資源簡介

3.3 第3課時　硝酸　人類活動對氮循環和環境的影響　
【學習目標】
1.通過對硝酸性質的學習,認識硝酸的物理性質、化學性質以及典型實驗現象,能書寫主要反應的化學方程式,知道它們的主要應用;建立從物質類別、元素價態角度實現含有氮元素的物質之間轉化的思想和方法。
2.通過人類對氮循環的影響,了解酸雨、光化學煙霧和富營養化等環境問題的危害以及如何減少氮氧化物的排放,樹立環保意識,同時知道常見氮的化合物在實驗室中的安全使用注意事項。
3.能夠預測陌生的含有氮元素物質的性質、反應或實驗現象,設計方案制備含有氮元素的物質和研究它們的性質。
【自主預習】
一、硝酸的性質與應用
1.物理性質
純凈的硝酸是　　　色、　　　揮發、有　　　氣味的液體,熔沸點較低,質量分數為95%以上的濃硝酸在空氣中揮發出硝酸蒸汽會產生“發煙”現象,通常又稱為　　　　　　。
2.化學性質
(1)不穩定性:
濃硝酸見光或受熱會發生分解,化學方程式為 　。
(2)強氧化性:
①實驗探究:
實驗 裝置
物質 稀硝酸 濃硝酸
實驗 現象 反應緩慢,有少量氣泡產生,　　　,試管口有紅棕色氣體產生 反應劇烈,有　　　產生,　　　　,液面上有　　　　氣體產生
實驗 結論 銅與稀硝酸在常溫下緩慢反應生成　　　氣體 銅與濃硝酸在常溫下劇烈反應生成　　　　氣體
　②強氧化性的表現:
寫出下列有關反應的化學方程式:
a.與金屬反應:
稀硝酸與銅反應:　 。
濃硝酸與銅反應:　 。
b.與非金屬反應:
濃硝酸與紅熱的C(被氧化為CO2)的反應為 　 。
3.硝酸的用途
硝酸是一種重要的化工原料,常用來制　　　　、農藥、染料、炸藥等。實驗室里,硝酸是一種重要的化學試劑。
二、硝酸的工業制備
1.硝酸工業生產的流程
2.寫出有關化學方程式:
N2→NH3:　　　　　　　　。
NH3→NO:　　　　　　　　　。
NO→NO2:　　　　　　　　　　。
NO2→HNO3:　　　　　　　　。
三、人類活動對氮循環及環境的影響
光化學煙霧是指汽車尾氣中的　　　　　　與　　　　　　經紫外線照射發生反應形成的一種有毒的煙霧。光化學煙霧具有　　　　　　,會刺激眼睛,傷害植物,并使大氣　　　　　　,也是形成霧霾的元兇之一。大氣中的氮氧化物主要來源于　　　　　　、　　　　　　和植物體的焚燒,以及　　　　　　和　　　　　　中含氮化合物的轉化。
【參考答案】一、1.無　易　刺激性　發煙硝酸
2.(1)4HNO3(濃)4NO2↑+O2↑+2H2O
(2)①溶液變藍　大量氣泡　溶液變綠　紅棕色　NO　NO2　②Fe、Al
a.3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+4HNO3(濃)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
b.C+4HNO3(濃)CO2↑+4NO2↑+2H2O
3.化肥
二、N2+3H22NH3
4NH3+5O24NO+6H2O
2NO+O22NO2
3NO2+H2O2HNO3+NO
三、氮氧化物　碳氫化合物　特殊氣味　能見度降低　汽車尾氣　化石燃料的燃燒　農田土壤　動物排泄物
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)硝酸是一種黃色、具有一定揮發性的酸,保存時不可用橡膠塞。 (　　)
(2)鋅與稀硝酸反應得不到氫氣,說明稀硝酸能使鋅鈍化。 (　　)
(3)常溫下,向濃硝酸中投入鐵片,會產生大量紅棕色氣體。 (　　)
(4)硝酸與金屬反應時,主要是+5價的氮得電子。 (　　)
(5)工業濃硝酸通常呈黃色,是因為溶解了NO2氣體。 (　　)
(6)濃硝酸不論與銅或碳反應,均體現其強氧化性。 (　　)
(7)足量鐵與稀硝酸反應后溶液呈淺綠色,說明稀硝酸不能氧化Fe2+。 (　　)
(8)二氧化氮不僅能形成酸雨,還能在一定條件下促進形成“光化學煙霧” 。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√
(7)×　(8)√
2.教材P115“常溫下,濃硝酸可使鐵、鋁等金屬表面形成致密的氧化膜而鈍化,保護內部的金屬不再與酸反應,所以可以用鐵質或鋁質容器盛放冷的濃硝酸。”那么在加熱條件下濃硝酸與鐵或者鋁反應嗎
【答案】反應。在加熱條件下,濃硝酸與鐵或者鋁均反應,生成硝酸鹽及二氧化氮。
