2022-2023学年新教材高中化学第3章物质的性质与转化第3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课件鲁科版必修第一册

1、第3课时硝酸人类活动对氮循环和环境的影响第3章内容索引0102基础落实必备知识全过关重难探究能力素养全提升03学以致用随堂检测全达标素养目标1.通过对浓硝酸性质的学习,认识一氧化氮、二氧化氮、硝酸的物理性质和化学性质以及典型的实验现象,能书写主要反应的化学方程式,知道它们的主要应用,建立变化观念与平衡思想。2.通过了解人类活动对氮循环的影响,了解酸雨、光化学烟雾和水体富营养化等环境问题的危害以及如何减少氮氧化物的排放,树立环境保护的意识,同时知道常见氮的化合物在实验室中的安全使用注意事项,培养科学态度与社会责任。素养目标3.从氮元素价态、物质类别角度构建氮及其化合物的转化关系,并能够应用其分析

2、解释实验现象及物质的保存、检验、分离等问题;能够预测陌生的含有氮元素物质的性质、反应或实验现象,设计方案制备含有氮元素的物质和研究它们的性质,培养科学探究与创新意识。课前篇 素养初探自主梳理一、硝酸1.物理性质纯净的硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体,熔点为-42 ,沸点为83 ,密度为1.5 gcm-3。通常市售硝酸中HNO3的质量分数为68%70%,密度约为1.42 gcm-3。HNO3的质量分数为95%以上的浓硝酸在空气中由于挥发出硝酸蒸气会产生发烟现象,通常叫作发烟硝酸。2.化学性质 (1)酸的通性:电离方程式为HNO3=H+N 。硝酸能使酸碱指示剂发生颜色变化,能与金属、碱、碱性

3、氧化物等反应。(2)不稳定性。浓硝酸受热或见光分解,化学方程式为4HNO3 4NO2+O2+2H2O。(3)强氧化性。3.用途硝酸是一种重要的化工原料,可用于制造炸药、染料、塑料和硝酸盐等。在实验室里,硝酸是一种重要的化学试剂。【微思考1】为什么浓硝酸一般呈黄色?如何消除其黄色?提示 纯硝酸为无色液体,由于HNO3分解产生的NO2又溶于其中,故浓硝酸一般呈黄色;向浓硝酸中通入O2,可以消除其黄色。二、人类活动对氮循环和环境的影响1.含氮物质的来源及其危害2.减少人类活动对氮循环和环境影响的措施(1)控制进入大气、土壤和水体中含有氮元素的物质的量。(2)增强生态系统对含有氮元素的物质的吸收能力。

4、【微思考2】氮氧化物对环境的污染有哪些?提示 常见的污染类型(1)光化学烟雾:NOx在紫外线作用下,与碳氢化合物发生一系列光化学反应,产生一种有毒的烟雾。(2)酸雨:NOx排入大气中后,与水反应生成HNO3和HNO2,随雨雪降到地面。(3)破坏臭氧层:NO2可使平流层中的臭氧减少,导致地面紫外线辐射量增加。(4)NO与血红蛋白结合使人中毒。自我检测判断下列说法是否正确,正确的画“”,错误的画“”。1.硝酸可与活泼金属反应生成盐和氢气。()2.浓硝酸显黄色是因为含有NO2。()3.硝酸与木炭的反应既表现出氧化性又表现出酸性。()4.硝酸与金属反应时,主要是+5价的氮得电子。()5.浓硝酸与浓盐酸

5、按31的体积比所得的混合物叫王水。()6.常温下,向浓硝酸中投入铁片,会产生大量的红棕色气体。() 重难探究能力素养全提升探究1硝酸的氧化性问题探究硝酸与铜反应时,体现了硝酸的哪些性质? 提示 体现了硝酸的氧化性和酸性。硝酸被还原成氮的氧化物体现了氧化性,与金属结合成硝酸盐体现了硝酸的酸性。归纳拓展浓硝酸和稀硝酸均具有强氧化性,主要是由于硝酸中的+5价的氮元素具有很强的得电子能力。其主要表现为能将大多数金属(除Au、Pt之外)溶解、能与很多非金属反应以及与某些还原性化合物发生反应。1.浓硝酸(1)与金属单质反应。浓硝酸与金属反应生成的气体主要是NO2。与不活泼金属单质反应:2HNO3(浓)+A

