chǎn)物中一定有NO。(6)濃鹽酸與濃硝酸按體積比1∶3組成王水。 (×)提示:濃鹽酸與濃硝酸按體積比3∶1組成王水。核心要點·歸納硝酸的化學性質(zhì)1.硝酸與金屬的反應(1)除Au、Pt等少數(shù)金屬外,硝酸幾乎可以氧化所有的金屬,如3Ag+4HNO3(稀)===3AgNO3+NO↑+2H2O;(2)活潑金屬與硝酸反應不生成H2,硝酸的濃度不同,還原產(chǎn)物不同;(3)常溫下濃硝酸能使Fe、Al表面生成致密的氧化物薄膜,加熱時反應。2.硝酸與非金屬的反應(1)反應規(guī)律:非金屬單質(zhì)+濃硝酸→最高價氧化物或其含氧酸+NO2↑+H2O;(2)實例:C+4HNO3(濃)CO2↑+4NO2↑+2H2O。3.硝酸與還原性化合物的反應硝酸的強氧化性還表現(xiàn)在可以氧化具有還原性的化合物或離子,如HI、HBr、SO2、Fe2+、FeO、Br-、I-、S2-、SO32微點撥·拓教材金屬與硝酸反應的思維模型學力診斷·測評1.中國化學家侯德榜領導建成了中國第一座兼產(chǎn)合成氨、硝酸、硫酸和硫酸銨的聯(lián)合企業(yè)——永利堿廠。下列對于硝酸的認識不正確的是 ()A.濃硝酸在見光或受熱時會發(fā)生分解B.金屬與硝酸反應不產(chǎn)生氫氣C.可用鐵制品或鋁制品盛裝冷的濃硝酸D.銅與硝酸的反應屬于置換反應【解析】選D。濃硝酸在見光或受熱時會發(fā)生分解反應生成氧氣、二氧化氮和水,A項正確;硝酸是氧化性酸,金屬與硝酸反應不產(chǎn)生氫氣,B項正確;常溫下鐵和鋁在濃硝酸中形成致密的氧化物薄膜,因此可用鐵制品或鋁制品盛裝冷的濃硝酸,C項正確;銅與硝酸反應生成硝酸銅、氮的氧化物和水,不屬于置換反應,D項錯誤。2.向兩支分別盛有淺綠色的Fe(NO3)2和FeSO4溶液的試管中分別逐滴加入稀鹽酸時,溶液的顏色變化應該是 ()A.前者基本沒有改變,后者變棕黃色B.前者變棕黃色,后者也變棕黃色C.前者變棕黃色,后者基本沒有改變D.前者、后者都基本沒有改變【解析】選C。Fe2+和NO3-、SO42-在溶液中可以大量共存,但加入鹽酸后,NO3-在酸性條件下表現(xiàn)出強氧化性,把Fe2+氧化成Fe3+,溶液由淺綠色變成棕黃色。SO43.1.92g銅投入一定量濃HNO3中,銅完全溶解,生成氣體顏色越來越淺,共收集到672mL氣體(標準狀況)。將盛有此氣體的容器倒扣在水中,通入標準狀況下一定體積的O2,恰好使氣體完全溶于水中,則通入O2的體積為 ()A.672mL B.168mLC.504mL D.336mL【解析】選D。根據(jù)在反應過程中銅失去電子變?yōu)殂~離子,而硝酸先被還原為二氧化氮,隨著反應進行濃硝酸變稀,硝酸被還原為一氧化氮,再通入氧氣后將氮的氧化物氧化為硝酸。整個過程中發(fā)現(xiàn)硝酸沒有發(fā)生變化,實質(zhì)反應是銅和氧氣間的反應。根據(jù)電子守恒得n(Cu)×2=n(O2)×4,解得n(O2)=0.015mol,標準狀況下V=n×Vm=0.015mol×22.4L·mol-1=0.336L=336mL。[方法導引]電子守恒又叫化合價的升降守恒,根據(jù)整體過程中化合價升高總數(shù)等于化合價降低總數(shù)進行列式?！狙a償訓練】下列事實不能說明濃硝酸氧化性比稀硝酸強的是 ()A.濃硝酸遇石蕊試液先變紅后褪色,稀硝酸遇石蕊試液只變紅不褪色B.