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第3课时硝酸人类活动对氮循环和环境的影响,1掌握硝酸的物理性质和化学性质。2了解自然界中硝酸的形成过程。3了解人类活动对氮循环的影响，知道形成酸雨、光化学烟雾和水体富营养化等环境问题的原因。4了解如何减少氮氧化物的排放，树立环境保护的意识。,1硝酸的化学性质。2氮氧化物对环境的影响。,一、硝酸1物理性质,无色,有刺激性,易挥发,液体,2化学性质(1)酸性：硝酸具有酸的通性。(2)不稳定性。HNO3见光或受热易分解，化学方程式为：_。,4HNO32H2O+4NO2+O2,(3)强氧化性。,HNO3,与金属的反应,Cu,稀硝酸,3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,浓硝酸,Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O,Fe、Al,室温时浓硝酸可使铁、铝表面形成_,与非金属的反应，如碳,4HNO3(浓)+CCO2+4NO2+2H2O,致密的氧化膜而钝化,3用途硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、染料、塑料、硝酸盐等，也是实验室里的重要化学试剂。,二、人类活动对氮循环和环境的影响1含氮物质的来源及其危害,化石燃料燃烧植物体焚烧土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化,工业废水生活污水农业废水,产物,氮氧化物,危害,与碳氢化合物发生反应,产生温室效应、光化学烟雾,与水反应生成硝酸和亚硝酸,形成酸雨,水体富营养化,危害,2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。,1浓硝酸为什么常是黄色？如何除去浓硝酸的黄色？提示：浓硝酸易分解产生NO2，NO2溶于水显黄色；因为当NO2和O2体积比为41时可发生如下反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，故可向浓硝酸中通入空气或氧气消除浓硝酸的黄色。2较活泼金属与酸反应时一定有H2生成吗？提示：不一定。非氧化性酸如盐酸、稀硫酸等与较活泼金属反应生成H2；而氧化性酸如浓、稀硝酸与金属反应一般不生成H2。,硝酸的强氧化性通过以下实验分析硝酸的氧化性，并完成相关问题。【实验装置】,【实验记录】,1铜、铁与盐酸和硝酸的反应有何不同？【精讲点拨】盐酸只能与金属活动性顺序表中氢之前的金属反应，HCl中的氢元素表现氧化性因而生成氢气，而硝酸可以与除金、铂、钛之外的大多数金属反应，HNO3中氮元素表现氧化性因而生成NO或者NO2。提示：(1)铜与盐酸不反应而与硝酸反应；(2)铁与盐酸反应生成H2，而与硝酸反应生成NO或者NO2。,2Fe、Al在常温下不能溶于浓硝酸中，是因为Fe、Al不能与浓硝酸发生反应吗？【精讲点拨】钝化有新物质生成，是化学变化，Fe、Al与浓硝酸在加热条件下剧烈反应，硝酸被还原为NO2。提示：不是。Fe、Al等金属跟浓硝酸在常温下发生钝化现象，因而不能溶解，但是钝化不代表不反应，而是在浓硝酸的作用下Fe、Al表面形成了一层致密的氧化膜，阻止了反应的进一步发生；但在加热条件下可以剧烈反应。,3Fe与稀硝酸反应时的产物与二者的用量有何关系？【思路分析】硝酸与铁反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，由于硝酸铁可与铁反应生成硝酸亚铁，因此铁过量时生成硝酸亚铁、一氧化氮和水。提示：硝酸过量：Fe+4H+NO3-=Fe3+NO+2H2O；铁过量：3Fe+8H+2NO3-=3Fe2+2NO+4H2O。,4金属与硝酸的反应中，硝酸起什么作用？分别是如何体现的？【思路分析】金属与硝酸反应时，一部分硝酸表现氧化性，生成NO或者NO2，一部分硝酸表现酸性，生成金属硝酸盐。提示：(1)强氧化性：HNO3中+5价的氮元素有很强的得电子能力，如将Fe氧化为高价态的Fe3+。(2)酸性：生成了盐类物质，如Fe(NO3)3、Al(NO3)3。