6、g=AgNO3+NO2+H2O4HNO3(浓)+Cu=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O铁和铝常温下遇浓硝酸钝化,钝化是化学变化。(2)与非金属单质反应。浓硝酸在加热条件下能与非金属单质反应,本身被还原为NO2,非金属单质一般被氧化成氧化物或酸。C+4HNO3(浓) CO2+4NO2+2H2OS+6HNO3(浓) H2SO4+6NO2+2H2O2.稀硝酸稀硝酸常温下与绝大多数金属单质反应生成的气体主要是NO,不产生氢气。(1)稀硝酸与铜反应。8HNO3(稀)+3Cu=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O(2)稀硝酸与铁反应。 反应物量的关系HNO3过量Fe过量恰好反应产物Fe(NO3)3Fe

7、(NO3)2Fe(NO3)3或Fe(NO3)2或二者的混合物应用体验【例1】足量铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、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,所有气体恰好完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5 molL-1 NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,则消耗NaOH溶液的体积是()A.60 mLB.45 mLC.30 mLD.15 mL答案 A 方法点拨守恒法突破硝酸与金属反应的计算题(1)思维模型。 (2)计算中守恒思想的应用。 原子守恒法HNO3与金属反应时,一部分HNO3起酸的作用,以N 的形式存在于溶液中,一部分作为氧

8、化剂转化为还原产物,这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3的物质的量得失电子守恒法HNO3与金属的反应属于氧化还原反应,HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量电荷守恒法HNO3过量时反应后溶液中不考虑OH-,则有:c(N )=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)离子方程式计算法金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时,由于生成的硝酸盐中的N 在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属反应,因此此类题目应用离子方程式来计算,先作过量判断,然后根据完全反应的金属或H+或N 进行计算,且溶液中符合电荷守恒规律变式训练1(2021山东威海高一期末)向27.2 g

9、 Cu和Cu2O的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.5 L,固体物质完全反应生成NO和Cu(NO3)2。在所得溶液中加入1.0 L 1.0 molL-1的NaOH溶液,反应后金属离子恰好完全沉淀,沉淀的质量为39.2 g。下列有关说法不正确的是()A.Cu与Cu2O的物质的量之比为21B.硝酸的物质的量浓度为2.6 molL-1C.产生的NO在标准状况下的体积为4.48 LD.Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3为0.2 mol答案 B 解析 设Cu和Cu2O的物质的量分别为x、y,最后得到的39.2 g沉淀为Cu(OH)2,则有64 gmol-1 x+144 gmol-1 y=27.2 g,(

10、x+2y)98 gmol-1=39.2 g,联立两式解得:x=0.2 mol,y=0.1 mol,故Cu与Cu2O的物质的量之比为0.2 mol0.1 mol= 21,A正确;据Cu原子守恒可知反应生成Cu(NO3)2的物质的量为0.2 mol+0.1 mol2=0.4 mol,反应中失电子的总物质的量为0.2 mol2+0.2mol1=0.6 mol,据得失电子守恒推知,反应生成的NO为0.2 mol,在标准状况下的体积为0.2 mol22.4 Lmol-1=4.48 L,C正确;金属离子恰好沉淀时,溶液中溶质为NaNO3,则原硝酸溶液中n(HNO3)=n(NaNO3)+n(NO)=1.0

11、molL-11.0 L+0.2 mol=1.2 mol,故c(HNO3)= =2.4 molL-1,B错误;结合N原子守恒可知,Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3为n(NaNO3)-2nCu(NO3)2=1.0 mol-20.4 mol =0.2 mol,D正确。探究2人类活动对氮循环和环境的影响问题探究水体中氮元素的来源主要有哪些?有什么危害?提示 水体中的氮元素主要来源于工业废水、生活污水、农田灌溉以及水产养殖所投入的饵料和肥料等。水体中富含氮元素会导致水体富营养化,从而造成“赤潮”和“水华”。归纳拓展1.主要环境污染 污染类型具体表现主要物质或原因酸雨SO2、氮氧化物光化学烟雾氮氧化

