第五章　第二节　第4课时　硝酸　酸雨及防治 学案（含答案）

第4课时　硝酸　酸雨及防治
[核心素养发展目标]　1.能从物质类别、氮元素化合价的角度认识硝酸的性质及含氮物质间的相互转化，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。2.认识二氧化硫、氮氧化物为大气污染物，了解酸雨的形成、危害及其防治，增强环保意识和培养社会责任感。
一、硝酸
1．硝酸的物理性质
硝酸是____色、____挥发、有________气味的液体。
2．硝酸的化学性质
(1)酸的通性
写出HNO3与下列物质反应的离子方程式
①与碱(如NaOH)：_______________________________________________________________。
②与碱性氧化物(如Na2O)：_______________________________________________________。
③与弱酸盐(如CaCO3)：__________________________________________________________。
(2)不稳定性
浓硝酸见光或受热易分解，化学方程式为___________________________________________；
长期存放的浓硝酸呈黄色是因为其分解生成的______溶于硝酸中，实验室常将浓硝酸保存在______试剂瓶中，并放置在______处。
(3)强氧化性
①实验探究：浓HNO3和稀HNO3与铜的反应
实验装置 向两支具支试管中分别加入浓硝酸和稀硝酸
实验现象 浓HNO3：试管内产生大量________色气体，溶液逐渐变______，铜丝逐渐变细 稀HNO3：试管内开始产生少量______气体，反应逐渐加快，气体在试管上部变为________色，溶液逐渐变蓝，铜丝逐渐变细
化学方程式
实验结论 浓HNO3与金属铜反应生成______，稀HNO3与金属铜反应生成______，浓HNO3的氧化性更______
②钝化
常温下，铁、铝的表面被_______或________氧化，生成一层致密的氧化物薄膜，阻止了酸与内层金属的进一步反应。所以常温下可以用铁或铝制容器来盛装______或____________。当________时，铁、铝会与浓HNO3或浓H2SO4发生反应。
③浓HNO3与非金属(碳)的反应
化学方程式：____________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
3．硝酸的工业制法
写出上述转化的化学方程式，并指出含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应：
①________________________________________________________________________，
N2发生________反应。
②________________________________________________________________________，
NH3发生________反应。
③________________________________________________________________________，
NO发生________反应。
④________________________________________________________________________，
NO2既发生______反应，又发生________反应。
4．用途
硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、炸药、染料等。
(1)硝酸具有很强的氧化性，硝酸的浓度不同，与金属反应的产物也不同(　　)
(2)浓HNO3使紫色石蕊溶液先变红后褪色(　　)
(3)稀硝酸可溶解Fe(OH)2生成Fe(NO3)2和水(　　)
(4)碳、铜与浓硝酸反应时，浓硝酸只表现强氧化性(　　)
(5)过量的铜和一定量浓硝酸反应，生成的气体只有二氧化氮(　　)
(6)常温下，将铝片放入浓硝酸，无明显现象，是因为铝和浓硝酸不反应(　　)
1．(1)将铁粉溶于稀硝酸，铁元素的存在形式可能为①____________、②____________、③______________________。
(2)其原因为____________________________________________________________________。
2．某研究小组为了探究硝酸的性质，进行如下实验操作。
(1)从试剂柜中取一瓶浓硝酸，发现其保存在________色试剂瓶中，取少量浓硝酸于试管中，发现其溶液呈“黄色”，其原因是___________________________________________________
________________________________________________________________________________
(用化学方程式和适当文字描述)。该研究小组尝试将显“黄色”的浓硝酸恢复到原本的无色。下列措施合理的是____________(填字母)。
a．向浓硝酸中加水
b．向浓硝酸中通入适量空气
c．加热浓硝酸
d．向浓硝酸中加入适量的NaOH固体
(2)向浓硝酸中加入稍过量铜片，该小组同学发现，生成的气体开始呈红棕色后逐渐变浅，最终气体变为无色，试写出上述反应的化学方程式：______________________________________
_______________________________________________________________________________，
在上述反应中，硝酸体现的性质为_________________________________________________。
(3)当实验完毕，该小组同学向试管中滴入少量稀H2SO4，发现铜片又逐渐溶解，产生无色气体，试写出上述反应的离子方程式：_________________________________________________。