,1有关硝酸的性质总结(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NO3-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NO3-。(3)硝酸根在酸性条件下具有强氧化性。如硝酸在与金属反应完后，溶液中仍然有硝酸根离子存在，当金属剩余时，再加入H+，金属仍会溶解。(4)稀硝酸的还原产物不一定都是NO，随着硝酸浓度的变化，其还原产物也会变化。,2硝酸与金属反应的一般规律(1)金属与硝酸反应一般不生成H2，浓硝酸一般被还原为NO2，稀硝酸一般被还原为NO，极稀的硝酸可被还原成NH3，生成NH4NO3。(2)足量金属与一定量浓硝酸反应时，随着硝酸浓度的降低，产物也发生改变。,(3)金属与硝酸反应的一般通式。金属+浓硝酸金属硝酸盐+NO2+H2O反应中，表现氧化性(被还原)的HNO3占表现酸性的HNO3占金属+稀硝酸金属硝酸盐+NO+H2O反应中，表现氧化性(被还原)的HNO3占表现酸性的HNO3占生成硝酸盐。,【典题训练】将192g铜置入一定量的浓硝酸中，并微热，随着铜的不断减少，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜反应完毕时(铜片完全消失)，共收集到112L气体(标准状况)：(1)收集到的气体中含有_。(2)反应中被还原的HNO3的物质的量是_mol。(3)将收集上述气体的容器倒扣在盛有水的水槽中，并向其中缓慢通入O2，使其充分反应，若要使水恰好充满容器，理论上需要通入O2的体积(标准状况)是_L。,【解题指南】解答该类题目需要注意以下问题：(1)浓硝酸与金属反应时，随着反应的进行硝酸的浓度会逐渐降低。(2)硝酸与金属反应时，既表现了氧化性又表现了酸性。(3)反应遵循质量守恒和电子转移守恒。,【解析】(1)浓硝酸与铜反应生成NO2，随着硝酸浓度的降低，生成气体颜色变浅，说明有NO生成；(2)根据氮原子守恒可知，被还原的HNO3的物质的量与生成的NO2、NO的总物质的量相等，因此为112L/224Lmol-1=005mol;,(3)设需通入氧气的体积为x，由电子守恒，可得：2CuO2128g224L192gx128g224L=192gxx=(192g224L)128g=0336L。答案：(1)NO2、NO(2)005(3)0336,【互动探究】上述反应过程中未被还原的硝酸的物质的量是多少？提示：反应消耗的硝酸分两部分，一部分表现氧化性被还原，其物质的量为005mol；另一部分表现酸性生成Cu(NO3)2,根据铜原子守恒可知：Cu(NO3)2的物质的量=192g/64gmol-1=003mol,则消耗硝酸为003mol2=006mol。,一、选择题1环境污染问题越来越受到人们的关注，造成环境污染的主要原因大多是由于人类生产活动中过度排放有关物质引起的。下列环境问题与所对应的物质不相关的是()A温室效应二氧化碳B酸雨二氧化碳C臭氧层破坏氟氯烃D光化学烟雾二氧化氮【解析】选B。酸雨的形成主要与氮氧化物和二氧化硫有关，而与二氧化碳无关。,2(双选)在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解，再加入下列哪种固体粉末，铜粉可溶解()AFeCl2BFe2O3CZnDKNO3【解析】选B、D。A中FeCl2与铜不反应；B中Fe2O3溶于稀硫酸得到Fe2(SO4)3，Fe2(SO4)3可与铜反应；C中Zn溶于稀硫酸反应生成的ZnSO4不与铜反应；D中KNO3在酸性条件下可以与铜反应。,3已知X、Y、Z、W(含同一元素)有如下所示转化关系，且X能与W发生反应生成一种易溶于水的盐，则X可能是()AN2BNO2CNH3DNO【解析】选C。由题意可知，NH3经连续氧化生成NO2，NO2与水反应生成HNO3可以与NH3生成易溶于水的盐NH4NO3。故选C。,4“绿色化学实验”已走进课堂，下列做法符合“绿色化学”的是(),实验室收集氨气采用图1所示装置实验室中做氯气与钠的反应实验时采用图2所示装置实验室中用玻璃棒分别蘸取浓盐酸和浓氨水做氨气与酸生成铵盐的实验实验室中采用图3所示装置进行铜与稀硝酸的反应ABCD,【解析】选C。