12、物、碳氢化合物臭氧空洞氟氯代烷、碳氢化合物温室效应CO2、CH4等雾霾SO2、氮氧化物、颗粒物(PM), 颗粒物是加重雾霾天气的主要原因污染类型具体表现主要物质或原因室内空气污染家用燃料的燃烧,烹调,吸烟产生的CO、CO2、NO、NO2、SO2等,各种建筑材料和装饰材料释放出的甲醛、苯等有机物造成的污染水体污染重金属污染重金属Hg、Cd、Pb、Cr等的离子进入水中形成的污染,主要来自化工、冶金、电子、电镀等排放的工业废水植物营养物质污染(如赤潮)进入水中腐烂的含蛋白质的物质、含磷洗涤剂及大量使用磷肥造成的水体富营养化,主要来源于工、农业生产及城市生活污水的任意排放2.绿色化学 应用体验【例2】

13、下列说法错误的是()A.氮的氧化物是汽车尾气中的主要污染物之一B.氮的氧化物既可形成酸雨,又是光化学污染的主要成分C.化石燃料的燃烧是造成空气中二氧化硫含量增多的主要因素D.酸雨在空气中静置一段时间后,雨水的酸性会慢慢减弱答案 D解析 氮的氧化物是汽车尾气中的主要污染物之一,A正确;氮的氧化物既可形成酸雨,又是光化学污染的主要成分,B正确;化石燃料中含有硫元素,因此化石燃料的燃烧是造成空气中二氧化硫含量增多的主要因素,C正确;酸雨中的亚硫酸极易被氧化生成强酸硫酸,因此酸雨在空气中静置一段时间后,雨水的酸性会慢慢增强,D不正确。变式训练2下列因果关系不正确的是() 选项原因结果A大量植树造林温室

14、效应BSO2和NO2气体的大量排放酸雨C含氮、磷等生活废水的大量排放水华、赤潮D汽车尾气的大量排放光化学烟雾答案 A解析 植物的光合作用会吸收二氧化碳,大量植树造林不会导致温室效应,A错误;SO2和NO2气体大量排放,最终会转变成硫酸和硝酸,形成酸雨,B正确;氮、磷是植物的营养元素,含氮、磷等生活废水的大量排放,会导致水体富营养化,藻类疯长,引发水华、赤潮;C正确;汽车尾气的大量排放,会产生氮氧化物,从而造成光化学烟雾,D正确。学以致用随堂检测全达标 1.关于硝酸的说法正确的是()A.硝酸电离出的H+,能被Zn还原成H2B.常温下,向浓硝酸中投入Fe片,会产生大量的红棕色气体C.向装有Fe(N

15、O3)2溶液的试管中加入稀硫酸,可在管口观察到红棕色气体D.过量的Fe粉与稀硝酸充分反应后,滴入KSCN溶液,溶液呈红色答案 C 解析 稀硝酸与Zn反应生成氮氧化物等,不生成H2,A错误;常温下Fe、Al等金属在浓硝酸中钝化,不生成NO2气体,B错误;向Fe(NO3)2溶液中加入稀硫酸,Fe2+、N 及H+反应可生成NO,NO与O2反应可生成NO2,C正确;过量Fe与稀硝酸反应生成Fe(NO3)2,再加入KSCN溶液不变色,D错误。2.下列块状金属在常温时,能全部溶于足量的浓硝酸的是()A.AuB.CuC.AlD.Fe答案 B解析 Au与浓硝酸不反应,Al、Fe在常温下遇浓硝酸钝化,不能全部溶

16、解,Cu能与浓硝酸反应,能全部溶于足量的浓硝酸中。3.下列说法不正确的是()A.HNO3NONO2,以上各步变化均能通过一步实验完成B.在稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶解,再加入Cu(NO3)2固体,铜粉可溶解C.某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,该气体的水溶液不一定显碱性D.铜与稀硝酸反应的离子方程式为3Cu+8H+2N =3Cu2+2NO+4H2O答案 C解析 硝酸被还原生成NO,NO被氧化生成NO2,所以HNO3NONO2中各步变化均能通过一步实验完成,故A正确;在稀硫酸中加入铜粉,铜粉不溶解,再加入Cu(NO3)2固体,在酸性溶液中硝酸根具有强氧化性,此时的铜粉被氧化而溶解,故B正确;某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,该气体的水溶液一定显碱性,故C错误;铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮气体和水,离子方程式为3Cu+8H+2 =