（高中化学新教材课学案）002氮及其化合物 模块3 硝酸 酸雨及防治 寒假衔接讲义

第二讲氮及其化合物

模块3:硝酸酸雨及防治

一、硝酸的性质

i.物理性质

2.化学性质

（1）酸性：在水中的电离方程式为

（2）不稳定性：浓硝酸见光或受热会发生分解，化学方程式为

⑦思考

根据浓硝酸的性质分析浓硝酸应该如何保存？

（3）强氧化性:

验探究

实验装置

稀硝酸浓硝酸

实验反应缓慢，有少量气泡产生，_____反应剧烈，有___________产生，___________,液面

上有________气体产生

现象_____，试管口有红棕色气体产生

实验铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成一气体铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成一气体

结论

【巧判断】

（1）硝酸的浓度越大，其氧化性越强。（

（2）铜与浓硝酸反应只能生成二氧化氮气体。（）

（3）在铜与硝酸的反应中硝酸只表现氧化性。（）

广几乎能与除金、钳之外的所有金属反应

强氧化性--常温下,浓硝酸能使恒a发生钝化

②强氧化性的表现:分与非金属单质，如碳、硫等反应

写出下列有关反应的化学方程式:

a.与金属反应：

稀硝酸与铜反应：。

浓硝酸与铜反应：。

b.与非金属反应：

浓硝酸与红热的C（被氧化为C02）的反应为。

0把考某同学在实验室取出一瓶浓硝酸，发现溶液显黄色，与教材中关于硝酸的描述出现偏差。

（1）你能帮助该同学解释一下原因吗？

（2）你能帮助该同学去除硝酸的黄色吗？

须思考

《本草纲目拾遗》记载：（硝酸）西洋人所造，性最猛，能蚀五金。王怡堂先生

云：其水至强，五金八石皆能穿滴，惟玻璃可盛。

上述描述体现了硝酸的哪些性质呢？

3.硝酸的用途与工业制法

(1)用途:

(2)工业制法:

①工业流程:

②写出有关化学方程式：

N2-NH3：»

N%一NO：«

NO-NO?：o

NCh-HNCh：。

二、酸雨及防治

1.SO2与NO2的主要来源、危害和防治

(①s(为：主要来Fl煤和石油和某些含硫的金属

(1)来源矿物的燃烧或冶炼

।②NO?：主要来自汽不尾气

⑵,。、危人用心②1①溶引十起水大形气成污酸染雨•直接危害人体健康

[①调整能源结构.发展清洁能源

②研究煤的脱硫技术.改进燃烧技术.减少二氧化硫

(3)防治J和氮短化物的排放

③加强工厂废气的网收处理

④改进汽车尾气的处理技术.控制尾气排放

2.酸雨

(1)概念：pH<—的降水。正常雨水由于溶解了CCh，其pH约为5.6。

(2)成因：主要是大气中的—与—溶于水形成的。

(3)危害：

①直接损伤农作物、破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化。

②加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。

重难点突破

知识点一硝酸的强氧化性

【重点释疑】

1.规律

(1)硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强。

(2)浓硝酸的还原产物是NO?，稀硝酸的还原产物是NO。

(3)还原剂一般被氧化为最高价态。

2.表现

(1)硝酸与金属的反应

①除Au,Pt等少数金属外,硝酸几乎可以氧化所有的金属，如3Ag+4HNO3(稀)====3AgNO3+NOT+2H2。；

②活泼金属与硝酸反应不生成H2,硝酸的浓度不同，还原产物不同;

迎5

|还原产物,稀硝酸mNO

处照NQM、NH,Nd等

③常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化，加热时反应。

(2)硝酸与非金属的反应

①反应规律：非金属单质+浓硝酸-最高价氧化物或其含氧酸+NO2T+H2O；

△

②实例：C+4HNO3（浓）CO2T+4NO2T+2H20。

（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、SO?、Fe2\FeO、Br、1-、

S3、SO32-等均能被HNO3氧化。

⑦思考

（1）少量的Fe与足量稀硝酸反应，Fe被氧化为+2价还是+3价？过量的Fe与稀硝酸反应呢？

（2）铜投入稀硫酸中不会溶解，再向溶液中投入KN03固体，铜会不会溶解？为什么？

【案例示范】

【典例】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设计了实验方案。

（1）甲同学设计如图实验（实验过程中活塞2为打开状态）。活宾,昌稀硝酸

活塞,1

①组装好装置检验气密性后，如何加入稀硝酸？活塞印n

②如何控制反应的进行？如何加快反应速率？

③如何操作验证产生的气体为NO?