“绿色化学实验”的含义是对环境没有污染。图1装置中的水可以吸收多余的氨气，图2中浸有碱液的棉球可以吸收剩余的氯气，图3中的气球可以收集反应生成的NO气体，而实验中浓盐酸与浓氨水均可以对环境造成污染。故选C。,5某金属单质跟一定浓度的硝酸反应，假定只有单一的还原产物。当参加反应的金属与被还原的HNO3的物质的量之比为21时，还原产物是()ANO2BNOCN2ODN2,【解析】选C。本题主要考查HNO3的氧化性和运用数学工具解决化学问题的能力。由于金属未知，HNO3浓度范围未知，此题的突破口应在“还原产物单一”、“单质与被还原的HNO3的物质的量之比为21”上，应用氧化还原反应中电子转移守恒来解题。设氧化产物中金属的化合价为+n，HNO3的还原产物中N的化合价为x，则：2(n-0)=1(5-x)，即x=5-2n。讨论：当n=1时，x=3，为N2O3，未在选项中出现。当n=2时，x=1，为N2O,选项C符合题意。当n=3时，x=-1，无此价态氮的化合物。由于金属阳离子一般不出现+4价或以上的价态，故不再讨论。,6(2012山东高考)下列由相关实验现象所推出的结论正确的是()ACl2、SO2均能使品红溶液褪色，说明二者均有氧化性B向溶液中滴加酸化的Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀，说明该溶液中一定有SO42-CFe与稀HNO3、稀H2SO4反应均有气泡产生，说明Fe与两种酸均发生置换反应D分别充满HCl、NH3的烧瓶倒置于水中后液面均迅速上升，说明二者易溶于水,【解析】选D。A项，二者漂白的原理不同，前者属于氧化型，后者属于化合型，因此不能说明SO2具有氧化性，A错；B项，溶液中也可能含有SO32-，B错；C项，铁与硝酸发生的不是置换反应，C错误。,7.某稀溶液中含有Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3，若向其中逐渐加入铁粉，溶液中Fe2+的浓度与加入铁粉的物质的量之间的关系如图所示。则稀溶液中Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量浓度之比为()A114B131C338D111,【解析】选A。因为氧化性：HNO3Fe3+Cu2+，所以加入铁粉时铁粉依次与HNO3、Fe3+、Cu2+反应。(1)在图中横坐标O1阶段发生如下反应：Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO+2H2O1mol4mol1mol所以原溶液中有4molHNO3，生成1molFe(NO3)3；,(2)在图中横坐标12阶段发生如下反应：Fe+2Fe(NO3)3=3Fe(NO3)21mol2mol该阶段中加入1molFe，消耗2molFe(NO3)3，故原溶液中Fe(NO3)3的物质的量为2mol-1mol=1mol；(3)在图中横坐标23阶段，发生如下反应：Fe+Cu(NO3)2=Fe(NO3)2+Cu1mol1mol所以原溶液中Cu(NO3)2为1mol，故Fe(NO3)3、Cu(NO3)2、HNO3的物质的量浓度之比为114。,二、非选择题8工业上硝酸的制备和自然界中硝酸的生成既有相同的地方，又有区别。线路、是工业生产硝酸的主要途径，线路、是雷电高能固氮过程中硝酸的生成途径。,(1)完成下列反应的化学方程式：写出的化学方程式：_。写出的化学方程式：_。(2)下列环境问题与NO2的排放有关的是_(填字母序号)。A赤潮B光化学烟雾C臭氧空洞D温室效应E酸雨,(3)某课外小组查阅有关资料知，铂丝是氨氧化的催化剂。并设计进行了如图实验。实验过程中观察到：瓶口气体变为红棕色，瓶内出现白烟。在此实验过程中发生了上述路线、及中_(填写编号)。出现白烟是因为发生了(用化学方程式表示)_。,【解析】(1)反应的化学方程式为：4NH3+5O24NO+6H2O。反应的化学方程式为：3NO2+H2O=2HNO3+NO。(2)光化学烟雾、酸雨与NO2的排放有关。