2024高中化學(xué)第3章自然界中的元素第2節(jié)氮的循環(huán)第3課時硝酸人類活動對氮循環(huán)和環(huán)境的影響教案魯科版必修1

PAGE5-第3課時硝酸人類活動對氮循環(huán)和環(huán)境的影響[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.能從物質(zhì)類別、元素化合價的角度，依據(jù)復(fù)分解反應(yīng)規(guī)律和氧化還原反應(yīng)原理預(yù)料硝酸的性質(zhì)，設(shè)計試驗進(jìn)行初步驗證，并能分析，說明有關(guān)試驗現(xiàn)象，能用化學(xué)方程式、離子方程式正確表示硝酸的主要化學(xué)性質(zhì)。2.能依據(jù)HNO3的性質(zhì)說明其妥當(dāng)保存、合理運用的常見方法。3.能說明HNO3的應(yīng)用對社會發(fā)展的價值和對環(huán)境的影響，參與社會性科學(xué)議題——酸雨和霧霾防治、水體愛護(hù)的探討。一、硝酸1．物理性質(zhì)純硝酸為eq\o(□,\s\up4(01))無色、有eq\o(□,\s\up4(02))刺激性氣味的液體，沸點eq\o(□,\s\up4(03))低，eq\o(□,\s\up4(04))易揮發(fā)，在空氣中呈“白霧”狀，質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%以上的濃硝酸稱為“eq\o(□,\s\up4(05))發(fā)煙硝酸”。2．化學(xué)性質(zhì)(1)酸性：屬于強(qiáng)酸，具有酸的通性，如CaCO3與HNO3反應(yīng)eq\o(□,\s\up4(06))CaCO3＋2HNO3=Ca(NO3)2＋H2O＋CO2↑。(2)不穩(wěn)定性：見光或受熱易分解，化學(xué)方程式為eq\o(□,\s\up4(07))4HNO3eq\o(=,\s\up17(光照或△))4NO2↑＋O2↑＋2H2O。(3)強(qiáng)氧化性：①與金屬反應(yīng)硝酸具有強(qiáng)氧化性，能與除eq\o(□,\s\up4(08))Au、eq\o(□,\s\up4(09))Pt、eq\o(□,\s\up4(10))Ti以外的大多數(shù)金屬反應(yīng)。a．Cu與濃HNO3反應(yīng)的化學(xué)方程式為eq\o(□,\s\up4(11))Cu＋4HNO3(濃)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。Cu與稀HNO3反應(yīng)的化學(xué)方程式為eq\o(□,\s\up4(12))3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。b．與Fe、Al反應(yīng)：eq\o(□,\s\up4(13))常溫時濃硝酸可使鐵、鋁表面形成致密的氧化膜而eq\o(□,\s\up4(14))鈍化，所以可以用eq\o(□,\s\up4(15))鐵容器或eq\o(□,\s\up4(16))鋁容器盛放濃硝酸。②與非金屬反應(yīng)碳與濃硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為eq\o(□,\s\up4(17))C＋4HNO3(濃)eq\o(=,\s\up17(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。3．用途硝酸是一種重要的化工原料，可用于制造eq\o(□,\s\up4(18))炸藥、染料、塑料、硝酸鹽等。二、人類活動對氮循環(huán)和環(huán)境的影響1．氮氧化物的危害(1)以eq\o(□,\s\up4(01))一氧化氮和二氧化氮為主的氮氧化物是形成光化學(xué)煙霧和酸雨的一個重要緣由。(2)光化學(xué)煙霧：汽車尾氣中的eq\o(□,\s\up4(02))碳?xì)浠衔锖偷趸锝?jīng)紫外線照耀發(fā)生反應(yīng)形成的一種有毒的煙霧。(3)酸雨：氮氧化物與空氣中的水和氧氣反應(yīng)生成的eq\o(□,\s\up4(03))硝酸和亞硝酸是酸雨的成分。