高中化学第3章自然界中的元素第2节氮的循环第3课时硝酸人类活动对氮循环和环境的影响教学案.docx

第3课时硝酸人类活动对氮循环和环境的影响课标要求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，知道酸雨、光化学烟雾和富营养化等环境问题。3了解如何减少氮氧化物的排放，树立环境保护意识。,1硝酸的四性：强酸性、强氧化性、不稳定性、易挥发性。2硝酸性质两标志：(1)硝酸起酸性作用的标志生成硝酸盐；(2)硝酸氧化性标志氮元素化合价降低、“钝化”现象。3硝酸还原产物两规律：(1)稀硝酸还原产物为NO；(2)浓硝酸还原产物为NO2。4氮循环中四大环境问题：酸雨、光化学烟雾、水体富营养化、温室效应。 1硝酸的物理性质2硝酸的化学性质(1)酸的通性硝酸是强酸，其电离方程式为。具有酸的通性：能使酸碱指示剂发生颜色变化，能与金属、碱性氧化物、碱、盐发生反应。(2)不稳定性见光或受热分解的化学方程式为4HNO3(浓)4NO2O22H2O。特别提醒纯硝酸为无色液体，由于HNO3分解产生的NO2又溶于其中，浓硝酸一般呈黄色；向浓硝酸中通入O2，可以消除其黄色。(3)强氧化性 特别提醒(1)HNO3的还原产物：稀HNO3NO，浓HNO3NO2。(2)HNO3硝酸盐，表现HNO3的酸性；HNO3中N元素：化合价降低，表现其氧化性，像HNO3在与金属反应时，酸根部分得电子被还原生成低价非金属化合物而不生成H2，这种酸称为氧化性酸，常见氧化性酸：浓、稀HNO3、浓H2SO4。(3)硝酸具有强氧化性，除Pt、Au之外，硝酸几乎能与所有金属反应，硝酸与金属反应不产生H2。(4)常温下，Fe、Al遇浓硝酸钝化是氧化还原反应，并非不反应。3硝酸的保存方法为了防止硝酸见光分解，一般将它保存在棕色试剂瓶里，放置在阴凉处，但是试剂瓶不能使用橡胶塞。4硝酸的用途硝酸是一种重要的化工原料，常用来制造炸药、染料、塑料、硝酸盐等。5人类活动对氮循环和环境的影响(1)光化学烟雾：汽车尾气中的氮氧化物与碳氢化合物经紫外线照射后，发生反应形成的一种有毒的烟雾。(2)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。(3)水体的富营养化：当进入水体的氮的含量增大时，导致藻类“疯长”。(4)大气中的氮氧化物主要来源于化石燃料的燃烧和植物体的焚烧，以及农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。1现有下列物质，其中必须保存在棕色试剂瓶里的是()氯水氨水浓硝酸浓盐酸烧碱ABC仅 D解析：选C见光易分解的物质保存在棕色试剂瓶中。2下列有关硝酸反应的叙述中，错误的是()A稀硝酸与铁反应，有氢气放出B浓硝酸跟铜反应，有二氧化氮气体放出C硝酸跟碳酸钠反应，有二氧化碳气体放出D硝酸受热时，有二氧化氮、氧气放出解析：选A稀硝酸与金属反应不产生H2，应生成硝酸盐、NO和H2O。3选用下列物质填空(填序号)：二氧化碳二氧化硫氮氧化物氟氯烃(1)会破坏臭氧层的物质是_。(2)过量会导致温室效应加剧的物质是_。(3)造成酸雨的物质是_。(4)导致光化学烟雾的物质是_。答案：(1)(2)(3)(4)4将浓HNO3与下列“物质(或方法)”的“反应情况”和“表现性质”用短线连接。解析：浓HNO3具有酸性能使指示剂变色，并能氧化指示剂。浓HNO3具有强氧化性，常温下使Fe、Al钝化，与Cu反应生成Cu(NO3)2，与非金属C加热生成CO2气体，但不能与Pt、Au反应。在加热或见光时易分解。答案：c，d、b、，fa，e 1常见反应分析(1)浓硝酸与Cu的反应若Cu过量，反应开始时浓硝酸的还原产物为NO2，但随着反应的进行，浓硝酸变成稀硝酸，其还原产物将为NO，最终应得到NO2与NO的混合气体，可利用守恒关系求解有关Cu、HNO3和混合气体的量，硝酸与其他金属(过量)反应的情况与此类似。(2)稀硝酸与铁的反应反应物量的关系HNO3过量Fe过量恰好反应产物Fe(NO3)3Fe(NO3)2Fe(NO3)3或Fe(NO3)2或二者的混合物2.