初高中化学暑假衔接材料：第16讲　硝酸 人类活动对氮循环和环境的影响（暑假预习讲义）（原卷版）

2/14第16讲硝酸人类活动对氮循环和环境的影响内容导航01预习航标→析目标·明方向：预习导航精准定向02教材全解→析教材·学新知：情境概念深度构情境启思：从生活或问题出发，激发兴趣深研精炼：聚焦常考要点，学会解题思路即练固基：趁热打铁练一练，巩固刚学内容03过关检测→练考点·强落实：过关检测分层提预习目标1.能从物质类别、氮元素的价态的角度预测分析硝酸的性质。2.了解硝酸对人类发展的贡献，了解人类活动对氮循环和环境的影响，增强节约资源、保护环境的可持续发展的意识。3.掌握有关硝酸的计算方法。4.氮及其化合物的转化关系及其应用。预习重点硝酸的性质氮及其化合物的转化关系预习难点硝酸的计算情情｜境｜启｜思请同学们分组讨论工业生产的浓硝酸如何装运呢？深｜研深｜研｜精｜炼知识点01硝酸【思考1】预测硝酸具有哪些性质，并说明预测的依据。1．硝酸的性质(1)实验探究实验装置及操作实验现象实验结论瓶口产生白雾，闻到气味硝酸易挥发，有气味将稀硝酸注入试管中，Cu和稀硝酸缓慢反应，产生无色气体，在试管口变为红棕色，溶液铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成NO气体反应剧烈，有气体产生，溶液变为蓝绿色铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成NO2气体试管中有气泡产生，试管口处看到气体铁与稀硝酸常温下可以反应，生成NO气体无明显现象发生(2)物理性质①纯净的硝酸为无色、易挥发、有刺激性气味的液体。②硝酸沸点低，易挥发。【特别提醒】HNO3质量分数为95%以上的浓硝酸，在空气中挥发出硝酸蒸气会产生“发烟”现象，通常又叫作发烟硝酸。(3)化学性质写出下列反应的化学方程式：①和金属反应a．浓硝酸和铜：。b．稀硝酸和铜：。②和非金属单质反应浓硝酸和碳共热：。③不稳定性：。【特别提醒】①硝酸越浓，越易分解。②浓硝酸应放在带有玻璃塞的棕色试剂瓶中密封保存，并放置在阴凉处。③硝酸分解生成的NO2溶于硝酸中，所以久置的浓硝酸呈黄色。【思考2】将铁粉溶于稀硝酸，铁元素的存在形式可能为①____________、②________、③__________。【思考3】其原因为__________________________________________________________________，用化学方程式表示：__________________________________________________________。【归纳总结】(1)硝酸与金属反应不能生成氢气。硝酸浓度不同，其还原产物不同，一般情况下，浓硝酸被还原为NO2，稀硝酸被还原为NO。(2)硝酸能与大多数金属(金、铂等除外)反应，将金属氧化为高价态金属的硝酸盐。但在常温下，浓硝酸能使铁、铝钝化。(3)加热条件下，浓硝酸可将非金属单质(碳、硫、磷等)氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸。(4)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SO2、FeO、Fe2＋、Br－、I－、S2－、SOeq\o\al(2－,3)等均能被硝酸氧化。2．硝酸的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，是实验室里重要的化学试剂。【例1】下列反应中硝酸既能表现出酸性又能表现出氧化性的是()A．稀硝酸使石蕊溶液变红B．稀硝酸与铜反应生成NO、Cu(NO3)2、H2OC．稀硝酸与Na2CO3反应放出CO2气体D．浓硝酸与硫单质共热时生成H2O、H2SO4和NO2【即练1】下列对于硝酸的认识，不正确的是()A．浓硝酸见光或受热时会发生分解B．金属与硝酸反应不产生氢气C．可用铁质或铝质容器盛装冷的浓硝酸D．铜与硝酸的反应属于置换反应知识点02人类活动对氮循环和环境的影响1．