資源簡介

5.2.3 硝酸　酸雨及防治
新課導入：
【展示】硝酸泄漏
新課講授：
【引入】介紹硝酸的物理性質，硝酸是無色、易揮發、有刺激性氣味的液體。
【提問】為什么濃硝酸一般將其保存在棕色試劑瓶中，并放置在陰涼處。為什么有的濃硝酸看起來有顏色呢！5.2.3 硝酸　酸雨及防治
一、硝酸
1.物理性質：
(1)硝酸是無色、易揮發、有刺激性氣味的液體。
（久置濃硝酸呈黃色，是因為硝酸分解產生二氧化氮溶于硝酸。）
(2)硝酸能與水以任意比互溶。
(3)常用的濃硝酸的質量分數大約為69%,質量分數在95%以上的硝酸又稱“發煙硝酸”。
2.硝酸的化學性質：
（1）具有酸的通性
①使指示劑變色:稀硝酸能使紫色石蕊溶液變紅色;濃硝酸則會使紫色石蕊溶液先變紅(H+的作用,酸性)后褪色(強氧化性)。
②與堿反應：
Cu(OH)2+2HNO3Cu(NO3)2+2H2O
③與堿性氧化物反應：
CuO+2HNO3 Cu(NO3)2+H2O
④遇弱酸鹽反應：
CaCO 3+2HNO3Ca (NO3)2+H2O+ CO2↑
硝酸的不穩定性
濃硝酸在見光或受熱時容易分解，化學方程式為：
4HNO32H2O+4NO2↑+ O2↑
因此硝酸應保存在棕色（防光）、細口（液體）、帶玻璃塞（橡膠塞易被氧化）的玻璃瓶中，并置于陰涼處（防熱）。
硝酸的強氧化性
HNO3中的＋5價氮元素具有很強的得電子能力。濃、稀硝酸都具有強氧化性，且濃度越大，氧化性越強，還原劑一般被其氧化成最高價態。
①硝酸與金屬的反應
除 Au、P t等少數金屬外，硝酸幾乎可以氧化所有金屬，生成高價金屬硝酸鹽、低價氮的氧化物和水。例如：3Ag+4HNO3（?。?AgNO3+NO↑+2H2O
金屬與HNO3反應不生成 H2，HNO3的濃度不同，還原產物不同。
注意：金屬與硝酸在計算中常用的四種方法（1）原子守恒法（2）得失電子守恒法（3）電荷守恒法（4）離子方程式計算法
例：銅與硝酸的反應
3Cu+8HNO3（稀）3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+4HNO3（濃）Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
常溫下，濃硝酸能使Fe 、Al 鈍化；稀硝酸可與鐵、鋁反應，硝酸被還原為NO。
硝酸與鐵反應時，產物符合以下規律：
Fe的量 Fe過量 Fe不足 Fe恰好與硝酸完全反應
產物 Fe(NO3)2 Fe(NO3)3 Fe(NO3)2或Fe(NO3)3或兩者混合物。
②硝酸與非金屬的反應
加熱條件下，濃硝酸能將 C 等非金屬單質氧化到最高價態，可表示為:
非金屬單質＋濃硝酸最高價氧化物或最高價含氧酸＋NO 2↑+ H2O。
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在可以氧化具有還原性的化合物或離子，如：SO2、Fe2+、FeO、 Fe2O3、 Br -、S2-, SO32- ；等均能被HNO3氧化。
注：堿性、中性條佚下，NO3- 無氧化性，但在酸性條件下NO3-表現出強氧化性，故在應用硝酸的氧化性分析離子是否共存時，要注意溶液中 H +和NO3-的組合相當于HNO3能夠氧化具有強還原性的離子，而單純的NO3- 不能氧化這些離子。
3.硝酸的工業合成：
第一步：
氨的合成：N2+3H22NH3
第二步：
氨的催化氧化：4NH3+5O24NO+6H2O
第三步：
氧化：2NO+O22NO2
第四步：
吸收：3NO2+H2O2HNO3+NO
對一氧化氮進行多次氧化吸收理論上可以完全吸收。5.2.3 硝酸的性質大全
1.物理性質：
(1)硝酸是無色、易揮發、有刺激性氣味的液體。
（久置濃硝酸呈黃色，是因為硝酸分解產生二氧化氮溶于硝酸。）
(2)硝酸能與水以任意比互溶。
(3)常用的濃硝酸的質量分數大約為69%,質量分數在95%以上的硝酸又稱“發煙硝酸”。
2.硝酸的化學性質：
（1）具有酸的通性
①使指示劑變色:稀硝酸能使紫色石蕊溶液變紅色;濃硝酸則會使紫色石蕊溶液先變紅(H+的作用,酸性)后褪色(強氧化性)。
②與堿反應：
Cu(OH)2+2HNO3Cu(NO3)2+2H2O
③與堿性氧化物反應：
CuO+2HNO3 Cu(NO3)2+H2O
④遇弱酸鹽反應：
CaCO 3+2HNO3Ca (NO3)2+H2O+ CO2↑
硝酸的不穩定性
濃硝酸在見光或受熱時容易分解，化學方程式為：
4HNO32H2O+4NO2↑+ O2↑
因此硝酸應保存在棕色（防光）、細口（液體）、帶玻璃塞（橡膠塞易被氧化）的玻璃瓶中，并置于陰涼處（防熱）。
硝酸的強氧化性
HNO3中的＋5價氮元素具有很強的得電子能力。濃、稀硝酸都具有強氧化性，且濃度越大，氧化性越強，還原劑一般被其氧化成最高價態。
①硝酸與金屬的反應
除 Au、P t等少數金屬外，硝酸幾乎可以氧化所有金屬，生成高價金屬硝酸鹽、低價氮的氧化物和水。例如：3Ag+4HNO3（稀）3AgNO3+NO↑+2H2O
金屬與HNO3反應不生成 H2，HNO3的濃度不同，還原產物不同。
注意：金屬與硝酸在計算中常用的四種方法（1）原子守恒法（2）得失電子守恒法（3）電荷守恒法（4）離子方程式計算法