(4)该小组同学向浓硝酸中加入少量碳粉，无明显现象，缓慢加热，发现碳粉逐渐溶解，产生红棕色气体，试写出上述反应的化学方程式：_______________________________________，
在该反应中硝酸体现的性质为_____________________________________________________。
(1)硝酸与金属反应不能生成氢气。硝酸浓度不同，其还原产物不同，一般情况下，浓硝酸被还原为NO2，稀硝酸被还原为NO。
(2)硝酸能与大多数金属(金、铂等除外)反应，将金属氧化为高价态金属的硝酸盐。将浓硝酸与浓盐酸以1∶3的体积比混合，所得混合物称为王水，它能溶解一些不溶于硝酸的金属，如Pt、Au等。但在常温下，浓硝酸能使铁、铝钝化。
(3)热的浓硝酸可将非金属单质(碳、硫、磷等)氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸。
(4)硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如SO2、FeO、Fe2＋、Br－、I－、S2－、SO等均能被硝酸氧化。
二、酸雨及防治
1．酸雨
(1)二氧化硫和氮氧化物的来源
SO2：______、______和某些____________的燃烧和冶炼；
NOx：机动车发动机中，燃料燃烧产生的高温条件会使空气中的N2与O2反应生成NOx。
(2)酸雨的形成
____________、____________以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于雨水会形成酸雨。正常雨水由于溶解了CO2，其pH约为5.6，而酸雨的pH________5.6。
a．硫酸型酸雨的形成过程如图：
写出图中标号所对应的化学方程式：
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________。
④________________________________________________________________________。
b．硝酸型酸雨的形成过程如图：
汽车尾气→NONO2HNO3
写出图中标号所对应的化学方程式：
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
2．酸雨的危害与防治
(1)危害：酸雨能直接________农作物，__________森林和草原，使土壤、湖泊________，加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。
(2)防治
①消除________，改变能源结构，开发利用清洁能源。
②对____________的排放加以控制，对排放的二氧化硫、氮氧化物等物质采取吸收、回收处理等措施。
(1)酸雨是指pH小于7的降雨(　　)
(2)化石燃料燃烧产生大量CO2，是形成酸雨的主要原因(　　)
(3)氮氧化物、硫的氧化物都可以形成酸雨(　　)
(4)防治酸雨的根本途径是减少人为SO2、NOx的排放(　　)
1．以下非金属氧化物与其引起的环境问题及主要来源对应正确的是(　　)
选项 氧化物 环境问题 主要来源
A CO2 破坏臭氧层 化石燃料的燃烧
B SO2 温室效应 工厂废气的排放
C NO2 光化学烟雾 汽车尾气的排放
D CO 酸雨 汽车尾气和化石燃料的不完全燃烧
2.(1)现有雨水样品1份，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据如下：
测试时间/h 0 1 2 3 4
雨水的pH 4.73 4.63 4.56 4.55 4.55
分析数据，回答下列问题：
①雨水样品的pH变化的原因是_____________________________________________________
_____________________________________________________________(用化学方程式表示)。
②如果将刚取样的上述雨水与自来水相混合，pH将变________，原因是___________________
____________________________________________________________(用化学方程式表示)。
(2)下列可以减少酸雨产生的途径是_________________________________________________
(填字母)。
①少用煤作燃料　②把工厂烟囱造高　③燃料脱硫　④在已酸化的土壤中加石灰　⑤开发新能源
A．①②③ B．②③④⑤
C．①③⑤ D．①③④⑤
SO2和NOx的吸收与处理
(1)含有SO2废气的两种处理方法
①钙基固硫法
工业上常用生石灰和含硫的煤混合后燃烧，燃烧时硫、生石灰、O2共同反应生成硫酸钙，从而使硫转移到煤渣中，反应的化学方程式为CaO＋SO2CaSO3、2CaSO3＋O22CaSO4，总反应的化学方程式为2CaO＋2SO2＋O22CaSO4。
②氨水脱硫法
该脱硫法采用喷雾吸收法，雾化的氨水与烟气中的SO2直接接触吸收SO2，其反应的化学方程式为2NH3＋SO2＋H2O===(NH4)2SO3、2(NH4)2SO3＋O2===2(NH4)2SO4。
(2)含有NOx尾气的处理方法
①碱液吸收法
硝酸工业产生的废气中含有较多的NO、NO2，可用强碱溶液进行吸收，同时获得副产品。如：
2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O；
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。
注意：NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。
②催化转化法
在催化剂、加热条件下，氮氧化物通过与氨或CO反应转化为无毒气体(N2)，一般适用于汽车尾气的处理。如：6NO＋4NH35N2＋6H2O；6NO2＋8NH37N2＋12H2O。
1．下列反应中硝酸既表现出酸性又表现出氧化性的是(　　)