（2）乙同学设计了如图所示装置（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是一半空的注射器。

①设计装置A的目的是

②装置E和F的作用是一。为实现此作用，操作

是___________________________

③装置D的作用是___________________________

下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是（)

A.由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体

B.红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应

C.由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物

D.③的气体产物中检测出C02,由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应

（2019・浏阳高一检测）下列反应中硝酸既能表现出酸性又表现出氧化性的是（）

A.使石蕊试液变红

B.与铜反应放出NO气体，生成Cu（NO3）2

C.与Na2cO3反应放出CO2气体，生成NaNCh

D.与S单质混合共热时生成H2sO4和NO2

【素养提升】

某同学通过查阅资料了解到：硝酸铜［Cu（NO3）2］的无水物和水合物都是蓝色晶体，但性质有很大不同。

亮蓝色的无水硝酸铜是易挥发的固体，在真空中升华。

请思考由铜粉制备硝酸铜有哪些途径？并评价哪种途径更优？

提示：途径一：3CU+8HNO3(稀)====3Cu(N03)2

+2N0T+4H2O。

途径二：Cu+4HNCh(浓)====Cu(NO3)2

+2NO2T+2H2O。

途径三：2CU+O22CUO,

CUO+2HNC)3====CU(NO3)2+H2OO

途径三更优•原因是制备等量的Cu(NO3)2消耗的硝酸最少且无污染性气体产生。

知识点二硝酸与金属反应的有关计算

【重点释疑】

1.硝酸与金属反应的规律

硝酸与金属单质反应时一部分被还原，一部分生成硝酸盐，故硝酸既表现了酸性又表现了氧化性，但硝酸

与金属反应一般不生成H2O

(1)硝酸与铜的反应：

在反应中硝酸的作用可用如图表示：

CU(NO3)2N02CU(NO3)2NO

Cu---------------------------1-----------------------------►

浓硝酸稀硝酸

可以看出，随HNO3浓度的降低，还原产物会由NO2变为NO。

①由氮原子守恒可知，无论是N02还是NO,被还原的硝酸与被还原生成气体的物质的量总是相等的；

②未被还原的N03-与Cu2+构成Cu(NO3)2，的物质的量为Cu2+物质的量的2倍；

③运用电子守恒、原子守恒，便可顺利求解参加反应的Cu、HNO3以及产物NO2、NO之间量的关系。

(2)稀硝酸与铁的反应：

Fe+4HNO3(稀)====Fe(N03)3+NOT+2H2O①

3Fe(过量)+8HNCh(稀)====3Fe(NO3)2+2NOt+4H2O②

反应物的量与生成物的关系如图所示:

Fe(NC)3)3Fe(NCh)2

------------------------C

Fe(NO3)3Fe(NO)

反应32

反应①①、②反应②

012n(Fe)

48W(HNO3)

上述反应首先发生反应①，若Fe剩余再发生反应③Fe+2Fe(NO3)3====3Fe(NO3)2,合并①③即可得反应②。

所以，无论反应①还是反应②，被还原的HNC)3皆占参与反应的HN0.3的L。

4

2.金属与硝酸反应常用的计算方法

(1)原子守恒法：HNCh与金属反应时，反应消耗的HNCh中氮原子的物质的量等于显酸性的HNCh(以

硝酸盐的NCh-形式存在于溶液中)的物质的量与显氧化性的HNCh(以NOx的形式存在)的物质的量之

和。

(2)电子守恒法：HNCh中氮原子得电子的物质的量等于

金属失电子的物质的量。

(3)电荷守恒：HNCh过量时反应后溶液中(不考虑OH-)有：c(NOy)=C(H+)+nxc(Mn+)(Mn+

代表金属离子)。

【思考・讨论】“恩粤

(1)铜与足量稀硝酸反应时，表现酸性的HNCh与作氧化剂的HNCh物质的量之比是多少？

(2)mgCu与足量的一定浓度的硝酸充分反应，生成VLNO、NO?混合气体(标准状况下)，则

参加反应的HNO3的物质的量是多少？

【典例】(2019・三明高一检测)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NCh和NO组成的混合气体1.12L,则混合气体中NO的体积为()

