《测定雨水的pH》课件

《测定雨水的pH》【研究目的】酸雨对环境危害巨大，人们已经采取多种措施来防治酸雨。通过以下活动了解测定雨水pH的方法，认识酸雨的危害，激发保护环境的紧迫感。【材料阅读】材料一酸雨的概念酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水，其酸度可能高出正常雨水100倍以上。常温下二氧化硫溶于水生成亚硫酸，其酸性强于碳酸。材料二酸雨的形成酸雨形成是一种复杂的大气化学和物理现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸，绝大部分是硫酸和硝酸，多数情况下以硫酸为主。造成酸雨的罪魁祸首是由于化石燃料燃烧所产生的二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、工业加工和矿石冶炼过程产生的二氧化硫转化而成的。其形成的化学反应可以随雨雪的形成或降落而发生，也可以在空气中发生反应被降水吸收形成酸雨，可以是当地排放的，也可以是从远处迁移来的。煤和石油燃烧以及金属冶炼等释放到大气中的SO2通过气相或液相反应生成硫酸。高温燃烧生成一氧化氮(NO)，排入大气后大部分转化为二氧化氮(NO2)，遇水生成硝酸和亚硝酸。概括起来，酸雨的形成必须具备以下几个条件：可产生污染源；有利的气候条件，使其发生反应和变化；大气中的碱性物质浓度较低，对酸性降水的缓冲能力很弱；容易受到酸雨影响或损害的接受体。材料三酸雨的危害近年来，由于二氧化硫和氮氧化物的排放量日渐增多，酸雨的问题越来越突出。主要的危害有：(1)酸雨可导致土壤酸化。(2)酸雨能诱发植物病虫害，使农作物大幅度减产。大豆、蔬菜也容易受酸雨危害，导致蛋白质含量和产量下降。(3)酸雨能使非金属建筑材料(混凝土、砂浆和灰砂砖)表面硬化水泥溶解，出现空洞和裂缝，导致强度降低，从而损坏建筑物。材料四酸雨的预防和治理方法目前世界上减少二氧化硫排放量的主要措施有：(1)原煤脱硫技术，可以除去燃煤中大约40%～60%的无机硫。(2)优先使用低硫燃料，如含硫较低的低硫煤和天然气等。(3)改进燃煤技术，减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如，液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。(4)对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。目前主要用石灰法，可以除去烟气中85%～90%的二氧化硫气体。(5)开发新能源，如太阳能，风能，核能，可燃冰等。【实验器材】pH试纸，标准比色卡，pH计，收集的雨水，自来水，烧杯，玻璃棒【实验步骤】(1)分别收集甲、乙两地刚下雨和下雨快结束时的雨水备用(2)用pH试纸粗略测定雨水的pH用玻璃棒蘸取收集的雨水并涂在pH试纸上，观察试纸颜色的变化，并与标准比色卡对比，记录数据。(3)精确测定收集的雨水放置过程中pH的变化将收集的雨水倒入烧杯，把pH计的电极端浸入烧杯内，读取pH计所显示的示数，用水清洗玻璃电极，重复3次，求其平均值。雨样刚开始下雨时雨样的pH雨快结束时雨样的pH时间/小时02460246测试点甲5.224.914.734.725.365.084.924.90测试点乙4.814.624.534.525.064.874.644.62【思考提升】(1)通过上述数据判断此次降雨甲、乙两地是否为酸雨，哪个地区酸雨更严重。(2)分析放置过程中雨水pH变化的原因。答案

均为酸雨，乙更严重。因为两地雨水pH均小于5.6，乙地pH更小。(3)分析开始下雨和雨快结束时pH不同的原因。答案雨快结束时收集的雨水pH略大于刚开始下雨时收集的雨水pH。因为刚开始下雨时会溶解较多的二氧化硫，二氧化硫与水反应产生的亚硫酸浓度较大，电离出的氢离子浓度也相应较大。1.如图为某城市某日空气质量报告内容。(1)该日空气首要污染物是什么？对人体健康是否有影响？答案PM10；PM10会影响人体健康。理解应用解析

首要污染物是指污染最重的污染物，根据空气质量报告，PM10数值最大，所以该日空气首要污染物是PM10；PM10指的是环境空气中尘埃在10μm以下的颗粒物，PM10会影响人体健康。(2)该日空气质量属于哪个等级？(3)该市的污染物NO2、CO主要来源于哪里？主要的危害有哪些？答案该日空气质量指数为79，空气质量等级属于良。答案机动车尾气中含有NO2、CO；NO2、CO直接影响人体健康，会引起光化学烟雾、酸雨等。解析