活化氮增加的原因(1)人类开发和利用的规模越来越大。(2)的消耗量急剧增加。(3)化学合成氮肥的量迅速上升。(4)的栽种面积陆续扩大。2．含氮物质来源及对环境的影响3．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、土壤和水体中含氮元素的物质的量。(2)增强对含有氮元素的物质的吸收能力，如保护森林、植树造林等。4．绿色化学(1)绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。(2)绿色化学的核心内容①：充分利用反应物中的各个原子，既充分利用资源又防止污染。②“5R”原则：减量使用原料，减少实验废弃物的产生和排放；循环使用，重复使用；资源的回收利用；变废为宝，资源和能源再利用；拒用有毒有害品。【思考1】活化氮增加带来的危害除了水体富营养化，你还知道哪些？【思考2】选用下列物质填空(填字母)：a．二氧化碳b．二氧化硫c．氮氧化物d．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__________。⑤会引起水体富营养化的是__________。【拓展提升】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的含量不断增加全球变暖，冰雪融化酸雨SO2和氮氧化物的排放土壤、湖泊酸化，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，降低大气能见度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其废水的任意排放使水体富营养化藻类过度繁殖，水质恶化，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【例2】下列说法符合绿色化学思想的是()A．对工业生产硝酸产生的废气、废水进行严格处理B．开发利用仿生固氮技术以减少氮肥使用C．验证硝酸的强氧化性时在通风橱内进行实验D．建设“花园式工厂”【即练1】人类在提高自身生活水平的同时还要关注环境问题，下列叙述正确的是()A．化石燃料的高消耗，森林面积的锐减是造成城市光化学烟雾的主要原因B．汽车尾气中的氮氧化物和化石燃料燃烧产生的SO2都是形成酸雨的主要物质C．冬季取暖燃烧大量的煤所释放的有害气体是造成“臭氧空洞”的主要原因D．机动车尾气排放物有CO、NO、NO2，它们都属于酸性氧化物知识点03硝酸与金属反应的相关计算1．硝酸与金属反应的规律(1)硝酸与金属反应时，一部分被还原生成NO2(或NO)，另一部分起酸的作用生成硝酸盐，而且随着硝酸浓度的减小，其还原产物会由NO2变为NO。(2)稀硝酸与铁反应时，反应产物与铁的量有如下关系：①Fe(少量)＋4HNO3=Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O②3Fe(过量)＋8HNO3=3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O即：2．常用的计算方法(1)原子守恒法HNO3和金属反应时，一部分做氧化剂转化为氮氧化物(NOx)，另一部分起酸的作用，以NOeq\o\al(－,3)的形式存在于溶液中，NOx、NOeq\o\al(－,3)和消耗的HNO3有下列关系：n(HNO3)＝n(NOx)＋n(NOeq\o\al(－,3))(N原子守恒)。(2)电子守恒法HNO3和金属反应时，HNO3得电子的物质的量和金属失电子的物质的量相等。(3)电荷守恒法当HNO3过量时，反应后溶液中(不考虑OH－)有c(NOeq\o\al(－,3))＝c(H＋)＋n·c(Mn＋)(Mn＋表示金属离子)。(4)离子方程式计算法当金属与H2SO4、HNO3的混合液[或H2SO4、M(NO3)n]反应时，一般根据离子方程式来计算，先做过量判断，然后根据适量物质进行计算。