3.光化學煙霧是汽車、工廠等污染源排入大氣的碳氫化合物和氮氧化物等一次污染物在陽光(紫外光)作用下發生光化學反應生成二次污染物所形成的煙霧污染現象。光化學煙霧有什么危害
【答案】人和動物受到的主要傷害是眼睛的黏膜受刺激,頭疼、呼吸障礙、慢性呼吸道疾病惡化、兒童肺功能異常等。
4.濃硝酸與稀硝酸相比較,哪種物質氧化性強 舉例說明。
【答案】濃硝酸;稀硝酸不能氧化非金屬單質,而濃硝酸能氧化非金屬單質。
【合作探究】
任務1：硝酸的性質
情境導入　海外網2021年6月22日電:當地時間21日,日本東京都的一家螺絲工廠發生硝酸泄漏事故,導致8名工作人員因燒傷和身體不適被緊急送醫。硝酸泄漏事故現場,會產生大量黃色的濃煙伴隨著刺鼻的氣味不斷向外擴散,消防人員采用大量水和堿液稀釋,事故得到有效控制。
問題生成
1.硝酸泄漏為什么會產生黃煙 其成分是什么
【答案】濃硝酸受熱或見光易分解,化學方程式為4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O。
2.想一想,實驗室中如何保存濃硝酸
【答案】保存濃HNO3用棕色瓶、磨口玻璃塞保存,并置于冷暗處。
3.某同學在實驗室取出一瓶濃硝酸,發現溶液顯黃色,與教材中關于硝酸的描述出現偏差。你能幫助該同學解釋一下原因嗎 你能幫助該同學去除硝酸的黃色嗎
【答案】濃硝酸不穩定,見光或受熱會分解生成NO2,NO2溶于濃硝酸使溶液顯黃色;在濃硝酸中通入足量的氧氣,發生反應4NO2+O2+2H2O4HNO3,使NO2轉化為硝酸,即可除去濃硝酸中的“黃色”。
4.消防人員采用大量水和堿液稀釋硝酸,原因是什么
【答案】硝酸呈酸性,用大量水沖洗可降低硝酸濃度;堿液可以與其發生中和反應消除污染。
5.金屬與硝酸的反應中,硝酸起什么作用 分別是如何體現的
【答案】①強氧化性:HNO3中+5價的氮有很強的得電子能力。例如,將Fe氧化為高價態的F。②酸性:生成了鹽類物質。例如Fe(NO3)3、Al(NO3)3。
【核心歸納】
1.硝酸與金屬反應的一般規律:
(1)金屬與硝酸反應不生成H2。
如:2HNO3(濃)+AgAgNO3+NO2↑+H2O;
4HNO3(稀)+3Ag3AgNO3+NO↑+2H2O。
(2)濃硝酸與Fe、Al的反應
常溫條件:Fe、Al鈍化(化學變化);加熱條件下:生成硝酸鹽、NO2和H2O。
(3)稀硝酸與Fe反應
反應關系:
(4)濃硝酸與銅的反應
濃硝酸開始HNO3被還原為NO2,隨著反應的進行,濃硝酸變稀,HNO3被還原為NO,向反應后的溶液中加稀硫酸,N又被還原為NO。
2.金屬與硝酸反應的計算方法
【典型例題】
【例1】下列有關實驗操作、現象和解釋或結論都正確的是(　　)。
選項 實驗操作 現象 解釋或結論
A 過量的Fe粉中加入稀HNO3,充分反應后,滴入KSCN溶液 溶液呈紅色 稀HNO3將Fe氧化為Fe3+
B 常溫下,Fe、Al放入濃HNO3或濃H2SO4中 無明顯現象 Fe、Al與濃HNO3或濃H2SO4發生鈍化
C Al箔插入稀HNO3中 無現象 Al箔表面被HNO3氧化,形成致密的氧化膜
D 用玻璃棒蘸取少量濃HNO3點到藍色石蕊試紙上 試紙變紅色 濃HNO3具有酸性
　　【答案】B
【解析】稀硝酸與鐵粉反應,鐵首先被氧化成Fe3+,過量的鐵粉將Fe3+還原,最終得到Fe2+,再滴入KSCN溶液,溶液不顯紅色,A項錯誤;常溫下,Fe、Al在濃HNO3或濃H2SO4中發生鈍化,生成致密的氧化膜阻止了反應的進行,B項正確;Al箔能與稀HNO3反應,現象為Al箔溶解并放出氣體,C項錯誤;強氧化性的物質都有漂白性,濃硝酸具有氧化性,能使藍色石蕊試紙先變紅后褪色,D項錯誤。
【例2】現有9.7 g Cu和Zn的合金與足量的稀硝酸反應,還原產物只有NO氣體,其體積在標準狀況下為2.24 L。將反應后的溶液稀釋為1 L,測得溶液中的c(H+)=0.1 mol·L-1,此時溶液中N的濃度為(　　)。
A.0.3 mol·L-1　　　　　　B.0.4 mol·L-1
C.0.2 mol·L-1 D.0.6 mol·L-1
【答案】B
【解析】n(NO)=0.1 mol,轉移電子的物質的量為0.1 mol×3=0.3 mol,因1 mol Cu或Zn與硝酸反應失去2 mol電子,故n(Cu)+n(Zn)==0.15 mol,則n[Cu(NO3)2]+n[Zn(NO3)2]=0.15 mol,其中所含n(N)=0.3 mol,溶液中c(HNO3)=c(H+)=0.1 mol·L-1,其中含n(N)=0.1 mol,溶液中N的總濃度為=0.4 mol·L-1。
