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第五章 化工生产中的重要非金属元素
第3课时 硝酸
第二节 氮及其化合物
1、等质量的铜分别与足量的下列各种酸反应，生成的气体在相同条件下体积最大的是（ ）
A、浓HNO3 B、稀HNO3 C、浓H2SO4 D、稀H2SO4
A
Cu + 4HNO3（浓）= Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
3Cu + 8HNO3（稀）= 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Cu + 2H2SO4 （浓）== CuSO4 + SO2 +2H2O
方法一：根据方程式计算
方法二：得失电子守恒
预习检测
2、铜与1mol/L的硝酸反应，如果NO3-浓度下降0.2mol/L。则溶液 中，氢离子的物质的量浓度同时下降（ ）
A、0.2mol/L B、0.4mol/L C、0.6mol/L D、0.8mol/L
D
3Cu + 8H++2NO3- = 3Cu2+ + 2NO↑+ 4H2O
6、38.4g铜与适量浓硝酸反应，铜完全溶解，共收集到气体标准状况下22.4L。反应中耗硝酸物质的量可能是（ ）
A 1.0 mol B 1.6 mol C 2.2 mol D 2.4 mol
C
若38.4 g铜与硝酸恰好完全反应，未被还原的硝酸物质的量为？
3. 铜和镁的合金4.6 g完全溶解于浓硝酸中，若反应中硝酸被还原只产生4.48 L的NO2气体和0.224 L的NO气体（气体体积已折算到标准状况），在反应后的溶液中，加入足量的NaOH溶液，生成沉淀的质量为（ ）
A 9.02 g B 8.51 g C 8.26 g D 7.04 g
解法一：质量守恒和得失电子守恒
m（氢氧化物）=m（金属）+ m（OH-）
n（OH-）=n（金属失电子）
=n（HNO3得电子）
解法二：关系式法（得失电子守恒）
B
4. 将32.64g铜与140mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2L。请回答：
（1）NO的体积为_________L，NO2的体积为_________L。
（2）待产生的气体全部释放后，向溶液中加入VmLamol/L的NaOH溶液，恰好使溶液中的Cu2+全部转化成沉淀，则原硝酸溶
液的浓度为____________________
（3）欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中全部转化为NaNO3，至少需要30%的双氧水_________g。
5.824
5.376
57.8
1、硝酸的物理性质：
常用的硝酸质量分数为69%
2、硝酸的化学性质：
（2） 不稳定性
4HNO3 ==== 4NO2 ↑ +O2 ↑ +2H2O
或光照
浓硝酸见光或受热时发生反应
问题一：久置的浓硝酸为何呈黄色？
问题二：如何保存硝酸？
盛放在棕色试剂瓶里，并避光放置于阴凉处
硝酸分解生成的NO2溶于硝酸中
硝酸具有强氧化性,对皮肤、衣物等有腐蚀作用，使用时应注意安全。
！
浓硝酸 久置浓硝酸
（3）硝酸具有强的氧化性
几乎可以使所有金属（金、铂 除外）氧化而生成硝酸盐。当HNO3与金属反应时，HNO3被还原的程度（即氮元素化合价降低的程度）取决于硝酸的浓度和金属单质还原性的强弱。
【实验5-8】
如图5-14所示，在橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝，向两支试管中分别加入2mL浓硝酸和稀硝酸，用橡胶塞塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观察并比较实验现象，向上拉铜丝，停止反应。
①硝酸与Cu的反应
Cu与稀硝酸的反应
实验现象:铜与稀硝酸反应较缓慢，溶液 变成蓝色(Cu2+)，生成无 色的气体，遇空气变为红棕色。
反应产物:硝酸铜、一氧化氮、水
化学方程式:3Cu+8HNO3（稀）= 3Cu(NO3)2+ 2NO↑+4H2O
实验现象:浓硝酸与铜能剧烈反应，放出红棕色的气体，铜不断溶解，溶液变成绿色（NO2气体融于水和Cu2+导致溶液为绿色）。
反应产物:二氧化氮、硝酸铜和水
化学方程式:Cu+4HNO3(浓) ＝Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
Cu与浓硝酸的反应
② 常温下浓硝酸能使Fe、Al发生钝化
加热时：
Al + 6HNO3(浓) === Al(NO3)3+ 3NO2↑+ 3H2O
Fe+6HNO3(浓) === Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O
△
△
劳厄和弗兰克，曾获得1914年和1925年的物理学奖，德国纳粹政府要没收他们的诺贝尔奖牌，他们辗转来到丹麦，请求丹麦同行、1922年物理学奖得主玻尔帮忙保存。1940年，纳粹德国占领丹麦，受人之托的玻尔急得团团转。同在实验室工作的一位匈牙利化学家赫维西（1943年化学奖得主）帮他想了个好主意：将奖牌放入“王水” 中，纯金奖牌便溶解了。玻尔于是将溶液瓶放在实验室架子上，来搜查的纳粹士兵果然没有发现这一秘密。战争结束后，溶液瓶里的黄金被还原后送到斯德哥尔摩，按当年的模子重新铸造，于1949年完璧归赵。
能使不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。