【方法技巧】【例3】在标准状况下将1.92g铜粉投入一定量浓硝酸中，随着铜粉的溶解，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜粉完全溶解后共收集到由NO2和NO组成的混合气体1.12L，则混合气体中NO的体积为()A．112mL B．1008mLC．224mL D．448mL【即练1】把7.2g铁粉投入40mL某HNO3溶液中，充分反应后剩余固体1.6g，产生NO2和NO的混合气体0.08mol。若不考虑N2O4的存在，则原HNO3溶液的物质的量浓度为()A．3.5mol·L－1 B．4.5mol·L－1C．7.0mol·L－1 D．9.0mol·L－1知识点04氮及其化合物间的转化关系和应用1．氮及其化合物间的转化关系请写出上述转化中①～⑦的化学方程式(或离子方程式)。2．工业合成氨，并以氨为原料生产硝酸和铵盐试写出以N2为原料合成硝酸铵流程中各物质的化学式及相关方程式。(1)A.NH3，B.NO，C.NO2，D.HNO3。(2)N2→A的化学方程式：。A＋D→NH4NO3的离子方程式：。3．利用氮及其化合物间的转化消除污染(1)氨氮废水处理eq\x(氨氮废水NH\o\al(＋,4))eq\o(→,\s\up7(Ⅰ))eq\x(含硝酸废水)eq\o(→,\s\up7(Ⅱ))eq\x(达标废水)①写出过程Ⅰ中NHeq\o\al(＋,4)在微生物作用下，被氧气氧化为NOeq\o\al(－,3)的离子方程式：。②过程Ⅱ中，含有NOeq\o\al(－,3)的废水在无氧条件下在反硝化细菌作用下被还原为N2，每处理1molNOeq\o\al(－,3)，则转移的电子数为5mol。(2)汽车尾气处理汽车尾气中的CO、NO通过载有三元催化剂的尾气净化器，可生成两种无污染性的气体，该反应过程的化学方程式：。【例4】依据图中氮元素及其化合物的转化关系，判断下列说法不正确的是()A．X是N2O5B．可用排空气法收集NO气体C．工业上以NH3、空气、水为原料生产硝酸D．从原理上看，NH3可与NO2反应实现NH3→N2的转化【即练1】下列物质的转化必须加入氧化剂且通过一步反应就能完成的是()①N2→NO2②N2→NH3③NO2→HNO3④NH3→NO⑤HNO3→NO2⑥NO→NO2A．①④B．②⑥C．③④D．④⑥1.（25-26高一下·江苏苏州·阶段检测）下列关于浓硝酸的说法不正确的是A．易挥发 B．保存在棕色试剂瓶中C．受热易分解 D．常温下不能与铜反应2.（25-26高一下·北京·学业考试真题）下列关于浓硝酸的说法不正确的是A．易挥发 B．与铜反应生成氢气C．受热或见光分解 D．常温下可用铁制容器盛装3.（25-26高一上·福建厦门·阶段检测）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褪色——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．打开装有浓硝酸的细口瓶，观察到瓶口有白雾产生——吸水性4.（25-26高一下·广西南宁·阶段检测）为探究不同浓度HNO3装置实验HNO3步骤与现象①12 mol⋅铁丝表面有气泡产生，溶液变为黄色；取出铁丝液面上方出现红棕色气体②4 mol⋅试管口出现红棕色气体③0.5 mol⋅无明显红棕色气体；取少量上层溶液，加入足量NaOH溶液，加热，产生能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体A．①中溶液变为黄色，说明铁变成三价铁离子B．“试管口出现红棕色气体”说明②中的HNO3被Fe还原为C．③中无明显红棕色气体，可能是生成了ND．“石蕊试纸变蓝”说明③中有HNO3被Fe氧化为5.（25-26高一下·河北邯郸·阶段检测）如图所示，某化学小组对硝酸的性质进行一系列探究。下列说法正确的是A．若①中收集的气体能使带火星的木条复燃，可证明NO2B．观察到②中产生红棕色气体，说明浓硝酸不稳定C．③中不会产生红棕色气体D．将②中的红热木炭换成打磨过的铝片无明显现象，说明该条件下铝与浓硝酸不反应6.（25-26高一下·河北唐山·期中）对下列事实的解释错误的是A．浓硝酸久置显黄色，说明浓硝酸不稳定B．