化学人教版（2019）必修第二册5.2.3硝酸（共22张ppt）

(共22张PPT)
第五章 化工生产中的重要非金属元素
第二节 氮及其化合物
课时3 硝酸
课堂导入
硝酸不仅是工农业生产的重要化工原料，而且也是制造炸药的重要战争物资。早在1913年之前，人们发现德国有发动世界大战的可能，便开始限制德国进口硝石，以为这样世界就会太平无事了。但在1914年，德国还是发动了第一次世界大战，人们又错误的估计战争顶多只会打半年，原因是德国的硝酸储量不足，火药生产受到了限制。由于人们的种种错误分析，使得第一次世界大战蔓延开来，战争打了四个多年头，造成了极大的灾难，夺去了人们无数的生命财产。德国为什么能坚持这么久的战争呢？是什么力量在支持着它呢？原因便是化学工业的发展，德国人早就对合成硝酸进行了研究。
课堂导入
1908年，德国化学家哈伯首先在实验室用氢和氮气在600℃、200KPa的大气压下合成了氨，产率虽只有2％，这也是一项重大的突破。后由布什提高了产率，完成了工业化设计，建立了年产1000吨氨的生产装置，用氨氧化法甚至可生产3000吨硝酸，利用这些硝酸可制造3500吨烈性炸药TNT。这项工作已在大战前的1913年便完成了，这就揭开了第一次世界大战中的一个谜。
课堂学习
硝酸
颜色 状态 气味 挥发性 水溶性 密度
无色 液体 刺激性 易挥发性 与水任意比例互溶 比水大
纯硝酸是无色(久置可能呈黄色)、易挥发(沸点为83℃)、有刺激性气味的液体，密度(1.5027 g/cm3)比水大，能以任意比溶解于水。
硝酸是一元强酸，具有腐蚀性，使用时须注意防护和通风。
质量分数为69%的硝酸为浓硝酸，质量分数为98%以上的硝酸为发烟硝酸。
课堂学习
硝酸
与硫酸类似，硝酸的浓度不同，化学性质也不同，一般认为稀硝酸具备酸的通性。
课堂学习
硝酸
浓硝酸不稳定，见光或受热易分解：
4HNO3 = 4NO2↑ + O2↑ + 2H2O
长期存放的浓硝酸呈黄色是因为其分解生成的NO2溶于硝酸中，且硝酸越浓越易分解，故实验室常将浓硝酸保存在棕色细口试剂瓶中，并放置在阴凉处(且不用橡胶塞保存，防止氧化)。
我们学过的氯水以及常见的AgNO3、AgCl等均用棕色试剂瓶保存，它们的共同特点是见光易分解，因此，我们也可推测出HNO3具有不稳定性。
HNO3具有强氧化性，能够与某些金属或非金属反应，且硝酸的浓度不同，生成的产物也不同。
如浓硝酸、稀硝酸与铜反应的化学方程式分别为：
Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
与非金属在加热的条件下反应：
C + 4HNO3(浓) = CO2↑ + 4NO2↑ + 2H2O
S + 6HNO3(浓) = H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O
P + 5HNO3(浓) = H3PO4 + 5NO2↑ + H2O
非金属和稀硝酸反应很缓慢，一般认为不反应。
课堂学习
硝酸
课堂学习
硝酸
实验操作 实验现象 实验原理 实验结论
稀HNO3与Cu 反应较慢，产生无色气体，瓶口变成棕红色，生成浅蓝色溶液 3Cu + 8H+ + 2NO3- + 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O 稀硝酸具有强氧化性
浓HNO3与Cu 剧烈反应，产生棕红色气体，生成深蓝色溶液 Cu + 4H+ + 2NO3- = Cu2+ + 2NO2↑ + 2H2O 浓硝酸具有强氧化性
实验操作 实验现象 实验原理 实验结论
稀HNO3与Cu
浓HNO3与Cu
根据反应现象可知，浓硝酸比稀硝酸反应更快，原因是浓硝酸氧化性更强。反应中HNO3既显氧化性，又显酸性，其标志是生成了Cu(NO3)2。
稀硝酸中加入紫色石蕊试液变红，浓硝酸中加入紫色石蕊试液先变红后褪色(微热)，说明浓硝酸的氧化性强于稀硝酸，且浓度越大氧化性越强。