濃硝酸能與NO反應生成NO2,而稀硝酸不能與NO反應C.濃硝酸在加熱條件下可與碳單質(zhì)反應,而稀硝酸則不能D.足量的銅還原1mol濃硝酸和1mol稀硝酸轉移電子數(shù)分別為NA和3NA【解析】選D。濃硝酸使石蕊試液變紅,然后利用濃硝酸的強氧化性將有色物質(zhì)氧化,使溶液褪色,而稀硝酸只能使石蕊試液變紅不能褪色,能夠說明濃硝酸的氧化性強于稀硝酸,A不符合題意;濃硝酸能將NO氧化成NO2,體現(xiàn)濃硝酸的強氧化性,而稀硝酸不能將NO氧化成NO2,從而說明濃硝酸的氧化性強于稀硝酸,B不符合題意;濃硝酸在加熱條件下能與碳單質(zhì)反應,而稀硝酸則不與碳單質(zhì)發(fā)生反應,從而推出濃硝酸的氧化性強于稀硝酸,C不符合題意;不能從轉移電子多少判斷氧化性的強弱,D符合題意。學習任務二:酸雨及防治必備知識·導學1.酸雨及酸雨的形成2.酸雨的分類(1)硫酸型酸雨的形成過程如圖所示:寫出圖中標號所對應的化學方程式:①2SO2+O22SO3。②SO2+H2OH2SO3。③SO3+H2O===H2SO4。④2H2SO3+O2===2H2SO4。(2)硝酸型酸雨的形成過程如圖所示:寫出圖中標號所對應的化學方程式:①2NO+O2===2NO2。②3NO2+H2O===2HNO3+NO。3.酸雨的危害[思考]汽車尾氣中的CO和NOx會造成空氣污染并形成酸雨,在汽車排氣管中加裝催化轉化器可以把兩種氣體轉化為對環(huán)境沒有污染的氣體,寫出反應的化學方程式。提示:2xCO+2NOx2xCO2+N2。判對錯·通教材判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)氮氧化物會破壞臭氧層,也能形成酸雨。 (√)提示:氮氧化物NOx(主要指NO和NO2)會形成酸雨、光化學煙霧,破壞臭氧層,是大氣主要污染物之一。(2)化石燃料燃燒產(chǎn)生大量CO2,是形成酸雨的主要原因。 (×)提示:CO2的排放不會形成酸雨。(3)大量燃燒化石燃料排放的廢氣中含SO2,從而使雨水的pH<5.6形成酸雨。 (√)提示:大量燃燒化石燃料排放的廢氣中含SO2,與空氣中氧氣、水反應生成硫酸,從而使雨水的pH<5.6形成酸雨。(4)酸雨的成分都是相同的。 (×)提示:酸雨分為硫酸型酸雨和硝酸型酸雨,其成分不同。(5)燃料的脫硫脫氮、SO2的回收利用和NOx的催化轉化都是減少酸雨產(chǎn)生的措施。 (√)提示:燃料的脫硫脫氮、SO2的回收利用和氮氧化物的催化轉化都可以減少SO2、氮氧化物的排放,可以減少酸雨的產(chǎn)生。核心要點·歸納酸雨的形成與判斷酸雨是指pH小于5.6的雨水,主要是氮氧化物或二氧化硫溶于水最終形成硝酸或硫酸造成的。二氧化碳飽和溶液的pH約等于5.6,所以二氧化碳溶于水不會形成酸雨。學力診斷·測評酸雨具有很強的破壞力。下列說法錯誤的是 ()A.空氣中的SO2溶于水,最終形成酸雨B.汽車排放的尾氣、硝酸廠和化肥廠的廢氣都含有氮氧化物C.工業(yè)廢水任意排放是造成酸雨的主要原因D.為了減少酸雨的形成,可對燃料進行脫硫處理【解析】選C。SO2與水反應生成亞硫酸,亞硫酸能被氧化為硫酸,形成酸雨,故A正確;汽車排放的尾氣、硝酸廠和化肥廠的廢氣都含有氮氧化物,故B正確;工業(yè)廢水任意排放造成江河湖泊污染,與酸雨無關,故C錯誤;燃料脫硫可減少二氧化硫的排放,為了減少酸雨的形成,可對燃料進行脫硫處理,故D正確?！