(3)在此实验过程中发生的反应有4NH3+5O24NO+6H2O、2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO、NH3+HNO3=NH4NO3(白烟)。涉及上述路线中的、。,答案：(1)4NH3+5O24NO+6H2O3NO2+H2O=2HNO3+NO(2)B、E(3)、NH3+HNO3=NH4NO3,9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而设计了下列实验，装置如图所示(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。,请回答有关问题：(1)设计装置A的目的是_；为达到此目的，应进行的操作是_。(2)在完成(1)中的“操作”后，将装置B中铜丝插入稀硝酸，并微热之，观察到装置B中的现象是_。(3)装置E和F的作用是_。(4)装置D的作用是_。,【解析】(1)利用生成的二氧化碳将整个装置内的空气赶尽，避免NO和氧气反应生成二氧化氮对气体产物的观察产生干扰。当观察到装置C中产生白色沉淀时说明CO2已充满装置。(2)铜与稀硝酸反应方程式为：3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O，可以观察到铜丝上有无色气体生成，溶液逐渐变蓝色。(3)将注射器F中的空气推入E中或将E中的无色气体吸入到注射器中会有红棕色NO2生成。(4)NaOH溶液可以吸收氮氧化物防止污染，球形干燥管兼有防倒吸功能。,答案：(1)排尽装置内空气防止干扰打开K，且打开分液漏斗活塞，当装置C中产生白色沉淀时，关闭K(2)铜丝表面产生气泡，稀硝酸液面上仍为无色，溶液变为蓝色(3)验证反应生成的无色气体为NO(4)吸收多余的氮氧化物，防止污染空气，兼有防止倒吸的功能,10在浓硝酸中放入适量铜片：(1)开始反应的化学方程式为_，实验现象为_。(2)若铜有剩余，则反应将要结束时的化学方程式为_。(3)待反应停止后，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，原因是_。(4)若将128g铜跟一定量的浓硝酸反应，铜消耗完时，共产生气体56L(标准状况下)。则所消耗硝酸的物质的量是_。,【解析】(1)浓硝酸与铜片反应的化学方程式为：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O。(2)铜跟浓硝酸反应时，随着反应的进行，硝酸浓度不断减小，故反应最后阶段发生的是铜与稀硝酸的反应。(3)反应停止后，反应体系中有：Cu、Cu2+、NO3-，加入稀硫酸后，H2SO4电离出H+，又生成了HNO3，故又会有Cu溶解。,(4)产生的56L气体是NO2和NO的混合气体。根据N原子守恒可算出被还原的HNO3的物质的量，再根据Cu的量可算出显酸性的HNO3的物质的量Cu反应后转化为Cu(NO3)2,故显酸性的HNO3的物质的量应为Cu的物质的量的2倍。消耗HNO3的总物质的量=起酸作用的HNO3的物质的量+被还原(起氧化作用)的HNO3的物质的量。铜的物质的量为：128g/64gmol-1=02mol，起酸性作用的HNO3的物质的量为：02mol2=04mol，NO2和NO的总物质的量为：56L/224Lmol-1=025mol，则起氧化作用的HNO3(即被还原的HNO3)总物质的量为025mol，故总共消耗的硝酸的物质的量为：04mol+025mol=065mol。,答案：(1)Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O铜片逐渐溶解，溶液逐渐变蓝色，有红棕色气体产生(2)3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O(3)加入稀硫酸后，H2SO4电离出H+，与原溶液中的NO3-构成强氧化性条件(即相当于溶液中又生成了稀硝酸)，因此Cu又会溶解，铜片上产生气泡(4)065mol,
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