2019_2020学年高中化学第3章自然界中的元素第2节第3课时硝酸人类活动对氮循环和环境的影响学案鲁科版.docx

硝酸人类活动对氮循环和环境的影响核心素养发展目标1.掌握硝酸的物理性质和化学性质。2.了解人类活动对氮循环的影响，知道造成酸雨、光化学烟雾和富营养化等环境问题的原因。3.了解如何减少氮氧化物的排放，树立环境保护意识。一、硝酸1.物理性质颜色状态气味挥发性无色液体刺激性易挥发HNO3质量分数为95%以上的硝酸称为发烟硝酸2.化学性质(1)酸性：属于强酸，具有酸的通性，如CaCO3与HNO3反应CaCO32HNO3(稀)=Ca(NO3)2CO2H2O。(2)不稳定性：见光或受热易分解，化学方程式为4HNO34NO2O22H2O。(3)强氧化性：与金属反应：硝酸具有强氧化性，能与除金、铂、钛以外的大多数金属反应。实验步骤实验现象结论及化学方程式铜片逐渐溶解；铜片表面快速产生气泡；液面上方有红棕色气体产生；溶液由无色变为蓝色铜与浓硝酸剧烈反应，生成NO2和Cu(NO3)2。化学方程式为Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O铜片逐渐溶解；铜片表面缓慢产生气泡；反应开始液面上方出现无色气体，然后出现红棕色气体；溶液由无色变为蓝色铜与稀硝酸缓慢反应，生成NO和Cu(NO3)2。化学方程式为3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O常温下，将实验中铜片改为铁片或铝片无明显现象常温时浓硝酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化，所以可以用铁容器或铝容器盛放浓硝酸与非金属反应：碳与浓硝酸反应的化学方程式为C4HNO3(浓)CO24NO22H2O。3.用途硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、染料、塑料、硝酸盐等。硝酸的强氧化性1.硝酸与金属的反应(1)一般规律：金属与硝酸反应不生成H2。如：2HNO3(浓)Ag=AgNO3NO2H2O；4HNO3(稀)3Ag=3AgNO3NO2H2O。(2)浓硝酸与Fe、Al的反应：(3)稀HNO3与Fe反应：HNO3反应关系：(4)硝酸与铜的反应浓硝酸开始HNO3被还原为NO2，随着反应的进行，硝酸变稀，HNO3被还原为NO，向反应后的溶液中加稀硫酸，NO又被还原为NO。2.浓硝酸与非金属的反应浓硝酸与部分还原性较强的非金属单质(如C、S、P等)反应。其反应规律：非金属单质浓HNO3最高价氧化物或最高价含氧酸NO2H2O。3.硝酸与还原性化合物的反应硝酸能氧化具有还原性的化合物或离子，如：亚铁盐、亚硫酸盐、硫化物、碘化物、氧化亚铁、四氧化三铁、二氧化硫等。例1下列实验事实与硝酸性质不相对应的一组是()A.浓硝酸使紫色石蕊溶液先变红后退色酸性和强氧化性B.铁与稀硝酸反应不能放出氢气强氧化性C.要用棕色瓶盛装浓硝酸不稳定性D.氢氧化亚铁固体与稀硝酸混合仅强酸性答案D解析A项，浓硝酸因有酸性而使紫色石蕊溶液变红色，又因浓硝酸的强氧化性而使其退色；B项，因稀硝酸有强氧化性，与铁反应不产生H2；C项，因浓硝酸不稳定，见光或受热易分解，因此应用棕色瓶盛装，避光保存；D项，稀硝酸与氢氧化亚铁反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，表现了硝酸的酸性和强氧化性。思维启迪(1)HNO3表现氧化性标志：N元素化合价降低；HNO3表现酸性的标志：生成硝酸盐。(2)硝酸与金属、FeO、Fe(OH)2、Fe3O4、Na2SO3、Na2S等反应不仅表现酸性，还表现强氧化性；硝酸与碳等非金属单质、HI、HBr、H2S、SO2等还原性物质反应时，只表现其氧化性。(3)含NO的溶液中离子大量共存问题，在中性或碱性的稀溶液中NO不表现氧化性，但当水溶液中有大量H存在时，NO表现出强氧化性，如存在H、NO的溶液中不能大量存在Fe2、S2、I、SO、Br等还原性离子。