《创新课堂》第五章 8 第二节 第3课时 硝酸 酸雨及防治 讲义（教师版）化学必修二人教版

第3课时　硝酸　酸雨及防治
【学习目标】　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。
2．知道二氧化硫、氮氧化物为大气污染物，了解酸雨的形成、危害及防治。
知识点一　硝酸
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1．物理性质
硝酸是______色、______挥发、有____________气味的液体。
2．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：浓硝酸见光或者受热会分解产生二氧化氮，化学方程式为__________________________________________，长期存放的浓硝酸呈黄色是因为HNO3分解生成的__________溶于硝酸中，实验室常将浓硝酸保存在________色试剂瓶中，并放置在________处。
(3)强氧化性
①与金属铜反应
实验装置
试管中的试剂 稀硝酸 浓硝酸
续　表
实验现象 反应缓慢，有少量气泡产生，在接近试管口处观察到__________色气体，溶液变为________色 反应剧烈，有大量气泡产生，有________色气体逸出，溶液变为绿色
实验结论 常温下铜与稀硝酸缓慢反应生成______气体 常温下铜与浓硝酸剧烈反应生成______气体
化学方程式 ___________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________
INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　一定量的金属铜放入浓硝酸后，金属铜有剩余，推测产生的气体成分可能有哪些？再向其中加入少量的稀硫酸，金属铜还会继续溶解吗？
提示：产生的气体可能是NO2和NO的混合气体。向有金属铜剩余的溶液中加入少量稀硫酸，稀硫酸提供氢离子，与溶液中的NO结合成HNO3继续与铜反应。
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，这层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____________或____________发生反应。
③浓硝酸与非金属单质(如碳)的反应，化学方程式为______________________________________________。
④王水
组成 浓硝酸和浓盐酸的混合物，体积比为_____________________________________________
特性 能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解
3.工业制硝酸
(1)工业流程
(2)写出相关反应的化学方程式，并指出反应中含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应。
①__________________________________(________反应)。
②__________________________________(________反应)。
③__________________________________(________反应)。
④__________________________________(既发生氧化反应又发生还原反应)。
[答案自填] 无　易　刺激性　H＋＋OH－===H2O　2H＋＋Na2O===2Na＋＋H2O　CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O　4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O　NO2　棕　阴凉　红棕　蓝　红棕　NO　NO2　3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
浓硝酸　浓硫酸　浓硝酸　浓硫酸　加热
浓硝酸　浓硫酸　C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O　1∶3　N2＋3H22NH3　还原　4NH3＋5O24NO＋6H2O
氧化　2NO＋O2===2NO2　氧化
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
INCLUDEPICTURE "自我诊断LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/自我诊断LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
(1)稀硝酸可溶解Fe(OH)2生成Fe(NO3)2和H2O(　　)
(2)硝酸具有强氧化性，硝酸的浓度不同，与金属反应的产物也不同(　　)
(3)过量的铜和一定量的浓硝酸反应，生成的气体只有二氧化氮(　　)
(4)碳、铜与浓硝酸反应时，浓硝酸只表现强氧化性(　　)
(5)常温下，将铝片放入浓硝酸中，无明显现象，原因是铝和浓硝酸不反应(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×
INCLUDEPICTURE "归纳总结LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/归纳总结LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
(1)硝酸与金属反应不能生成氢气。硝酸浓度不同，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。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。　
INCLUDEPICTURE "多维迁移应用LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/多维迁移应用LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
1．下列事实与硝酸性质的对应关系错误的是(　　)
A．打开浓硝酸的试剂瓶，瓶口有白雾——挥发性
B．用棕色试剂瓶保存浓硝酸——不稳定性
C．稀硝酸使紫色石蕊溶液变红——酸性
D．稀硝酸使黑色氧化铜固体溶解——强氧化性
解析：选D。A．浓硝酸具有挥发性，所以打开浓硝酸的试剂瓶，瓶口有白雾，故A正确；B．浓硝酸具有不稳定性，见光会分解，应保存在棕色试剂瓶中，故B正确；C．稀硝酸具有酸性，能使紫色石蕊溶液变红，故C正确；D．稀硝酸具有酸性，能与黑色氧化铜反应生成硝酸铜和水，故D错误。