常用解题技巧(1)原子守恒：n(HNO3)n(NO)n(还原产物中氮原子)(2)电子守恒：硝酸与金属反应属于氧化还原反应，N原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。(3)电荷守恒：Mn和H所带正电荷总数等于NO所带负电荷总数。特别提醒过量的金属与浓HNO3反应后，若向溶液中滴入稀H2SO4，引入的H与NO能与剩余的金属继续反应。1将1.92 g铜粉与一定量的浓硝酸反应，当铜粉完全反应时收集到气体1.12 L(标准状况下)。则所消耗硝酸的物质的量是()A0.12 molB0.11 molC0.09 mol D0.08 mol解析：选B铜与HNO3反应时，消耗的HNO3转变为Cu(NO3)2和氮的氧化物(NO2或NO)，根据氮原子守恒，其物质的量等于Cu(NO3)2、NO2或NO中氮原子之和。n(Cu)0.03 mol；n(气体)0.05 mol；所以共耗HNO3的物质的量n(HNO3)0.03 mol20.05 mol0.11 mol。23.2 g铜与过量硝酸(8 molL1,30 mL)充分反应，硝酸的还原产物为NO2和NO，反应后溶液中含a mol H，则此时溶液中所含NO的物质的量为()A(0.2a) mol B(0.1a) molC(0.05a) mol Da mol解析：选B反应后溶液中溶质有Cu(NO3)2和HNO3，n(NO)2n(Cu)n(H)(0.1a) mol。三级训练节节过关1下列现象的产生与人为排放大气污染物氮氧化物无关的是()A闪电B光化学烟雾C酸雨 D臭氧层空洞解析：选A闪电是自然现象；光化学烟雾与氮氧化物的排放有关；酸雨与二氧化硫和二氧化氮的排放有关；臭氧层空洞与氟利昂、氮氧化物的排放有关。2下列块状金属在常温时，能全部溶于足量的浓硝酸的是()AAu BCuCAl DFe解析：选BAu与浓硝酸不反应，Al、Fe在常温下遇浓硝酸钝化，不能全部溶解，Cu能与浓硝酸反应，能全部溶于足量的浓硝酸中。3下列反应中硝酸只表现氧化性的是()A灼热的炭与浓硝酸的反应BCu与稀硝酸的反应CFeO与稀硝酸的反应DFe(OH)3与硝酸的反应解析：选A灼热的炭与浓硝酸的反应中硝酸只作氧化剂；Cu与稀硝酸、FeO与稀硝酸的反应中硝酸既表现氧化性又表现酸性；Fe(OH)3与硝酸的反应中硝酸只表现酸性。4下列离子方程式正确的是()AZn与稀硝酸反应：Zn2H=Zn2H2BFe与过量稀硝酸反应：3Fe8H2NO=3Fe22NO4H2OC过量铁粉与稀硝酸反应：Fe4HNO=Fe3NO2H2ODCu与稀硝酸反应：3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O解析：选DA项，不产生H2；B项，应生成Fe3；C项，应生成Fe2。5将一定质量铁粉加入到装有100 mL某浓度的稀硝酸溶液中充分反应。容器中剩有m g的铁粉，收集到448 mL NO气体(标准状况)。(1)所得溶液中溶质的化学式是_；(2)原硝酸溶液的物质的量浓度为_ molL1。解析：因有铁粉剩余，故反应产物为Fe(NO3)2：8HNO3(稀)3Fe=3Fe(NO3)22NO4H2O8 mol44 800 mLn(HNO3)448 mLn(HNO3)0.08 mol，c(HNO3)0.8 molL1。答案：(1)Fe(NO3)2(2)0.81下列污染现象主要与NO2有关的是()A臭氧空洞B水体富营养化C光化学烟雾 D温室效应解析：选C引起污染的主要物质：臭氧空洞氟氯烃，水体富营养化含N、P、K物质，光化学烟雾NO、NO2，温室效应CO2。2关于硝酸的说法正确的是()A常温下，向浓硝酸中投入Fe片，不会产生大量的红棕色气体，没有反应发生B与金属反应时，稀硝酸可能被还原为更低价态，则稀硝酸氧化性强于浓硝酸C硝酸电离出的H，能被Zn、Fe等金属还原成H2D硝酸与金属反应时，是5价的氮得电子解析：选D常温下，浓硝酸使铁钝化，无红棕色气体产生，因表面生成致密的氧化膜而阻止了浓硝酸与铁的进一步反应，A错误；稀硝酸的氧化性比浓硝酸弱，不能根据氮元素化合价降低的多少判断，B错误；硝酸能电离出H，有酸的通性，但与金属反应不产生H2，此时是5价氮原子得电子，C错误，D正确。