浓硝酸和浓盐酸按体积比为1∶3混合得到的混合物。
王 水
【资料卡片】
（2）与非金属反应
浓硝酸能氧化 C、S、P 等非金属
硝酸的作用
--- 氧化剂
C + 4HNO3(浓) === CO2 ↑ +4NO2 ↑+ 2H2O
△
（3）与还原性化合物反应
SO2
H2SO4
Fe3+
Fe2+
3SO2 + 2H2O + 2NO3- = 3SO42- + 2NO↑ + 4H+
3Fe2+ + 4H+ + NO3- = 3Fe3+ + NO↑ + 2H2O
注意：NO3-在酸性条件下，就相当于硝酸溶液，具有强氧化性，因此，在强酸性条件下NO3-与Fe2+（I-、Br-、S2-、SO32-等）不能大量共存。
浓硫酸 HNO3
稳定性
酸的通性
与Cu反应
钝化现象
与C反应
吸水性 脱水性
使Fe、 Al 钝化
浓硝酸 使Fe、 Al 钝化
有吸水性、脱水性
无
Cu+2H2SO4 （浓）===CuSO4+SO2↑+2H2O
△
Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
4HNO3(浓)+C=4NO2↑+CO2↑+2H2O
2H2SO4(浓)+C==2SO2↑+CO2↑+2H2O
△
稳定
不稳定
有
有
【思考与交流】
硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、炸药、染料等。工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸，如下图所示：
N2
H2
O2
O2
H2O
NH3
NO
NO2
HNO3
(1) 写出每一步反应的化学方程式。
(2) 请分析上述反应中的物质类别和氮元素化合价的变化情况，以及每一步反应中含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应。
写出有关化学方程式:
N2→NH3: ________________________________。
NH3→NO: _______________________________。
NO→NO2: _______________________________。
NO2→HNO3: _____________________________。
2NO+O2 = 2NO2
3NO2+H2O = 2HNO3+NO
N2+3H2 2NH3
4NH3+5O2 4NO+6H2O
催化剂
NH3空气
空气NH3
热交换器
转化器
吸收塔
工业制备硝酸的流程
NO、O2、N2等
NO2、O2、N2等
HNO3
H2O
硝酸在反应中的作用
酸 性：与非还原性的碱、碱性氧化物、盐
氧化性：非金属等
酸性和氧化性：与金属、还原性的碱、
碱性氧化物、盐等（难点）
方法：两个守恒----元素守恒、得失电子守恒
总结
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。
煤燃烧
石油燃烧
硫矿石
汽车尾气
这些气体对空气和我们的生活环境能造成什么影响呢？
酸雨及防治
1.酸雨的形成
①定义：主要指 pH小于5.6 的雨水，其主要是含有硫酸和硝酸。
②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。正常雨水因溶解了CO2，其pH约为5.6，而酸雨的pH小于5.6。
SO2
O2
H2O
H2SO4
化石燃料的燃烧
③酸雨的类型：
硫酸型酸雨
硝酸型酸雨
①
②
2NO＋O2=2NO2
3NO2＋H2O=2HNO3＋NO
化石燃料的燃烧
植物体的焚烧
硝酸型酸雨
大气中的氮氧化物
与水反应生成硝酸和亚硝酸
硝酸型酸雨
饮用酸化的地下水危害人类
腐蚀建筑物和工业设备
破坏土壤成分使农作物减产甚至死亡
损坏植物叶面导致森林死亡
破坏露天文物古迹
使湖泊中鱼虾死亡
酸雨的危害：
3.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
3.酸雨的防治
②研究煤的脱硫、燃烧技术，减少SO2排放
脱硫塔
SO2 +CaO=CaSO3
2CaSO3+O2=2CaSO4(生产石膏）
燃煤烟气的脱硫方法:
3.酸雨的防治
③改进汽车尾气的处理技术，控制尾气排放
2NO(g)+2CO(g)====2CO2(g)+N2(g)
催化剂
④加强工业废气的回收处理
3.酸雨的防治
⑤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
4.常见的环境污染
环境污染 形成原因 主要危害
温室效应 大气中CO2含量不断增加 全球变暖，冰川融化
酸雨 SO2和氮氧化物的排放 土壤酸化，腐蚀建筑物
光化学烟雾 氮氧化物和碳氢化合物的排放 危害人体健康和植物生长
臭氧空洞 氮氧化物和氟氯代烃的排放 地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧
赤潮和水华 含磷洗衣粉的大量使用及废水的任意排放 使藻类过度繁殖，水质恶化，发生在海水中为赤潮，淡水中为水华
白色污染 聚乙烯塑料的大量使用、任意丢弃 破坏土壤结构和生态环境
资 料:光化学烟雾的形成
NO2 →O+NO
光
2NO+O2== 2NO2
O+O2== O3
3O2== 2O3
臭氧氧化碳氢化合物生成醛、过氧酰硝酸酯等，一起构成光化学烟雾。它能刺激黏膜、眼睛，伤害中枢神经。
洛杉矶光化学烟雾（20世纪40年代）