例：銅與硝酸的反應
3Cu+8HNO3（稀）3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+4HNO3（濃）Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
常溫下，濃硝酸能使Fe 、Al 鈍化；稀硝酸可與鐵、鋁反應，硝酸被還原為NO。
硝酸與鐵反應時，產物符合以下規律：
Fe的量 Fe過量 Fe不足 Fe恰好與硝酸完全反應
產物 Fe(NO3)2 Fe(NO3)3 Fe(NO3)2或Fe(NO3)3或兩者混合物。
②硝酸與非金屬的反應
加熱條件下，濃硝酸能將 C 等非金屬單質氧化到最高價態，可表示為:
非金屬單質＋濃硝酸最高價氧化物或最高價含氧酸＋NO 2↑+ H2O。
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在可以氧化具有還原性的化合物或離子，如：SO2、Fe2+、FeO、 Fe2O3、 Br -、S2-, SO32- ；等均能被HNO3氧化。
注：堿性、中性條佚下，NO3- 無氧化性，但在酸性條件下NO3-表現出強氧化性，故在應用硝酸的氧化性分析離子是否共存時，要注意溶液中 H +和NO3-的組合相當于HNO3能夠氧化具有強還原性的離子，而單純的NO3- 不能氧化這些離子。5.2.3 “王水”的故事
勞厄和弗蘭克，曾獲得1914年和1925年的物理學獎，德國納粹政府要沒收他們的諾貝爾獎牌，他們輾轉來到丹麥，請求丹麥同行、1922年物理學獎得主玻爾幫忙保存。1940年，納粹德國占領丹麥，受人之托的玻爾急得團團轉。同在實驗室工作的一位匈牙利化學家赫維西（1943年化學獎得主）幫他想了個好主意：將獎牌放入“王水” 中，純金獎牌便溶解了。玻爾于是將溶液瓶放在實驗室架子上，來搜查的納粹士兵果然沒有發現這一秘密。戰爭結束后，溶液瓶里的黃金被還原后送到斯德哥爾摩，按當年的模子重新鑄造，于1949年完璧歸趙。5.2.3 金屬與硝酸反應的常用計算方法
電子守恒法：
硝酸與金屬的反應屬于氧化還原反應，N原子得到的電子數等于金屬原子失去的電子數。
原子守恒法：
氮原子守恒：n(參加反應的硝酸)=n(被還原的硝酸)+n(體現酸性的硝酸)
電荷守恒法：
HNO3過量時，反應后的溶液中(不考慮OH-)有c(NO3-)=c(H+)+xc(Mx+)
極限法：
隨著硝酸的濃度不同，產物不同，這時可用此方法。
(1)氮原子守恒
例1.將25.6mg Cu與1.4×10-3mol的濃硝酸恰好完全反應，反應后收集到的氣體在標準狀況下體積為多少 mL。(假設反應中只產生氮的氧化物)
例2.在Cu與稀硝酸反應中，如果有1mol硝酸被還原，則被氧化的銅的物質的量為
mol。
A. 3/8 B. 8/3 C.3/2 D.2/3
(2)電荷守恒法
例3.3.2g銅與過量硝酸(8 mol·L-1、30 mL)充分反應，硝酸的還原產物為NO2，和NO，反應后溶液中含有a mol H+，則此時溶液中所含NO3-的物質的量為( )
A. (0.2 +a)mol B. (0.1 +a)mol C. (0.05 +a) mol D. a mol
(3)極限法
例4.把22.4 g鐵完全溶解于某濃度的硝酸中，反應只收集到0.3 mol NO2和0.2 mol NO，下列說法正確的是( )
A.反應后生成的鹽只有Fe(NO3)3
B.反應后生成的鹽只有Fe(NO3)2
C.產物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3 的物質的里之比為1：3
D.產 物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3 的物質的里之比為3：15.2.3 金屬與硝酸反應規律總結
(1)硝酸與金屬反應一般不生成H2，硝酸濃度越低，還原產物的價態越低。
(2)通式
①金屬+濃HNO3→金屬硝酸鹽+NO2↑+H2O
②金屬+稀HNO3→金屬硝酸鹽+NO↑+H2O
參加反應的HNO3=體現酸性的HNO3+被還原的HNO3；
金屬與HNO3反應后溶液中含NO3-，若向其中加酸，金屬會繼續被氧化。
(3)總量的金屬與一定量濃HNO3反應時，隨HNO3濃度的降低，還原產物也發生改變。如Cu與濃硫酸反應，開始生成NO2，隨著反應進行硝酸濃度變稀，生成NO，最終得到NO2和NO的混合氣體。
(4)鐵與稀HNO3反應，先生成Fe(NO3)3，若Fe過量，Fe(NO3)3與Fe反應生成Fe(NO3)2。
(5)思維模式
極稀
稀
濃
c(HNO3)
NHINO3
NO
NO2
N原子守恒
兩個守恒
體現酸性
得失電子守恒
金屬
M(NO).
起酸性作用的
參加反應
體現
HNO,的物質的
HNO
氧化性
NO、NO,等
個關系
量等于生成的
硝酸鹽中NO;
的物質的量
全部電離，可以
未參加反應
參加其他反應
個技巧
利用離子方程式
快速找出各種量
的相互關系

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