NH3具有还原性，可用作制冷剂C．氮气可代替稀有气体作白炽灯钨丝保护气，说明氮气常温下很稳定D．硝态氮肥不宜在高温天气施用是因为易被反硝化脱氮；不易在多雨的水田区施用是因为不容易被土壤胶粒吸附7.（25-26高一下·江西赣州·期中）下列有关浓硫酸和浓硝酸的叙述中，正确的是A．常温下都能用铝制容器贮存 B．露置在空气中，容器内酸液的质量都减小C．常温下都能与铜较快反应 D．与金属反应时都只表现强氧化性8.（24-25高一下·安徽宿州·阶段检测）铜镁合金7g完全溶于浓硝酸中，若反应中硝酸被还原，只产生4480mLNO2气体和1120mLN2O4气体(标准状况下)。反应后的溶液中加足量NaOH溶液，生成沉淀的质量为A．8.51g B．10.7g C．12.1g D．12.7g9.（24-25高一下·广东东莞·阶段检测）下列离子方程式书写正确的是A．Fe和稀硝酸反应：Fe＋2H＋=Fe2+＋H2↑B．将SO2通入BaCl2溶液中：SO2＋H2O＋Ba2+=BaSO3↓+2H+C．向AlCl3溶液中加入过量氨水：Al3+＋3OH-=Al(OH)3↓D．铜粉与浓硝酸反应：Cu+4H++2NO3−=Cu2++2NO2↑+2H210.（25-26高一下·四川凉山·阶段检测）氮及其化合物的价类二维图如图所示，下列有关说法正确的是A．实验室NH3可由NHB．N2生成NHC．常温下铝制品不能盛装HNO3的浓溶液D．向浓HNO3中投入红热的木炭，产生红棕色气体，一定可以证明NO2产生于木炭与浓11.（24-25高一下·安徽·期中）根据下列实验操作和现象所得到的结论正确的是实验操作和现象结论A将红热木炭加入浓硝酸中，产生红棕色气体加热条件下，浓硝酸能氧化碳单质B二氧化硫通入品红溶液中，溶液褪色二氧化硫具有氧化性C蘸取浓氨水的玻璃棒与另一蘸取X的玻璃棒靠近，产生白烟X一定是浓盐酸D向某无色透明溶液中滴加盐酸，无明显现象；再滴加BaCl2原溶液中一定含有SOA．A B．B C．C D．D12.（24-25高一下·四川资阳·阶段检测）某实验小组用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1.12LO2(标准状况)混合后通入水中，所得气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入2mol·L-1NaOH溶液至Cu2＋恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是。A．100mL B．120mL C．50mL D．150mL13.（25-26高一下·四川成都·期中）取某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL，向其中逐渐加入铁粉，产生气体的体积随铁粉质量增加的变化如图所示(已知硝酸被还原为NO气体，不考虑气体的溶解)。下列说法错误的是A．OA段发生的反应为：Fe+B．BC段反应产生的气体为HC．C点的溶质为FeSO4和FeD．原混合溶液中H2SO14.（25-26高一下·湖北咸宁·阶段检测）2.16g铜镁合金完全溶解于50 mL未知浓度的浓硝酸中，得到NO2和N2O4的混合气体1344 mL(标准状况)。向反应后的溶液中加入320 mL 1 mol/L的NaOH溶液时金属离子恰好全部沉淀，此时沉淀质量为A．该合金中铜的质量是1.92 gB．该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是C．NO2和N2O4D．通入的O2的体积(标准状况下)15.（25-26高一下·河北·阶段检测）将3.52g镁铜合金投入40mL一定浓度的硝酸中，合金完全溶解，产生NO和NO2的混合气体0.08mol(不考虑其他气体)，反应结束后向溶液中加入120mL2mol·L-1NaOH溶液，恰好使溶液中的金属阳离子全部转化为沉淀且质量为6.24g。若将盛有0.08mol该混合气体的容器倒扣在水中，通入一定体积的氧气，恰好可将该混合气体完全转化为NO3A．Mg与Cu的