例2将相同质量的铜分别和过量浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是()A.反应生成气体的物质的量相等B.消耗硝酸的物质的量：前者多，后者少C.反应生成气体的颜色：前者浅，后者深D.反应中转移的电子总数：前者多，后者少答案B解析由反应：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O,3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O可知：当铜质量相同，硝酸过量时，生成气体的物质的量前者多，消耗n(HNO3)前者多，反应中转移电子总数相等。规律总结(1)浓、稀硝酸均具有强氧化性、浓度越大、氧化性越强。(2)Cu(NO3)2晶体制备方案的选择制备Cu(NO3)2晶体有如下方案：CuCuSO4Cu(NO3)2，CuHNO3(浓)Cu(NO3)2，CuHNO3(稀)Cu(NO3)2，CuCuOCu(NO3)2。反应过程中产生SO2、NO2、NO等大气污染物，同时H2SO4、HNO3因化合价发生变化，不会全部转化为Cu(NO3)2，经济效益差。从经济效益和环境保护考虑应选择方案。例3将1.92gCu和一定量的浓硝酸反应，随着Cu的不断减少，反应生成气体的颜色逐渐变浅，当Cu反应完毕时，共收集到气体1.12L(标准状况)，则反应中消耗HNO3的物质的量为()A.1molB.0.05molC.1.05molD.0.11mol答案D解析铜和硝酸反应，随着HNO3浓度的减小，硝酸的还原产物的价态越低，铜和浓硝酸反应生成NO2，而与稀硝酸反应时则生成NO，故生成的气体有NO2和NO，则n(NO2)n(NO)0.05mol，即被还原的硝酸的物质的量为0.05mol，n(Cu)0.03mol，则生成nCu(NO3)20.03mol，可知表现酸性的硝酸的物质的量为0.03mol20.06mol，则参加反应的硝酸的物质的量：0.05mol0.06mol0.11mol。规律总结以Cu与一定量的浓HNO3反应为例，理解计算过程的守恒关系。若反应中Cu完全溶解，硝酸剩余，且生成NO、NO2混合气体，则：(1)元素守恒：参加反应的HNO3：n(HNO3)反应2n(Cu)n(NOx)；(2)电子守恒：2n(Cu)3n(NO)n(NO2)；(3)电荷守恒：反应后溶液中2n(Cu2)n(H)n(NO)。二、人类活动对氮循环和环境的影响1.含氮氧化物的危害(1)臭氧层空洞：主要是氮氧化物、氟氯代烃等的排放引起的；会使地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧。(2)光化学烟雾：汽车尾气中的氮氧化物和碳氢化合物经紫外线照射发生反应形成的一种有毒的烟雾。(3)酸雨：氮氧化物与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。(4)水体富营养化：当进入水的氮的含量增大时，会造成水体的富营养化，导致藻类“疯长”并覆盖在水面上。2.减少人类活动对氮循环和环境的影响的措施(1)控制进入大气、陆地和海洋的有害物质的数量。(2)增强生态系统对有害物质的吸收能力，如保护森林、植树造林等。含氮物质的来源及其危害例4下列与氮循环无关的生态环境问题是()A.光化学烟雾B.白色污染C.水体富营养化D.酸雨答案B解析氮氧化物和碳氢化合物会产生光化学烟雾，氮、磷元素大量进入水中造成水体富营养化，氮氧化物和硫的氧化物会形成酸雨。故A、C、D三项都与氮的循环有关。白色污染是指废弃塑料造成的污染，与氮的循环无关。思维启迪酸雨、光化学烟雾、臭氧空洞的形成都和氮氧化合物的排放有关。1.判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)常温下Fe、Al在稀硝酸中发生钝化()(2)可以用铝槽车装运稀硝酸()(3)浓硝酸能用铁制容器或铝制器存放是因为铝、铁与浓硝酸不反应()(4)浓硝酸和氯水均应保存在棕色试剂瓶中，并放在阴凉处()(5)向浓硝酸中滴加石蕊溶液，现象为先变红后退色()(6)铁与稀硝酸反应：Fe2HNO3=Fe(NO3)2H2()(7)稀硝酸和FeO反应：2HNO3FeO=Fe(NO3)2H2O()(8)汽车尾气中的氮氧化物和碳氢化合物是产生光化学烟雾的元凶()2.