课堂学习
硝酸
在常温下，铁、铝的表面被浓硝酸或浓硫酸氧化，生成了一层致密的氧化物薄膜，这层薄膜阻止了酸与内层金属的进一步反应(钝化)。
而在加热时，铁、铝会与浓硝酸或浓硫酸发生反应。
Al + 6HNO3(浓) = Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O
Fe + 6HNO3(浓) = Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O
金(Au)和铂(Pt)虽然不能溶于硝酸，却可以溶于王水。
王水：浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为1:3)。
因此，可以用铁制或铝制容器运输浓硫酸和浓硝酸，其余金属除金(Au)和铂(Pt)之外均可以和硝酸在常温下反应，比如银：
3Ag + 4HNO3(稀) = 3AgNO3 + NO↑ + 2H2O
课堂学习
硝酸
反应通式：
金属 + 浓HNO3 → 金属硝酸盐 + NO2↑ + H2O
金属 + 稀HNO3 → 金属硝酸盐 + NO↑ + H2O
活泼金属与硝酸反应不生成H2，硝酸浓度不同，还原产物不同，一般情况下浓硝酸还原产物为NO2，稀硝酸还原为NO，极稀硝酸可为N2O、N2、NH4NO3等。
HNO3(总量) = 体现酸性的HNO3 + 被还原的HNO3；
过量金属与浓HNO3反应时，随着反应进行，硝酸浓度降低，产物会发生改变，反应结束后溶液中会含NO3-，若向其中加酸，金属会继续被氧化。
课堂学习
硝酸
化学反应中，物质的量不同，最终的产物不同，你能写出少量和过量的Fe与稀硝酸反应的反应方程式吗？
Fe(少量) + 4HNO3(稀) = Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+
3Fe(过量) + 8HNO3(稀) = 3Fe(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
NO3-在酸性条件下，就相当于硝酸溶液，具有着强氧化性，故在强酸性条件下NO3-与Fe2+、I-、Br-、S2-、SO32-等还原性离子不能大量共存，而在弱酸性或碱性条件下NO3-与Fe2+就可以大量共存。
工业制硝酸的原理如图所示，你能写出相关的化学反应方程式吗？
①氮元素被还原；
②氮元素被氧化；
③单元素被氧化；
④氮元素被氧化。
课堂学习
硝酸
硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、炸药、染料等。
课堂学习
酸雨及防治
硫和氮都是极其重要的化工原料，但他们在生产生活中发挥重要作用的同时，也带来了一些环境问题，例如酸雨。因此，工业废气排放到大气中之前，必须进行适当处理，防止有害物质污染大气，并充分利用原料。
课堂学习
酸雨及防治
煤、石油和某些金属矿物中含有硫，在燃烧或冶炼时往往会生成二氧化硫；
在机动车发动机中，燃料燃烧产生的高温条件会使空气中的氮气与氧气反应，生成氮氧化物。
而氮和硫的氧化物都会引起酸雨和呼吸道疾病，危害人体健康，严重时会使人死亡。
酸雨：主要指 pH小于5.6 的雨水，其主要是含有硫酸和硝酸。
成因：二氧化硫、氮氧化物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。
界定：正常雨水因溶解了CO2，其pH约为5.6，而酸雨的pH小于5.6。
类型：
硫酸型酸雨：S→SO2→SO3→H2SO4
硝酸型酸雨：NO2→HNO3
汽车尾气NO→NO2→HNO3
课堂学习
酸雨及防治
酸雨主要有以下危害：
①对人体的直接危害首先是它的刺激性，其次是
它会形成硫酸雾和硫酸盐雾，其毒性比SO2大，能
浸入人的肺部，引起肺水肿等疾病而使人致死；
②引起河流、湖泊的水体酸化，严重影响水生动