该日空气质量指数为79，空气质量等级属于良。解析

机动车尾气中含有NO2、CO；NO2、CO直接影响人体健康，会引起光化学烟雾、酸雨等。(4)该市SO2的指数很小，他们是如何减少燃煤中SO2的排放的？答案向燃煤中加入石灰石或生石灰。解析

向燃煤中加入石灰石或生石灰可以有效控制SO2的排放。2.某地区经常有酸雨降落，为粗略测定空气中SO2的含量，某学习小组设计了如图所示的实验装置进行实验。【资料】①室温下，碘的溶解度为0.029g。②我国空气质量标准中SO2浓度限值(mg·m－3)如表。一级标准二级标准三级标准≤0.15≤0.50≤0.70③SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI。①检查装置气密性。②向C装置中加入1.0mL溶质质量分数为1.27×10－6g·mL－1的碘水(ρ≈1.0g·mL－1)，滴入2～3滴淀粉溶液。③打开弹簧夹________(填“a”或“b”)，关闭另一个弹簧夹，抽拉注射器吸取500mL空气，再开、闭相应弹簧夹，缓缓将气体推入C装置，重复上述操作多次。当C中溶液颜色_______时，停止推动注射器的活塞。④实验数据处理。【实验步骤】(2)如何检查装置气密性？(1)完善步骤③的内容。答案b由蓝色变成无色答案关闭弹簧夹b，打开弹簧夹a，将注射器活塞从右向左推，如果A中得到水的体积等于注射器活塞推动的体积，说明装置的气密性良好。答案无影响。(3)实验时，C装置中原有蒸馏水对实验有无影响？(4)实验中哪些因素会使测定结果偏低？答案推动注射器活塞速率太快或抽取空气时，未抽满500mL(答案合理即可)。答案酸性KMnO4溶液、溴水(答案合理即可)。(5)可以采用什么试剂代替C装置中碘的淀粉溶液？解析推动注射器活塞速率太快，会导致二氧化硫不能完全反应，从而导致计算的结果偏低；抽取空气时，未抽满500mL，会导致计算的二氧化硫质量偏小，从而导致计算的结果偏低。解析二氧化硫能使酸性KMnO4溶液、溴水褪色，因此能用酸性KMnO4溶液、溴水代替碘水。(6)该小组在同一地点进行了3次实验，推动活塞次数记录如表(每次抽气为500mL)。进行3次实验的目的是什么？实验序号123推动次数192021答案取平均值，使测定结果更准确。任务一硝酸的强氧化性【问题探究】实验室利用具支试管进行浓、稀硝酸与铜的反应实验,装置如图所示:1.浓硝酸、稀硝酸与铜反应时,分别产生哪些实验现象?反应的剧烈程度是否相同?提示

浓硝酸与铜反应时,试管内产生大量红棕色气体,溶液逐渐变绿,铜丝逐渐变细;稀硝酸与铜反应时,试管内产生少量无色气体,气体在试管上部变为红棕色,溶液逐渐变蓝,铜丝逐渐变细。铜与浓硝酸反应更剧烈。2.浓、稀硝酸分别与铜反应时,产生不同的现象。请结合实验条件差别,分析产生不同现象的原因。提示

浓硝酸中HNO3的浓度大于稀硝酸,浓硝酸在常温下能与铜迅速反应,生成红棕色的NO2气体,Cu(NO3)2溶液显蓝色,当溶液中溶解较多NO2时,混合溶液显绿色;稀硝酸与铜在常温下缓慢反应,生成无色的NO气体,随着反应进行,溶液温度升高,反应又会变快,NO与少量O2反应生成红棕色的NO2,Cu(NO3)2溶液显蓝色。3.通过上述对比实验,你得出什么结论?提示

硝酸的浓度越大,其氧化性越强,与铜反应时,反应更迅速。【深化拓展】硝酸的强氧化性1.规律(1)硝酸的浓度越大,反应温度越高,其氧化性越强。(2)硝酸作氧化剂的反应中,还原剂一般被氧化成最高价态。2.表现(1)硝酸与金属的反应①除Au、Pt等少数金属外,硝酸几乎可以氧化其他所有的金属。②活泼金属与HNO3反应不生成H2,HNO3的浓度不同,还原产物不同。③常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化,但加热时可以彻底反应。(2)硝酸与非金属的反应反应规律:非金属单质+浓硝酸→该非金属元素最高价氧化物或高价含氧酸+NO2↑+H2O。(3)硝酸与还原性化合物的反应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HI、HBr、SO2、FeO、Fe2+、Br-、I-、S2-、

等均能被HNO3氧化。(4)硝酸与铁的反应当硝酸过量时,生成Fe(NO3)3;当铁过量时,生成Fe(NO3)2。【素能应用】典例1某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO,设计了如下实验方案。(1)甲同学设计如图实验(实验过程中玻璃塞为打开状态)。①组装好装置并检验气密性后,如何加入稀硝酸?