近年来，环境问题越来越引起人们的重视。温室效应、酸雨、臭氧层破坏、赤潮等已经给我们赖以生存的环境带来较大的影响。其中造成酸雨的主要有害物质是()A.CO2B.硫和氮的氧化物C.含氟化合物D.化肥和含磷洗衣粉的使用及其污水的排放答案B3.下列反应中硝酸既表现出氧化性又表现出酸性的是()A.氧化铝和硝酸B.少量氧化铁和硝酸C.硫化氢和硝酸D.铜和浓硝酸答案D解析HNO3中N元素价态降低，表现HNO3的氧化性。反应中生成盐，表现出HNO3的酸性。Al2O3与HNO3反应生成Al(NO3)3和水，Fe2O3与HNO3反应生成Fe(NO3)3和水，都只表现HNO3的酸性。Cu与浓HNO3反应：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O，既表现出氧化性又表现出酸性。4.已知3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O，则下列说法不正确的是()A.Cu做还原剂，HNO3做氧化剂B.HNO3在该反应中只有部分表现出了氧化性C.每生成22.4L(标准状况)NO有3mol的电子转移D.如果有8molHNO3被还原，则生成了2molNO答案D解析根据反应知，A项正确；HNO3在该反应中既表现酸性又表现氧化性，B项正确；根据双线桥分析，该反应每生成2molNO转移6mol电子，C项正确；HNO3被还原生成NO，若有8molHNO3被还原，则生成8molNO，D项错误。5.向100mL12molL1的浓硝酸中加入足量的铜片，充分反应后，被还原的硝酸的物质的量为()A.0.3molB.0.6molC.小于0.6molD.介于0.3mol和0.6mol之间答案D解析因为Cu是足量的，随着反应的进行，浓硝酸会逐渐变稀，所以本题涉及的反应有两个：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O采用极限分析法：若只发生反应，则被还原的HNO3物质的量：1.2mol0.6mol；若只发生反应，则被还原的HNO3的物质的量为1.2mol0.3mol。6.回答下列问题。(1)有时在实验室看到的硝酸显黄色，理由是_。实验室保存硝酸的方法是_。(2)铜与足量浓硝酸反应时，表现酸性的硝酸与做氧化剂的硝酸物质的量之比为_。(3)一定量的浓硝酸与足量的铜充分反应，生成气体的成分有_，写出反应的离子方程式：_。向反应后的溶液中加入稀硫酸，如果反应，写出反应的离子方程式：_。(4)从某金属粉末(含有Au、Cu、Ag)中分离出Au，加入的试剂是_，写出Ag参与反应的化学方程式_。(5)往两支分别装有浅绿色的Fe(NO3)2和FeSO4溶液的试管中分别逐滴加入稀盐酸时，溶液的颜色变化应该是Fe(NO3)2溶液_；FeSO4溶液_。答案(1)由于硝酸见光或受热发生了分解，生成的NO2溶于浓硝酸所致应保存在棕色试剂瓶中，并置于阴凉处(2)11(3)NO2、NOCu4H2NO=2NO22H2OCu2、3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O(4)稀硝酸3Ag4HNO3(稀)=3AgNO3NO2H2O(5)浅绿色变棕黄色不变色题组1人类活动对氮的循环和环境的影响1.下列环境问题与产生的主要原因不相符的是()“光化学烟雾”主要是由汽车排放的氮氧化物所引起的“酸雨”主要是由空气中CO2的浓度增大引起的“温室效应”主要是由空气中CO2浓度增大引起的“赤潮”主要是由于水体中N、P等元素含量过高而引起的A.只有B.只有C.全部D.只有答案D解析“酸雨”主要是由空气中SO2或NOx的浓度增大引起的。题组2硝酸的性质及应用2.下列对于硝酸的认识不正确的是()A.浓硝酸和稀硝酸都具有氧化性B.铜与硝酸的反应属于置换反应C.金属与硝酸反应一定不产生氢气D.