物生长；
③破坏土壤、植被、森林；
④腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料等；
⑤渗入地下，可引起地下水酸化，酸化后的地下水中铝、铜、锌、镉等对人体有害金属元素的含量会偏高。
课堂学习
酸雨及防治
既然二氧化硫和氮氧化物有如此危害，那应该如何消除这些有害气体呢？
SO2的消除方法
①钙基固硫法：将生石灰和含硫的煤混合燃烧，S转化为CaSO4。
反应原理：CaO + SO2 = CaSO3、2CaSO3 + O2 = 2CaSO4 (生产石膏)
总反应：2CaO + 2SO2 + O2 = 2CaSO4
②氨水脱硫法：将SO2通过氨水并被氧化生成氮肥(NH4)2SO4。
反应原理：2NH3·H2O + SO2 = (NH4)2SO3 + H2O、2(NH4)2SO3 + O2 = 2(NH4)2SO4
③碱液吸收法：SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O。
NOx的消除
①碱液吸收法
2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O、NO2 + NO + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O
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： NOx和NH3或CO在高温和催化剂的条件下反应生成N2。
课堂学习
酸雨及防治
雨水的pH测定：
①下雨时用容器直接收集一些雨水作为样品，静置，以蒸馏水或自来水作为参照，观察并比较它们的外观；
②用pH试纸(或pH计)测量雨水和蒸馏水的酸度并记录；
③可连续取样并测定一段时间(如一周)内本地雨水、地表水或自来水的pH，将得到的数据列表或作图，确定你所在地区本时间段内雨水等的平均酸度。
防治酸雨的方法：
调整能源结构，积极开发新能源；
研究煤的脱硫、燃烧技术，减少SO2排放；
种植能够吸收SO2的树木(如臭椿)等；
加强工厂废气的回收处理；
改进汽车尾气的处理技术，控制尾气排放。
SO2 + CaO = CaSO3
2CaSO3 + O2 = 2CaSO4 (生产石膏)
2NO(g) + 2CO(g) = 2CO2(g) + N2(g)
课堂巩固
正误判断
1. 硝酸可以和亚硫酸钠反应生成二氧化硫。
4. 燃烧化石燃料产生的二氧化碳会造成温室效应和酸雨。
2. 王水可以溶解任何金属，说明氧化性强于硝酸。
3. 汽车尾气、硝酸厂和化肥厂的废气中都含有氮氧化物。
×
√
√
×
课堂巩固
将25.6mg Cu与1.4×10-3mol的浓硝酸恰好完全反应，反应后收集到的气体在标准状况下的体积为 mL(假设反应中只产生氮的氧化物)。
将1.92g铜粉与一定量浓硝酸恰好完全反应，反应后收集到的气体在标准状况下的体积为1120mL，则消耗硝酸的物质的量为 mol(假设反应中只产生氮的氧化物)。
13.44
0.11
3.2g铜与过量硝酸(8 mol·L-1、30 mL)充分反应，硝酸的还原产物为NO2和NO，反应后溶液中含有a mol H+，此时溶液中所含NO3-的物质的量为 mol。
0.1+a
课堂巩固
把22.4g铁完全溶解于某浓度的硝酸中，反应只收集到0.3 mol NO2和0.2 mol NO，下列说法正确的是 ( )
A. 反应后生成的盐只有Fe(NO3)3
B. 反应后生成的盐只有Fe(NO3)2
C. 产物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3 的物质的量之比为1:3
D. 产物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3 的物质的量之比为3:1
D
课堂小结
谢谢观看
THANKS