。

②如何控制反应的进行?

。

③如何验证产生的气体为NO?

。

(2)乙同学设计了如图实验(加热装置和固定装置均已略去)。图中K为止水夹(处于关闭状态),F是存有空气的注射器。①设计装置A的目的是

。

②装置E和F的作用是

。为实现此作用,操作是

。

③装置D的作用是

。

答案

(1)①打开活塞,加入稀硝酸至液面a处②通过关闭或开启活塞可以控制反应的进行③反应开始后,胶塞下方有无色气体生成,打开活塞,分液漏斗中气体变为红棕色,证明反应产生的气体为NO(2)①产生CO2,赶走装置中的空气,防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰②验证NO的生成将注射器中的空气推入E中,若气体变为红棕色,则说明反应生成了NO③吸收多余的氮氧化物,防止污染空气,防止倒吸解析

(1)①打开活塞使左右大气相通,加入稀硝酸,液面才能达到a处。②关闭或开启活塞能控制U形管内产生气体的压强,当关闭活塞时,左侧压强增大,能使铜和稀硝酸分离从而停止反应。③一氧化氮是无色气体,如要证明反应产生的气体是一氧化氮,需要将活塞打开,使空气进入分液漏斗中,分液漏斗中气体变为红棕色,则证明反应所产生的气体是一氧化氮。(2)①装置中含有空气,对NO的检验有干扰,A产生的CO2可以排除装置中的空气。②将注射器F中的空气推入E中,若气体变为红棕色,则说明反应生成了NO。③氮氧化物是大气污染物,可用氢氧化钠溶液吸收,干燥管可以防止倒吸。【变式设问】乙同学设计实验若缺少装置A,对实验结果是否产生影响?为什么?提示

是;缺少装置A,整个装置中有空气,会影响铜与稀硝酸反应产生的NO的检验。变式训练1(2021天津部分区高一期末)某学习小组为研究铜与浓硝酸、稀硝酸反应的差异,设计了如图所示的实验装置。下列说法不正确的是(

)A.反应开始前通入过量的CO2气体,目的是排除装置内的空气B.A中反应的离子方程式:Cu+2+4H+===Cu2++2NO2↑+2H2OC.当B中0.03mol铜粉被氧化时,B中产生的NO气体大于0.02molD.C装置中装入一定量的水进行尾气处理答案

D任务二硝酸与金属反应的有关计算【问题探究】1.38.4gCu与足量的浓硝酸反应,铜全部反应后,收集到的气体在标准状况下的体积是多少?提示

浓硝酸在反应中被还原为NO2,Cu被氧化为Cu2+,反应中Cu失去电子

×2=1.2

mol,所以硝酸在反应中得到电子1.2

mol,生成NO2的物质的量为1.2

mol,在标准状况下的体积为1.2

mol×22.4

L·mol-1=26.88

L。2.上述反应中,参与反应的硝酸的总物质的量是多少?提示

参与反应的硝酸一部分被还原为NO2,一部分以

的形式与Cu2+结合成Cu(NO3)2,参与反应的硝酸的总物质的量=被还原成NO2的物质的量+与Cu2+结合的

的物质的量=1.2

mol+1.2

mol=2.4

mol。3.38.4gCu与一定量的浓硝酸反应,铜全部反应完后,收集到的气体在标准状况下的体积为17.92L,计算混合气体中NO2和NO的物质的量。【深化拓展】1.硝酸与金属反应的计算方法(1)电子守恒:硝酸与金属反应属于氧化还原反应,氮原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。生成1molNO2、NO、N2O、N2、NH4NO3分别得到1mol、3mol、8mol、10mol、8mol电子。(2)原子守恒:HNO3与金属反应时,一部分以