任務2：人類活動對氮循環和環境的影響
情境導入　美國洛杉磯光化學煙霧事件是1940~1960年間發生在美國洛杉磯的有毒煙霧污染大氣的事件,世界有名的公害事件之一。光化學煙霧是大量聚集的汽車尾氣中的碳氫化合物在陽光作用下,與空氣中某些成分發生化學作用而產生的有毒氣體。這些有毒氣體包括臭氧、氮氧化物、醛、酮、過氧化物等。
問題生成
1.大氣中的氮氧化物主要有哪些來源
【答案】主要來源于汽車尾氣、化石燃料的燃燒、植物體的焚燒以及農田土壤和動物排泄物中含氮化合物的轉化。
2.水體中的氮主要來源有哪些 其含量增加有哪些后果
【答案】主要來源于工業廢水、生活污水、農田灌溉和淋洗,以及水產養殖所投入的餌料和肥料等。水體中的氮的含量增大,導致藻類“瘋長”,迅速地覆蓋在水面上,造成水體的富營養化。
3.結合生活實際,談談對光化學煙霧的預防措施有哪些
【答案】改善能源結構,推廣使用天然氣和二次能源;發展區域集中供暖供熱;推廣燃煤電廠煙氣脫氮技術;減少機動車尾氣的排放;利用化學抑制劑控制光化學煙霧的形成;提倡植樹造林等。
【核心歸納】
人類活動對氮循環和環境的影響
(1)含氮物質的來源及危害
(2)減少人類活動對氮循環和環境影響的措施
①控制進入大氣、陸地和海洋的有害物質的數量。
②增強生態系統對有害物質的吸收能力。
【典型例題】
【例3】光化學煙霧是汽車尾氣在紫外線作用下生成的有害煙霧,由氮的氧化物和烴類等一次污染物,與它們發生一系列光化學反應生成的臭氧、醛類、過氧乙酰硝酸酯(PAN)等二次污染物組成。光化學煙霧導致眼睛及黏膜受刺激,引發呼吸道疾病,嚴重時使人頭痛、嘔吐,甚至死亡。下列敘述中錯誤的是(　　)。
A.光化學煙霧的分散劑為空氣
B.NO2為酸性氧化物
C.O2轉化成O3的反應為非氧化還原反應
D.汽車節能減排措施可以緩解光化學煙霧帶來的污染
【答案】B
【解析】A項,光化學煙霧的分散劑為空氣,分散質為各種污染物,正確;B項,NO2與水反應生成硝酸和一氧化氮,不屬于酸性氧化物,錯誤;C項,O2轉化成O3的反應中沒有元素化合價的變化,屬于非氧化還原反應,正確;D項,汽車節能減排措施可以減少空氣污染物的排放,緩解光化學煙霧帶來的污染,正確。
【隨堂檢測】
1.下列與氮循環無關的生態環境問題是(　　)。
A.光化學煙霧 B.白色污染
C.水體富營養化 D.酸雨
【答案】B
2.我國清代《本草綱目拾遺》中記載無機藥物335種,其中“強水”條目下寫道:“性最猛烈,能蝕五金……其水甚強,五金八石皆能穿漏,惟玻璃可盛。”這里的“強水”是指(　　)。
A.氨水 B.硝酸 C.醋 D.鹵水
【答案】B
【解析】根據所給四種物質的氧化性強弱可判斷,該“強水”為硝酸,硝酸具有強氧化性,可溶解大部分金屬。
3.下列反應中硝酸既表現出酸性又表現出氧化性的是(　　)。
A.使石蕊溶液變紅
B.與銅反應放出NO氣體,生成Cu(NO3)2
C.與Na2CO3反應放出CO2氣體,生成NaNO3
D.與S單質混合共熱時生成H2SO4和NO2
【答案】B
【解析】A項,HNO3只表現酸性;B項,Cu與稀硝酸反應時,部分起酸的作用生成Cu(NO3)2,部分作氧化劑被還原為NO;C項,2HNO3+Na2CO3CO2↑+H2O+2NaNO3,HNO3只表現強酸性;D項,HNO3將S氧化為H2SO4,自身被還原為NO2,在該反應中HNO3只表現強氧化性。
4.將一定質量鐵粉加入100 mL某濃度的稀硝酸中充分反應。反應結束后,剩余鐵粉m g,收集到448 mL NO氣體(標準狀況)。
(1)所得溶液中溶質的化學式是　　　　。
(2)原硝酸溶液的物質的量濃度為　　　　　mol·L-1。
【答案】(1)Fe(NO3)2
(2)0.8
【解析】因有鐵粉剩余,故反應產物為Fe(NO3)2。
8HNO3(稀)+3Fe3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O
8 mol 44800 mL
n(HNO3) 448 mL
n(HNO3)=0.08 mol,c(HNO3)=0.8 mol·L-1。
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