3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解析：选B硝酸是氧化性酸，浓、稀硝酸均有氧化性，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；铁或铝遇冷浓硝酸钝化，故可用铁或铝质容器盛装浓硝酸，D正确。4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)2C与Na2CO3反应放出CO2气体，生成NaNO3D与硫单质混合共热时生成H2SO4和NO2解析：选B在A、C两项中HNO3使指示剂变色、与弱酸盐反应均表现酸性；在B、D两项中HNO3中氮元素的化合价均降低表现出氧化性，并且B项反应中又有Cu(NO3)2和水生成，说明此反应中HNO3还表现出酸性，D项只表现出氧化性。5将硝酸分解产生的气体收集于试管内然后倒立于水槽中，一段时间后试管内(假设没有空气混入)()A剩余NO B剩余O2C剩余NO2 D不剩余气体解析：选D4HNO34NO2O22H2O，将所得气体收集于试管内倒立于水槽中时，4NO2O22H2O=4HNO3，又全部转化为HNO3，无气体剩余。60.3 mol Cu和含1.2 mol HNO3的浓硝酸，充分反应后，生成NO2的量为()A0.2 mol B0.6 molC小于0.6 mol D大于0.6 mol解析：选C因铜与浓硝酸反应：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O，随着反应的进行，浓硝酸变稀，稀硝酸与铜反应：3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O，所以放出的NO2小于0.6 mol。7将a g纯铜片投入足量的一定浓度的硝酸中，反应后消耗的HNO3为b g。若ab821，则反应中起酸性作用的硝酸的质量为()Ab/2 g B2b gC3a/4 g D3b/4 g解析：选DCu与HNO3的质量比为821，则二者的物质的量之比n(Cu)n(HNO3)38。设有3 mol Cu参加反应，生成3 mol Cu(NO3)2，则起酸性作用的HNO3为6 mol，占HNO3总物质的量的，故选D。8如图表示Cu与HNO3反应的量的关系，问哪一点表示铜与稀HNO3反应中被还原的HNO3与Cu的量的关系()解析：选ACu与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu8HNO3=3Cu(NO3)22NO4H2O，由方程式可知参加反应的硝酸只有被还原，故被还原的HNO3与Cu的关系为：3Cu2HNO3(还原)，A正确。9写出下列反应的化学方程式，若为氧化还原反应，请标出电子转移的方向与数目；若为离子反应，请写出离子方程式。(1)铜与稀硝酸反应。(2)铜与浓硝酸反应。(3)氨与稀硝酸反应。(4)碳与浓硝酸反应。(5)碳酸钡与稀硝酸反应。答案：(1)3Cu8HN6eO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2OCu4H2NO=Cu22NO22H2O(3)NH3HNO3=NH4NO3NH3H=NHC4H4NOCO24NO22H2O(5)BaCO32HNO3=Ba(NO3)2CO2H2OBaCO32H=Ba2CO2H2O10.某兴趣小组设计出如图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应”的实验，以探究化学实验的绿色化。(1)实验前，关闭活塞b，向试管d中加水至浸没长导管口，塞紧试管c和d的塞子，加热c，其目的是_。(2)在d中加适量NaOH溶液，c中放一小块铜片，由分液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸，c中发生反应的化学方程式是_；再由a向c中加入2 mL蒸馏水，c中的实验现象是_。(3)下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案的是_(填“甲”、“乙”或“丙”)，理由是_。