2．(教材习题改编)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，取少量浓硝酸于试管中，发现溶液呈“黄色”，原因是___________________________________________________________
___________________________________________________________
(用化学方程式和适当文字描述)。
(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，最终变为无色，写出反应的化学方程式：
____________________________________________________________，
该反应中硝酸体现的性质为_______________________________。
(3)当实验完毕后，该小组同学向试管中滴入少量稀硫酸，发现铜片又逐渐溶解，产生无色气体，写出反应的离子方程式：
___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(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，发现碳粉逐渐减少，产生红棕色气体，写出反应的化学方程式：
___________________________________________________________
___________________________________________________________，
该反应中硝酸体现的性质为________。
答案：(1)浓硝酸不稳定，见光或受热易分解：4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O，NO2溶于浓硝酸使溶液呈黄色
(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
知识点二　酸雨及防治
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1．酸雨
(1)二氧化硫和氮氧化物的来源
①二氧化硫：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。
②氮氧化物：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。
(2)酸雨的形成
二氧化硫、氮氧化物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。
硫酸型酸雨
化学方程式 ①__________________________________________________；②____________________________________________________；③_____________________________________________________；④______________________________________________________
硝酸型酸雨 汽车尾气→NONO2HNO3
化学方程式 ①______________________________________________；②_________________________________________________
2.酸雨的危害及防治
(1)酸雨的危害
①能直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化。
②会加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。
(2)酸雨的防治
①消除污染源，改变能源结构，开发利用清洁能源，如太阳能、风能、氢能等。
②对SO2、NOx的排放加以控制，如燃料脱硫处理，废气中二氧化硫回收利用、控制汽车尾气排放等。
③健全法律法规，严格规定污染物的排放标准，提高环境保护意识。
INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　我国的酸雨主要是大量燃烧含硫量高的煤而形成的，多为硫酸型酸雨；此外，各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。
(1)机动车尾气中的氮氧化物是如何生成的？你能简单解释一下原因吗？
(2)现有雨水样品一份，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据见下表：
测定时间/h 0 1 2 3 4
雨水的pH 4.73 4.63 4.56 4.55 4.55
①雨水样品的pH变化的原因是什么？请用化学方程式解释。
②如果将刚取样的上述雨水和自来水相混合，pH将如何变化？请用化学方程式解释。
(3)燃煤中加入适量石灰石或生石灰起到“固硫”的作用，可以有效减少酸雨，原理是什么？
提示：(1)在机动车发动机中，燃料燃烧产生的高温条件使空气中的氮气与氧气反应，生成氮氧化物。
(2)①酸雨放置时pH变小，原因是雨水中的H2SO3被空气中的O2氧化生成H2SO4：2H2SO3＋O2===2H2SO4。
②雨水和自来水混合，应考虑H2SO3与Cl2(或HClO)的反应：H2SO3＋Cl2＋H2O===H2SO4＋2HCl(或H2SO3＋HClO===H2SO4＋HCl)，因此雨水与自来水混合后溶液pH将变小。
(3)燃煤中加入适量石灰石或生石灰发生反应CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋SO2CaSO3，2CaSO3＋O22CaSO4，能减少SO2的排放，可以有效减少酸雨。
INCLUDEPICTURE "反思归纳LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/反思归纳LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
SO2废气和NOx尾气的处理方法
(1)含有SO2废气的处理方法
①钙基固硫法
工业上常用生石灰和含硫的煤混合后燃烧，燃烧时产生的二氧化硫和生石灰、氧气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，从而吸收SO2，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。
[答案自填] 小于　2SO2＋O22SO3　SO2＋H2O??H2SO3　SO3＋H2O===H2SO4　2H2SO3＋O2===2H2SO4　2NO＋O2===2NO2　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