(4)水體富養(yǎng)分化：當(dāng)進(jìn)入水的eq\o(□,\s\up4(04))氮含量增大時，會造成水體的富養(yǎng)分化，導(dǎo)致藻類“瘋長”并覆蓋在水面上。2．削減人類活動對氮循環(huán)和環(huán)境的影響的措施(1)限制進(jìn)入大氣、陸地和海洋的有害物質(zhì)的數(shù)量。(2)增加生態(tài)系統(tǒng)對有害物質(zhì)的eq\o(□,\s\up4(05))汲取實力，如愛護(hù)森林、植樹造林等。一、硝酸的性質(zhì)及應(yīng)用[溝通研討]1．打開試驗室中保存已久的濃HNO3，除聞到有刺激性酸味外，還發(fā)覺溶液呈黃色，為什么？提示：聞到酸味說明HNO3具有揮發(fā)性；保存已久的濃HNO3呈黃色的緣由是HNO3能分解生成H2O、O2和NO2，NO2溶解在硝酸中使?jié)釮NO3呈黃色。2．依據(jù)HNO3中氮的化合價和濃硝酸分解的產(chǎn)物NO2、O2，預(yù)料一下硝酸的性質(zhì)。提示：HNO3中氮元素處于最高價態(tài)，其能分解生成強(qiáng)氧化性物質(zhì)O2和NO2，因此HNO3具有強(qiáng)氧化性。[點撥提升]1．硝酸與金屬的反應(yīng)一般規(guī)律：金屬與硝酸反應(yīng)不生成H2。(1)硝酸能與除Au、Pt外的絕大多數(shù)金屬反應(yīng)：如：2HNO3(濃)＋Ag=AgNO3＋NO2↑＋H2O；4HNO3(稀)＋3Ag=3AgNO3＋NO↑＋2H2O。(2)濃硝酸與Fe、Al的反應(yīng)：(3)稀HNO3與Fe的反應(yīng)：①Fe＋4HNO3(稀)=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O。②3Fe(過量)＋8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。2．濃硝酸與非金屬的反應(yīng)(1)濃硝酸與部分還原性較強(qiáng)(或氧化性較弱)的非金屬單質(zhì)(如C、S、P等)反應(yīng)。(2)反應(yīng)規(guī)律：非金屬單質(zhì)＋濃HNO3eq\o(→,\s\up17(△))最高價氧化物或最高價含氧酸＋NO2↑＋H2O。(3)反應(yīng)實例：C＋4HNO3(濃)eq\o(=,\s\up17(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2OS＋6HNO3(濃)eq\o(=,\s\up17(△))H2SO4＋6NO2↑＋2H2OP＋5HNO3(濃)eq\o(=,\s\up17(△))H3PO4＋5NO2↑＋H2O。學(xué)問拓展(1)濃硝酸能使紫色石蕊溶液先變紅，后退色。(2)硝酸與銅的反應(yīng)：濃硝酸eq\o(→,\s\up17(足量Cu))起先HNO3被還原為NO2，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硝酸變稀，HNO3被還原為NO，向反應(yīng)后的溶液中加稀硫酸，NOeq\o\al(－,3)又被還原為NO。(3)Fe與稀HNO3的反應(yīng)①反應(yīng)關(guān)系：②反應(yīng)產(chǎn)物與反應(yīng)物用量關(guān)系：a.eq\f(nHNO3,nFe)≥4，F(xiàn)e(NO3)3；b.eq\f(nHNO3,nFe)≤eq\f(8,3)，F(xiàn)e(NO3)2；c.eq\f(8,3)<eq\f(nHNO3,nFe)<4，F(xiàn)e(NO3)3和Fe(NO3)2；d．n(參與反應(yīng)的HNO3)＝4n(被還原的HNO3)。[練習(xí)與活動]1．下列關(guān)于硝酸說法正確的是()A．硝酸與金屬反應(yīng)，主要是＋5價氮得電子B．濃HNO3與濃鹽酸按3∶1的體積比所得混合物叫王水C．硝酸電離出H＋，能被Zn、Fe等金屬還原成H2D．常溫下，向濃HNO3中投入Fe片，會產(chǎn)生大量紅棕色氣體答案A解析硝酸與金屬反應(yīng)，主要是＋5價氮得電子，生成氮的低價化合物，一般不生成氫氣。濃HNO3與濃鹽酸按1∶3的體積比所得混合物叫王水。