方案反应物甲Cu、浓HNO3乙Cu、稀HNO3丙Cu、O2、稀HNO3解析：(1)关闭活塞b，向试管d中加水浸没长导管口，则封住了一部分气体，再加热c则使其内部压强变大，由此可知目的是检验装置的气密性。(2)c中放一小块铜片，由分液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸时发生反应：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O；若再由a向c中加2 mL蒸馏水，硝酸的浓度变小，所以反应变缓，产生的气体以NO为主，故气体颜色变浅。(3)甲方案制取硝酸铜的化学方程式为Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O，乙方案制取硝酸铜的化学方程式为3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O，丙方案制取硝酸铜的化学方程式为2CuO24HNO3=2Cu(NO3)22H2O。比较这三种方案的化学方程式可以发现制取1 mol Cu(NO3)2时，三者消耗硝酸的物质的量分别为4 mol、 mol、2 mol，丙方案消耗的硝酸的量最少，且不产生污染，故方案丙最能体现绿色化学理念。答案：(1)检查装置气密性(2)Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O反应变缓，气体颜色变浅(3)丙耗酸量最少，无污染1有关硝酸化学性质的叙述中，正确的是()A硝酸能与Na2CO3、Na2S、Na2SO3等盐反应，产生CO2、H2S和SO2B硝酸与FeO反应生成Fe(NO3)2和水，与Fe反应生成Fe(NO3)2和H2C浓硝酸、稀硝酸都只能使蓝色石蕊试纸变红D浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而使之呈黄色解析：选DHNO3具有强氧化性，与Na2S、Na2SO3反应生成Na2SO4，与FeO反应生成Fe(NO3)3，与Fe反应不产生H2，A、B不正确；浓硝酸使石蕊试纸先变红后退色，C不正确；HNO3不稳定，分解生成的NO2溶于浓硝酸中而使之呈黄色，D正确。2将铜粉放入稀硫酸中，加热无明显现象发生，当加入下列一种物质后，铜粉的质量减小，溶液呈蓝色， 同时有气体逸出，该物质是()AFe2(SO4)3 BNa2SO4CKNO3 DFeSO4解析：选C“溶液呈蓝色”说明铜被氧化生成Cu2，在原稀硫酸中已含有H，加入Fe3后，虽然也可以氧化Cu，但此时并没有气体放出，若加入KNO3其电离产生NO，溶液中又有H2SO4电离的H，相当于Cu在稀硝酸的环境中，会被氧化并放出NO气体。3将相同质量的铜分别与过量浓硝酸、稀硝酸反应，下列叙述正确的是()A生成气泡快慢：两者相同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，后者少解析：选B浓硝酸与Cu反应生成NO2：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O，反应剧烈，稀硝酸与Cu反应生成NO：3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O，反应缓慢，反应中Cu的质量相同，转移的电子数相同。4将红热的木炭与浓硝酸共热产生的气体等分为和两份，第份先通过适量蒸馏水，再通入少量澄清石灰水中；第份直接通入少量澄清石灰水中。则石灰水的变化最可能为()A不变浑浊，变乳白色B变乳白色，不变浑浊C变乳白色，变乳白色D不变浑浊，不变浑浊解析：选B木炭与浓硝酸反应产生CO2和NO2的混合气体，而NO2可与水反应生成硝酸，故将混合气体直接通入少量澄清石灰水中，会产生Ca(NO3)2溶液，难以得到CaCO3沉淀；将混合气体先通过适量蒸馏水，NO2与水反应生成硝酸和NO，NO和CO2的混合气体再通入少量澄清石灰水中会产生CaCO3沉淀。