INCLUDEPICTURE "多维迁移应用LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/多维迁移应用LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
1．环保意识是重要的公民意识。下列环境问题与氮氧化物无关的是(　　)
A．酸雨 B．光化学烟雾
C．温室效应 D．臭氧层空洞
解析：选C。酸雨、光化学烟雾、臭氧层空洞均与氮氧化物有关，而温室效应与二氧化碳或甲烷有关。
2．(2024·邯郸高一月考)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
解析：选B。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。
3．下列除去大气污染物的化学方程式不正确的是(　　)
A．汽车尾气经催化剂作用：2CO＋2NON2＋2CO2
B．石灰乳吸收硫酸厂的尾气：SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O
C．燃烧法除去尾气中的硫化氢：2H2S＋3O22SO2＋2H2O
D．氨与一氧化氮在一定条件下反应：4NH3＋6NO5N2＋6H2O
解析：选C。硫化氢燃烧生成的SO2有毒，也是大气污染物。
INCLUDEPICTURE "课堂检测巩固落实LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/课堂检测巩固落实LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
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
答案：C
2．下列关于硝酸的叙述正确的是(　　)
A．NO2溶于水生成硝酸，所以NO2是酸性氧化物
B．硝酸可与活泼金属反应生成盐和氢气
C．浓硝酸久置呈黄色
D．硝酸与木炭的反应既表现出氧化性又表现出酸性
解析：选C。NO2溶于水生成硝酸，同时还生成了NO，所以NO2不是酸性氧化物，A项错误；硝酸可与活泼金属反应生成盐、水和氮氧化物，B项错误；浓硝酸久置呈黄色是因为浓硝酸分解生成的NO2溶解在浓硝酸中，C项正确；硝酸与木炭反应，生成物中没有硝酸盐，硝酸只表现出氧化性，D项错误。
3．下列关于铜与浓、稀硝酸反应的说法错误的是(　　)
A．1 mol浓硝酸被还原转移2 mol电子
B．Cu与浓硝酸反应比与稀硝酸反应剧烈，故氧化性：浓硝酸>稀硝酸
C．Cu与浓、稀硝酸反应都不需加热
D．生成等量的Cu(NO3)2，消耗浓硝酸的量多
解析：选A。A．铜与浓硝酸反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，硝酸中N元素的化合价从＋5价降低到＋4价，1 mol HNO3得到1 mol电子，所以1 mol浓硝酸被还原转移1 mol电子，故A错误；B．Cu与浓硝酸反应比与稀硝酸反应剧烈，说明氧化性：浓硝酸>稀硝酸，故B正确；C．铜与浓、稀硝酸反应都不需要加热，常温下即可进行，故C正确；D．铜与浓硝酸反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，铜与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，生成3 mol硝酸铜分别消耗12 mol浓硝酸、8 mol稀硝酸，所以消耗浓硝酸的量多，故D正确。
4．物质的量之比为2∶5的锌与稀硝酸反应，若硝酸被还原的产物为N2O，反应结束后锌没有剩余，则该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是(　　)
A．1∶4　 B．1∶5
C．2∶3 D．2∶5
解析：选A。设Zn的物质的量为2 mol、HNO3的物质的量为5 mol，锌与稀硝酸反应时，硝酸既表现酸性又表现氧化性，根据原子守恒和得失电子守恒，2 mol锌失去4 mol电子，生成2 mol锌离子，由于生成硝酸锌，所以其结合的硝酸根离子的物质的量是4 mol，剩余的1 mol硝酸被还原为N2O得到4 mol电子，说明硝酸也全部反应，故该反应中被还原的硝酸与未被还原的硝酸的物质的量之比是1∶4。
5．氮的氧化物和硫的氧化物是导致酸雨的物质。
(1)形成酸雨的原理之一可简单表示如下：
①酸雨的pH________(填“＞”“＜”或“＝”)5.6。
②D物质的化学式为________。
③反应Ⅳ的化学方程式为_____________________________________
___________________________________________________________。
(2)在一定条件下氨可将氮氧化物转化为无污染的物质。写出氨和二氧化氮在一定条件下反应的化学方程式：_________________________________________，
该反应中氧化剂是________，还原剂是________。
(3)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方程式如下：
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O
现有V L某NaOH溶液，能完全吸收由n mol NO2和m mol NO组成的大气污染物。
①所用烧碱溶液中NaOH的物质的量浓度至少为________mol·L－1。
②若所得溶液中c(NO)∶c(NO)＝1∶9，则原混合气体中NO2和NO的物质的量之比n∶m＝________。
解析：(1)①正常雨水的pH约为5.6，酸雨的pH＜5.6。②由图示转化关系可知，A为SO2，B为SO3，C为H2SO4，D为H2SO3。(2)NH3 和NO2反应生成的无污染物质是N2和H2O。(3)①因产物NaNO3、NaNO2中n(Na＋)＝n(N)，故n(NaOH)＝n(NO)＋n(NO2)＝(m＋n) mol，c(NaOH)＝ mol·L－1。②当V(NO2)≥V(NO)时能吸收完全，所以NO2与NO混合气体与NaOH溶液反应可以认为先后发生如下反应：
NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O
m m 2m
2NO2＋2NaOH===NaNO2　＋　NaNO3＋H2O
n－m (n－m) (n－m)
c(NO)∶c(NO)＝(n－m)∶[2m＋(n－m)]＝1∶9，解得n∶m＝3∶2。
答案：(1)①＜　②H2SO3　③SO2＋H2O??H2SO3　(2)6NO2＋8NH37N2＋12H2O
NO2　NH3　(3)①　②3∶2