的形式存在,一部分转化为还原产物,这两部分中氮原子的物质的量之和与反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量相等。2.硝酸与金属反应的计算技巧(1)如果金属被HNO3溶解后,产生的NOx气体(NO2、NO)与O2充分混合后又用H2O恰好完全吸收,则金属失去的电子数等于消耗的O2得到的电子数。(2)如果金属被HNO3溶解后,再向溶液中滴加NaOH溶液使金属阳离子恰好完全沉淀,则金属失去电子的物质的量等于HNO3得到电子的物质的量,也等于生成氢氧化物时消耗的OH-的物质的量,因此,m(沉淀)=m(金属)+m(OH-)=m(金属)+n(e-)×17g·mol-1[因为MMn+,Mn+M(OH)n]。规律方法

解答有关金属与硝酸反应的思维流程

【素能应用】典例2将32.64g铜与140mL一定浓度的硝酸溶液反应,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)待产生的气体全部逸出后,向溶液中加入VmLamol·L-1的NaOH溶液,恰好使溶液中的Cu2+全部转化成沉淀,则原HNO3溶液的浓度为

mol·L-1。

(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H2O2溶液

g。

解析

(1)设生成NO的物质的量为x,NO2的物质的量为y。解得x=0.26

mol,y=0.24

mol;V(NO)=0.26

mol×22.4

L·mol-1=5.824

L;V(NO2)=0.24

mol×22.4

L·mol-1=5.376

L。变式训练2(2021山东威海高一期末)向27.2gCu和Cu2O的混合物中加入某浓度的稀硝酸0.5L,固体物质完全反应,生成NO和Cu(NO3)2。在所得溶液中加入1.0mol·L-1的NaOH溶液1.0L,此时溶液呈中性,金属离子已完全沉淀,沉淀质量为39.2g。下列有关说法不正确的是(

)A.Cu与Cu2O的物质的量之比为2∶1B.硝酸的物质的量浓度为2.6mol·L-1C.产生的NO在标准状况下的体积为4.48LD.Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3为0.2mol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

g·mol-1x+144

g·mol-1y=27.2

g,(x+2y)×98

g·mol-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

mol∶0.1

mol=2∶1,A正确;据铜原子守恒可知反应生成Cu(NO3)2的物质的量为0.2

mol+0.1

mol×2=0.4

mol,反应中失电子的总物质的量为0.2

mol×2+0.2

mol×1=0.6

mol,根据得失电子守恒推知,反应生成NO为0.2

mol,在标准状况下的体积为0.2

mol×22.4

L·mol-1=4.48

L,C正确;金属离子完全沉淀时,溶液中溶质为NaNO3,则原硝酸溶液中n(HNO3)=n(NaNO3)+n(NO)=1.0

mol·L-1×1.0

L+0.2

mol=1.2

mol,故c(HNO3)==2.4

mol·L-1,B错误;结合氮原子守恒可知,Cu、Cu2O与硝酸反应后剩余HNO3的物质的量为n(NaNO3)-2n[Cu(NO3)2]=1.0

mol-2×0.4

mol=0.2

mol,D正确。任务三酸雨的危害与防治【问题探究】酸雨对环境危害巨大,图1是酸雨形成示意图,图2是德国的一座大理石雕像在60年间的变化。1.排放到大气中的SO2是如何转化成硫酸型酸雨的?请结合化学方程式描述转化路径。提示

排放到空气中的SO2在氧气和水蒸气的共同作用下形成酸雾,随雨水降落成为硫酸型酸雨。发生反应的化学方程式如下:2.排放到大气中的氮氧化物是如何转化成硝酸型酸雨的?请结合化学方程式描述转化路径。提示

排放到空气中的氮氧化物,NO与O2反应生成NO2,NO2与空气中的水蒸气反应生成HNO3,随雨水降落成为硝酸型酸雨;发生反应的化学方程式为2NO+O2===2NO2、3NO2+H2O===2HNO3+NO。3.为防治酸雨,降低煤燃烧时向大气排放的SO2,工业上将生石灰和含硫煤混合后使用。请写出燃烧时,有关“固硫”(不使含硫化合物进入大气)反应的化学方程式:

。

答案

CaO+SO2===CaSO3、2CaSO3+O2===2CaSO4【深化拓展】SO2和氮的氧化物的吸收、转化(1)NaOH溶液吸收SO2+2NaOH===Na2SO3+H2ONO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O2NO2+2NaOH===NaNO2+NaNO3+H2O(2)氨气吸收

(3)汽车尾气转换器转化

(4)生石灰吸收、