可用铁或铝质容器盛装浓硝酸答案B解析硝酸是强氧化性酸，且浓硝酸的氧化性强于稀硝酸，A正确；铜不论与浓硝酸还是与稀硝酸反应都不是置换反应，B不正确；因为硝酸是强氧化性酸，金属与硝酸反应均不产生氢气，C正确；铁或铝遇冷的浓硝酸钝化，故可用铁或铝质容器盛装浓硝酸，D正确。3.下列说法中，正确的是()A.可用铝质或铁质容器盛装稀硝酸B.在0.1molL1的盐酸中，Na、Fe2、SO、NO能大量共存C.56gFe与硝酸发生氧化还原反应时，转移的电子数一定是3molD.浓硝酸在光照下颜色变黄，说明浓硝酸不稳定，见光易分解答案D解析在常温下，浓硝酸能使铁、铝等金属钝化，但铁、铝在常温下能与稀硝酸反应生成硝酸盐，所以不能用铝质或铁质容器盛装稀硝酸；在0.1molL1的盐酸中存在大量的H，在H存在下，Fe2与NO因能发生氧化还原反应而不能大量共存；因Fe与硝酸反应的相对量不知道，Fe是否完全反应或反应后生成Fe3还是Fe2都无法确定，故转移的电子数无法确定；浓硝酸不稳定，见光易分解，生成的NO2溶于硝酸而使硝酸变黄。4.已知某四种单质分别与浓硝酸混合出现的情况依次是反应生成相应的硝酸盐；反应生成最高价含氧酸；发生钝化；不发生反应。则符合上述情况的单质可能是()A.Cu、C、Zn、AuB.Ag、P、Al、PtC.Fe、C、Sb、HgD.Cu、S、Fe、Pb答案B解析浓硝酸在常温下使铁、铝钝化，故A项不正确；浓硝酸能与绝大多数金属反应，但不能与Au、Pt反应，故C、D项不正确。5.下列硝酸的应用及性质只体现硝酸的强氧化性的是()A.用铝罐或铁罐盛装并运输浓硝酸B.铜片与浓硝酸剧烈反应C.用稀硝酸溶解CuO制备硝酸铜溶液D.用FeO与稀硝酸反应制备媒染剂Fe(NO3)3晶体答案A解析铁罐、铝罐遇浓硝酸表面形成致密的氧化物薄膜，体现了硝酸的强氧化性，A项正确；铜与浓硝酸的反应体现了硝酸的氧化性和酸性，B项错误；CuO与浓硝酸的反应体现了硝酸的酸性，C项错误；FeO与稀硝酸的反应体现了硝酸的氧化性和酸性，D项错误。6.关于硝酸的说法中正确的是()A.硝酸电离出的H能被Zn还原成H2B.常温下，向浓HNO3中投入Fe片，会产生大量的红棕色气体C.向装有Fe(NO3)2溶液的试管中加入稀H2SO4，可在管口观察到红棕色气体D.过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液，溶液呈红色答案C解析A项，硝酸具有强氧化性，与Zn反应生成含氮氧化物等，不能生成H2；B项，Fe被浓硝酸钝化，阻止进一步反应；C项，稀H2SO4电离出H，NO在酸性条件下具有强氧化性，被Fe2还原为NO，试管口遇O2生成红棕色的NO2，正确；D项，过量的Fe粉中加入稀HNO3，生成的Fe2与KSCN溶液不反应。7.在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶解，再加入下列物质FeCl3，Fe2O3，Cu(NO3)2，KNO3，NaCl，铜粉溶解的是()A.只有B.只有C.只有D.除之外答案D解析铜粉在稀硫酸中不溶解，加入两种物质时，相当于加入了Fe3，会发生反应Cu2Fe3=2Fe2Cu2，铜粉溶解；当加入两种物质时，相当于加入了NO，会发生反应3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O。因此上述物质中除之外都可使其溶解。8.向浅绿色的Fe(NO3)2溶液中逐滴加入稀盐酸时，溶液的颜色变化是()A.绿色变深B.变为棕黄色C.绿色变浅D.无明显变化答案B解析向Fe(NO3)2溶液中逐滴加入稀盐酸，NO在酸性条件下具有较强的氧化性，将Fe2氧化为Fe3，B项正确。9.用以下三种途径来制取相同质量的硝酸铜：铜跟浓硝酸反应，铜跟稀硝酸反应，铜跟氧气反应生成氧化铜，氧化铜再跟硝酸反应。以下叙述正确的是()A.三种途径所消耗的铜的物质的量不相等B.三种途径所消耗的硝酸的物质的量相等C.所消耗铜的物质的量：途径途径途径D.所消耗硝酸的物质的量：途径途径途径答案D解析三种途径发生的反应历程如下：途径CuCu(NO3)2NO2途径CuCu(NO3)2NO途径CuCuOCu(NO3)2由此可见，途径、消耗HNO3量多且产生有毒气体。10.