A．使石蕊溶液变红
B．与铜反应放出NO气体，生成Cu(NO3)2
C．与Na2CO3反应放出CO2气体，生成NaNO3
D．与S单质混合共热时生成H2SO4和NO2
2．(2022·广东中山高一月考)酸雨是对pH小于5.6的降水的统称。下列说法错误的是(　　)
A．空气中的SO2溶于水，最终形成酸雨
B．工业废水任意排放是造成酸雨的主要原因
C．汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气都含有能形成酸雨的氮氧化物
D．为了减少酸雨的形成，必须减少SO2的排放量，可对燃料进行脱硫处理
3．(2022·济南高一检测)某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体是NO，设计了如图实验，实验过程中同时用石灰水吸收产生的氮氧化物获得应用广泛的Ca(NO2)2，实验装置如图所示。(已知：NO＋NO2＋2OH－===2NO＋H2O、2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O)
(1)实验之前通入N2的目的是__________________________________。
(2)在(1)操作后将装置A中铜丝插入稀硝酸，溶液显蓝色，有无色气体生成，该反应中表现氧化性的硝酸与参与反应的硝酸物质的量之比为________。
(3)装置B中用注射器压入空气之后现象是__________________________________________。
(4)D装置的作用是__________________。
第4课时　硝酸　酸雨及防治
一、
1．无　易　刺激性
2．(1)①H＋＋OH－===H2O　②2H＋＋Na2O===2Na＋＋H2O　③CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O　(2)4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O　NO2　棕色
阴凉　(3)①红棕　绿　无色　红棕　Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O　NO2　NO　强
②浓HNO3　浓H2SO4　浓HNO3　浓H2SO4　加热
③C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
3．①N2＋3H22NH3　还原　②4NH3＋5O24NO＋6H2O　氧化　③2NO＋O2===2NO2　氧化　④3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　氧化　还原
正误判断
(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
深度思考
1．(1)①Fe(NO3)3　②Fe(NO3)2　③Fe(NO3)3和Fe(NO3)2
(2)硝酸与变价金属(如Fe)反应，根据硝酸量的多少分别得到高价、低价或两种价态共存的混合物。
Fe(少量)＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；
3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
2．(1)棕　浓硝酸不稳定，见光或受热易分解，4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O，NO2溶于浓HNO3使溶液呈黄色　b
(2)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O、3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O　强氧化性和酸性
(3)3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(4)C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O　强氧化性
二、
1．(1)煤　石油　金属矿物　(2)二氧化硫　氮氧化物　小于
a．①2SO2＋O22SO3　②SO2＋H2O??H2SO3　③SO3＋H2O===H2SO4　④2H2SO3＋O2===2H2SO4　b．①2NO＋O2===2NO2　②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
2．(1)损伤　破坏　酸化　(2)①污染源　②酸性物质
正误判断
(1)×　(2)×　(3)√　(4)√
应用体验
1．C
2．(1)①SO2＋H2O??H2SO3、2H2SO3＋O2===2H2SO4　②小　Cl2＋2H2O＋SO2===H2SO4＋2HCl(或H2SO3＋HClO===H2SO4＋HCl)　(2)C
随堂演练　知识落实
1．B
2．B　[二氧化硫与水反应生成亚硫酸，亚硫酸能被氧化为硫酸，从而形成酸雨，A项正确；工业废水任意排放会造成水污染，与酸雨的形成无必然关系，B项错误；汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气中都含有氮氧化物，C项正确；燃料脱硫可减少二氧化硫的排放量，D项正确。]
3．(1)赶走装置中的空气，防止对实验造成干扰　(2)1∶4　(3)烧瓶E中气体变为红棕色　(4)吸收处理尾气NO2、NO；防止倒吸
解析　(1)NO容易被氧气氧化为NO2，所以需要在反应前通入氮气赶走装置中的空气，防止对实验造成干扰。(2)铜和稀硝酸反应的化学方程式为3Cu＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，若有8 mol硝酸参加反应，表现氧化性的硝酸即生成NO的硝酸为2 mol，所以表现氧化性的硝酸与参与反应的硝酸物质的量之比为1∶4。(3)生成的无色的NO和空气中的氧气反应生成红棕色的NO2：2NO＋O2===2NO2。(4)D装置不但可以吸收多余的氮氧化物，球形干燥管还可以起到防止倒吸的作用。