常溫下鐵遇到濃硝酸發(fā)生鈍化，不會生成大量紅棕色氣體。2．在盛有肯定量濃硝酸的試管中加入6.4g銅片，發(fā)生反應(yīng)。請回答下列問題：(1)起先階段，視察到的現(xiàn)象為____________________，反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________________________________________________________________。(2)反應(yīng)結(jié)束后，銅片有剩余，再加入少量20%的稀硫酸，這時銅片上又有氣泡產(chǎn)生，反應(yīng)的離子方程式是________________________________________________________________________________________________________________。(3)若6.4g銅片消耗完時，共產(chǎn)生氣體2.8L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。則整個反應(yīng)過程中所消耗的HNO3的物質(zhì)的量為________。答案(1)銅片漸漸溶解，溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色，產(chǎn)生紅棕色的氣體Cu＋4HNO3(濃)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O(2)3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O(3)0.325mol解析(1)因為濃硝酸的氧化性很強(qiáng)，可以將銅氧化，同時它本身被還原為紅棕色的NO2氣體，所以現(xiàn)象是銅片漸漸溶解，溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色，產(chǎn)生紅棕色的氣體。(2)反應(yīng)后的溶液中有NOeq\o\al(－,3)，加入稀硫酸后，NOeq\o\al(－,3)會接著氧化銅單質(zhì)。(3)起酸性作用的HNO3的物質(zhì)的量n(HNO3)＝2n(Cu)＝0.2mol；被還原的HNO3的物質(zhì)的量n(HNO3)＝eq\f(2.8L,22.4L·mol－1)＝0.125mol。故整個反應(yīng)過程中所消耗的HNO3的物質(zhì)的量為0.2mol＋0.125mol＝0.325mol。二、人類活動對氮循環(huán)和環(huán)境的影響[溝通研討]造成“水華”現(xiàn)象的緣由是什么？如何防治？提示：水體中氮、磷等元素的含量增多，使得水體中的植物增長速度加快，使水體缺氧變臭。防治的措施是削減含氮、磷等元素的物質(zhì)向水體中的排放，科學(xué)地施用化學(xué)肥料。[點撥提升]含氮物質(zhì)的來源及其危害學(xué)問拓展環(huán)境問題與產(chǎn)生緣由(1)“臭氧空洞”主要是大量運用氟氯代烴等引起的。(2)“光化學(xué)煙霧”主要是由汽車尾氣的排放引起的。(3)“酸雨”主要是由空氣中SO2、NO2濃度增大引起的。(4)“白色污染”主要是由聚乙烯塑料等引起的。(5)“溫室效應(yīng)”主要是由空氣中CO2濃度增大引起的。[練習(xí)與活動]3．下列污染現(xiàn)象主要與NO2有關(guān)的是()A．臭氧層空洞 B．水體富養(yǎng)分化C．光化學(xué)煙霧 D．溫室效應(yīng)答案C解析以一氧化氮和二氧化氮為主的氮氧化物是形成光化學(xué)煙霧的一個重要緣由，故本題選C項。4．汽車尾氣是城市空氣的污染源之一。治理的方法之一是在汽車的排氣管上裝一個“催化轉(zhuǎn)換器”。它可以使CO與NO反應(yīng)，生成可參與大氣循環(huán)的無毒氣體。(1)下列與汽車尾氣的排放親密相關(guān)的是________(填序號)。A．光化學(xué)煙霧 B．水體富養(yǎng)分化與赤潮C．白色污染 D．霧霾(2)寫出一氧化碳與一氧化氮反應(yīng)的化學(xué)方程式：____