5一定质量的铜分别与足量的稀硝酸和浓硝酸完全反应，在相同条件下用排水法收集反应产生的气体，下列叙述正确的是()A硝酸浓度越大，硝酸被还原之后的生成物的价态越低，对应的硝酸的氧化性越弱B硝酸浓度不同，生成Cu(NO3)2的物质的量不同C硝酸浓度越大，产生的气体越少D两者用排水法收集到的气体体积相等解析：选D硝酸的浓度越大氧化性越强，故A错误；等量的Cu与酸反应，生成Cu(NO3)2的物质的量相同，故B错误；等量的Cu与酸反应，浓硝酸反应生成气体多，故C错误；因3NO2H2O=2HNO3NO，最终收集气体均为NO，由电子守恒可知，收集NO的体积相等，故D正确。69.7 g Cu和Zn的合金与足量的稀硝酸反应，还原产物只有NO气体，其体积在标准状况下为2.24 L。将溶液稀释为1 L，测得溶液中的c(H)0.1 molL1，此时溶液中NO的浓度为()A0.3 molL1 B0.4 molL1C0.2 molL1 D0.6 molL1解析：选Bn(NO)0.1 mol，转移电子的物质的量为0.1 mol30.3 mol，因1 mol Cu或Zn与硝酸反应失去2 mol电子，可知：n(CuZn)0.3 mol20.15 mol，nCu(NO3)2nZn(NO3)20.15 mol，其中所含n(NO)0.3 mol，溶液中c(HNO3)c(H)0.1 molL1，其中含n(NO)0.1 mol，溶液中NO的总浓度为0.4 molL1。7足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和NO2、NO的混合气体，这些气体与1.68 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5 molL1NaOH溶液至Cu2恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是()A60 mL B45 mLC30 mL D15 mL解析：选A由题意分析反应过程中的转化关系：HNO3NO2、NOHNO3由此可知Cu失去的电子总数等于O2得到的电子总数，2CuO2，则n(Cu)2n(O2)0.15 mol。根据Cu22NaOH得n(NaOH)2n(Cu)，故V(NaOH)0.06 L60 mL。80.03 mol Cu投入一定量的浓硝酸中，Cu完全溶解，生成气体的颜色越来越浅，共收集到标准状况下672 mL气体，将盛有此气体的容器倒扣在盛满水的水槽中，通入标准状况下一定体积的O2，恰好使气体完全溶于水，则通入O2的体积为()A504 mL B336 mLC224 mL D168 mL解析：选B根据得失电子守恒，Cu失去的电子数等于HNO3生成氮氧化物得到的电子数，氮氧化物和O2反应，氮氧化物失去的电子数等于O2得到的电子数，故0.03 mol Cu失去的电子数等于O2得到的电子数，所以O2的体积为0.03 mol2422.4 Lmol10.336 L336 mL。9在50 mL a molL1的硝酸中加入6.4 g Cu，Cu全部溶解，假设硝酸的还原产物只有NO2和NO，将反应后的溶液用蒸馏水稀释至100 mL时测得溶液中c(NO)3 molL1。(1)稀释后的溶液中c(H)_。(2)若a9，则生成的气体中NO2的物质的量为_ mol。(3)治理氮氧化物污染的方法之一是用NaOH溶液进行吸收，反应原理如下：NO2NO2NaOH=2NaNO2H2O2NO22NaOH=NaNO2NaNO3H2O若将上述NO2和NO的混合气体通入1 molL1的NaOH溶液中，气体恰好被吸收，则NaOH溶液的体积为_mL。解析：(1)根据元素守恒，6.4 g(0.1 mol)Cu完全反应生成0.1 mol Cu(NO3)2，Cu(NO3)2中的n(NO)0.2 mol，反应后的溶液中n(NO)为0.3 mol，则剩余0.1 mol HNO3，c(H)0.1 mol/0.1 L1 molL1。(2)a9，即n(HNO3)0.45 mol，反应中被还原生成NO2和NO的硝酸的物质的量为0.45 mol0.2 mol0.1 mol0.15 mol，设生成的NO2为x mol，NO为y mol，则有：xy