狙a償訓練】1.為了減少酸雨的產(chǎn)生,可采取的措施有 ()①把工廠煙囪造高②化石燃料脫硫③在已酸化的土壤中加石灰④開發(fā)新能源A.②④B.②③④C.①③④D.①②③④【解析】選A。①把工廠煙囪造高,SO2的產(chǎn)生與排放不變,因此不能減少酸雨的產(chǎn)生,①不符合題意;②化石燃料脫硫,可以減少SO2的產(chǎn)生與排放,因此能夠減少酸雨的產(chǎn)生,②符合題意;③在已酸化的土壤中加石灰,可降低土壤的酸性,這與酸雨的形成無關,③不符合題意;④開發(fā)新能源可以減少產(chǎn)生SO2氣體,因此可減少酸雨的產(chǎn)生,④符合題意。2.C、N、S的氧化物中許多是工業(yè)上重要的化工原料,但是當它們分散到空氣中時,會帶來很多環(huán)境問題。下列有關這些元素的氧化物說法不正確的是 ()A.開發(fā)太陽能、水能、風能、氫能等有利于減少這些氧化物的產(chǎn)生B.這些氧化物使雨水的pH<7,我們把pH<7的雨水稱之為酸雨C.氮的氧化物是造成光化學煙霧的主要原因D.溫室效應與二氧化碳的排放有著直接的關系【解析】選B。傳統(tǒng)能源會產(chǎn)生C、N、S的氧化物,會帶來很多環(huán)境問題,太陽能、水能、風能、氫能等清潔能源,有利于減少這些元素的氧化物的產(chǎn)生,故A正確;正常雨水中溶解二氧化碳氣體,pH約為5.6,pH<5.6的雨水才稱之為酸雨,故B錯誤;N的氧化物是造成光化學煙霧的主要原因,故C正確;二氧化碳的排放是引起溫室效應的主要原因,故D正確。學情檢測·素養(yǎng)達標1.(2024·臨沂高一檢測)以下非金屬氧化物與其引起的環(huán)境問題或危害及主要來源對應正確的是 ()選項氧化物環(huán)境問題或危害主要來源ACO2酸雨化石燃料的燃燒BSO2光化學煙霧汽車尾氣的排放CNO2溫室效應工廠廢氣的排放DCO煤氣中毒煤炭的不完全燃燒【解析】選D。形成酸雨的氧化物主要是SO2和氮氧化物;CO2是造成溫室效應的主要氣體;引起光化學煙霧的主要氣體為NO2;CO會造成煤氣中毒。2.下列關于硝酸的說法不正確的是 ()A.濃硝酸是一種易揮發(fā)的液體混合物B.濃硝酸在空氣中敞口放置,因吸收水蒸氣而濃度減小C.濃硝酸不穩(wěn)定,易分解生成二氧化氮、氧氣和水D.常溫下,濃硝酸常保存在棕色試劑瓶中【解析】選B。濃硝酸是一種易揮發(fā)的液體混合物,在空氣中敞口放置,其濃度會不斷減小,濃硝酸不具有吸水性,濃硝酸不穩(wěn)定,見光易分解生成二氧化氮、氧氣和水,所以濃硝酸常保存在棕色試劑瓶中。【補償訓練】在通風櫥中進行下列實驗:裝置現(xiàn)象Fe表面產(chǎn)生大量無色氣泡,在液面上方變?yōu)榧t棕色Fe表面產(chǎn)生少量紅棕色氣泡后,迅速停止下列說法不正確的是 ()A.Ⅰ中氣體由無色變?yōu)榧t棕色的化學方程式為2NO+O2===2NO2B.Ⅱ中的現(xiàn)象說明Fe表面形成致密的氧化膜,阻止Fe進一步反應C.對比Ⅰ、Ⅱ中現(xiàn)象,說明稀HNO3的氧化性強于濃HNO3D.紅棕色氣體的成分是NO2【解析】選C。Ⅰ中由于稀硝酸有強氧化性,與鐵發(fā)生氧化還原反應,硝酸得到電子被還原變?yōu)镹O,氣體為無色,當遇到空氣時,發(fā)生反應:2NO+O2===2NO2,氣體變?yōu)榧t棕色的NO2,A正確;在Ⅱ中濃硝酸有強的氧化性,在室溫