(2018大庆一中)如图表示Cu与HNO3反应的量的关系，A、B、C、D四点中表示铜与稀硝酸反应中被还原的HNO3与Cu的量的关系的点是()答案A解析Cu与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O，由化学方程式可知参加反应的HNO3只有被还原，故被还原的HNO3与Cu的关系为3Cu2HNO3(被还原)。题组3硝酸与金属反应的计算11.一定量的Cu和1molL1的稀硝酸反应，如果NO的浓度下降0.2molL1，则溶液中c(H)同时下降(假定反应前后溶液体积不变)()A.0.2molL1B.0.4molL1C.0.6molL1D.0.8molL1答案D解析由Cu与稀HNO3反应的离子方程式3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O可知，当NO浓度下降0.2molL1时，c(H)下降0.8molL1。12.将2.56gCu和一定量的浓HNO3反应，随着Cu的不断减少，反应生成气体的颜色逐渐变浅，当Cu反应完毕时，共收集到气体1.12L(标准状况)，则反应中消耗HNO3的物质的量为()A.0.05molB.1molC.1.05molD.0.13mol答案D解析随着硝酸浓度的减小，其还原产物的价态降低，铜和浓硝酸反应生成NO2，而与稀硝酸反应时则生成NO，故生成的气体有NO2和NO，则n(NO2)n(NO)0.05mol，即被还原的硝酸的物质的量为0.05mol，n(Cu)0.04mol，则反应后nCu(NO3)20.04mol，可知表现酸性的硝酸的物质的量为0.04mol20.08mol，则参加反应的硝酸的物质的量为0.05mol0.08mol0.13mol。13.(2018合肥一中)将黑色固体单质甲加热至红热，投入黄色的溶液乙中，反应后产生混合气体A，A在常温下不与空气反应，根据图中转化关系回答下列问题：(1)甲是_，乙是_，丙是_。(2)混合气体A的主要成分是_。(3)丙与溶液C反应的化学方程式是_。(4)若32.0g丙与一定量的溶液乙反应，当丙反应完时，共产生13.44L(标准状况下)气体，则消耗的溶液乙中溶质的物质的量为_。答案(1)C浓硝酸Cu(2)CO2和NO2(3)3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O(4)1.6mol解析由反应以及黑色固体单质甲加热至红热，投入黄色的溶液乙中，反应产生混合气体A，得知甲为C，乙为浓硝酸，A为CO2与NO2的混合气体，B为NO；由反应可知单质丙为铜，溶液C为稀硝酸。n(Cu)0.5mol，n(气体)0.6mol。利用氮原子守恒，则消耗HNO3的物质的量n(HNO3)2n(Cu)n(气体)20.5mol0.6mol1.6mol。14.在浓硝酸中放入铜片：(1)开始反应的离子方程式为_，实验现象为_。(2)若铜有剩余，则反应将要结束时的离子方程式为_。(3)待反应停止后，再加入少量25%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，原因是_。(4)若将12.8g铜跟一定量的浓硝酸反应，铜耗完时，共产生气体5.6L(标准状况下)。则所消耗硝酸的物质的量是_。答案(1)Cu4H2NO=Cu22NO22H2O铜片逐渐溶解，溶液逐渐变蓝色，有红棕色气体产生(2)3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O(3)加入稀H2SO4后，H2SO4电离出H，与原溶液中的NO构成强氧化性条件(即相当于溶液中又生成了“稀硝酸”)，反应的离子方程式为3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O(4)0.65mol解析(1)因为浓硝酸的氧化性很强，可以将铜氧化，同时它本身被还原为红棕色的NO2气体，所以现象是铜片逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，产生红棕色的气体。 (2)铜跟浓硝酸反应时，随着反应的进行，硝酸浓度不断