A.112mLB.1008mLC.224mLD.448mL

【思维建模】解答有关金属与硝酸反应问题的思维流程如下:

r-——-n(HNO3)=2XnrCu(NO3)2]4-n(NOx)

---=2Xn(Cu)+n(NOx)

-----2Xn(Cu)=1Xn(NOz)+3Xn(NO)

【母题追问】（1）上题参加反应的硝酸的物质的量是多少？

（2）上题反应中起酸性作用与作氧化剂的硝酸的物质的量之比是多少？

【规律方法】解答有关金属与硝酸反应的思维流程

N原子守恒

两个

守恒

得失电子守恒

（2019•汉中高一检测）9.7gCu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2.24L。将溶液稀释为1L,测得溶液的c（H+）=0.1mol-L-1,

此时溶液中NO3的浓度为（）

A.0.3molL-1B.0.4mol-L-1C.0.2mol-L1D.0.6mol-L1

【补偿训练】

1.锌与很稀的硝酸反应生成硝酸锌、硝酸核和水，当生成1mol硝酸锌时，被还原的硝酸的物质的量为

（）

A.2molB.1molC.0.5molD.0.25mol

2.一定量的Cu和1moLL-1的稀硝酸反应，如果NCh-的浓度下降0.2mol-L-1,则溶液中c（H+）同时下

降（假定反应前后溶液体积不变）（）

A.0.2mol-L-1B.0.4mol-L-1

C.0.6molL-1D.0.8molL-1

3.IL稀硝酸和稀硫酸的混合液，其物质的量浓度分别为O.lmolLl和0.4molL-l。若向该混合液中加入

足量的铜粉，则最多能溶解铜粉的质量为（）

A.2.4gB.3.2gC.6.4gD.9.6g

模块3:硝酸酸雨及防治

一、硝酸的性质

i.物理性质

2.化学性质

（1）酸性：在水中的电离方程式的_HNO3====H++NO3_。

（2）不稳定性：浓硝酸见光或受热会发生分解，化学方程式为4HNO3"g金4NO#+O2t+2H2。。

〈?'思考

根据浓硝酸的性质分析浓硝酸应该如何保存？浓硝酸见光或受热易分解，故浓硝酸应保存在棕

色试剂瓶中，并放置在阴凉处。

（3）强氧化性:

验探究

NaOH

溶液

实验装置

稀硝酸浓硝酸

实验反应缓慢，有少量气泡产生，_溶液.反应剧烈，有大量气泡产生,「溶液变蓝一,液面

上有红棕色气体产生

现象.变蓝.，试管口有红棕色气体产生

实验铜与稀硝酸常温下缓慢反应生成NQ气体铜与浓硝酸常温下剧烈反应生成NO?气体

结论

【巧判断】

（1）硝酸的浓度越大，其氧化性越强。（J）

（2）铜与浓硝酸反应只能生成二氧化氮气体。（X）

（3）在铜与硝酸的反应中硝酸只表现氧化性。（X）

广几乎能与除金、伯之外的所有金属反应

强氧化性，~-常温下,浓硝酸能使叫A1发生钝化

L与非金属单质，如碳、硫等反应

②强氧化性的表现:

写出下列有关反应的化学方程式:

a.与金属反应：

稀硝酸与铜反应：3Cu+8HNO3（稀）====3Cu（NO3）2+2NOT+4H2。。

浓硝酸与铜反应：Cu+4HNC）3（浓）====Cu（NO3）2+2NChT+2H2。。

b.与非金属反应：

浓硝酸与红热的C（被氧化为CO2）的反应为C+4HNO3（浓）CO2T+4NO2T+2H2。。

思考某同学在实验室取出一瓶浓硝酸，发现溶液显黄色，与教材中关于硝酸的描述出现偏差。

（1）你能帮助该同学解释一下原因吗？

浓硝酸不稳定，见光或受热会分解生成N02,N02溶于浓硝酸使溶液显黄色。

（2）你能帮助该同学去除硝酸的黄色吗？

向浓硝酸中通入氧气（或空气），发生反应4N02+02+2H20====4HN03,消除黄色。

阚思考

《本草纲目拾遗》记载：（硝酸）西洋人所造，性最猛，能蚀五金。王怡堂先生

云：其水至强，五金八石皆能穿滴，惟玻璃可盛。

上述描述体现了硝酸的哪些性质呢？酸性

3.硝酸的用途与工业制法

（I）用途:用于制造炸药用于制造染料.耐

用途

用于制造小苣）实验室重要化学试剂

（2）工业制法:

①工业流程:

卑(0?)窣

、一T►(NHJ_L*(NO)~~L(N6?)__(HNO)

②写出有关化学方程式：

高温、高压、

N2-NH3：N?+3H2'催化剂2NHa。

傕化剂

Nh一NO：4NH3+5O2△4N0+6H2O。

NO—NO?：2NO+O2====2NC）2。

NO2-HNO3：3NCh+H2O====2HNO3+NO。

二、酸雨及防治

1.S02与N02的主要来源、危害和防治

（①sa：主要来白煤和石油和某些含硫的金属

（1）来源矿物的燃烧或冶炼

I②N（2主要来自汽4：尾气

/0、①引起大气污染-直接危害人体健康

盛）危害I②溶于水形成酸雨

[①调整能源结构.发展清洁能源

②研究煤的脱硫技术.改进燃烧技术.减少二氧化硫

（3）防治4和氮辄化物的排放

③加强T厂废气的mi收处理

①改进汽乍尾气的处理技术.控制尾气排放

2.酸雨

（I）概念：DH<5.6的降水。正常雨水由于溶解了CO2,其pH约为5.6。

（2）成因：主要是大气中的_§Qa_与①必_溶于水形成的。

（3）危害：

①直接损伤农作物、破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化。

②加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。

知识点一硝酸的强氧化性

【重点释疑】

1.规律

（1）硝酸的浓度越大，反应温度越高，其氧化性越强。

（2）浓硝酸的还原产物是N02，稀硝酸的还原产物是NO。

（3）还原剂一般被氧化为最高价态。

2.表现

（1）硝酸与金属的反应

①除Au,Pt等少数金属外,硝酸几乎可以氧化所有的金属，如3Ag+4HNCh（稀）====3AgNCh+NOT+2H20；

②活泼金属与硝酸反应不生成H2,硝酸的浓度不同，还原产物不同;

迎~5

.•稀硝酸4。

|还原产物

建aNQN、NH,N。，等

③常温下浓硝酸能使Fe、Al钝化，加热时反应。

（2）硝酸与非金属的反应

①反应规律：非金属单质+浓硝酸-最高价氧化物或其含氧酸+NO2T+H2O；

△

②实例：C+4HNO3（浓）CO2T+4NO2T+2H2。。

（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、SO?、Fe2\FeO、Br、「、

S3、SO.*-等均能被HNO3氧化。

口思考

（3）少量的Fe与足量稀硝酸反应，Fe被氧化为+2价还是+3价？过量的Fe与稀硝酸反应呢？

硝酸的氧化性较强，可将Fe氧化为Fe”,故少量的Fe与足量稀硝酸反应，Fe被氧化为+3价；由于Fe可

与Fe"生成Fe”,故过量的Fe与稀硝酸反应得到+2价铁。

（4）铜投入稀硫酸中不会溶解，再向溶液中投入KNO3固体，铜会不会溶解？为什么？

会溶解。由离子方程式8H，+2N0；+3Cu===3Cu"+2N0T+4HQ可知，只要溶液中同时有H,和NO；,铜就会发生反应而溶解。

【案例示范】

【典例】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设计了实验方案。

（1）甲同学设计如图实验（实验过程中活塞2为打开状态）。活塞涔稀『酸

活塞曾

①组装好装置检验气密性后，如何加入稀硝酸？n

打开活塞1,加入稀硝酸至液面a处。

胶塞需——液面a

②如何控制反应的进行？如何加快反应速率？铜丝卡

.通过关闭或开启活塞1可以控制反应的进行；在装置左侧稍加热可以加快稀硝酸

与铜的反应速率一。

③如何操作验证产生的气体为NO?

反应开始后，胶塞下方有无色气体生成，打开活塞1,漏斗中有红棕色气体，证明该气体为NO.。

（2）乙同学设计了如图所示装置（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是一半空的注射器。

①设计装置A的目的是产生CO、赶走装置中的空气，防止因NO与,反

应生成N02而产生干扰.。

②装置E和F的作用是.脸证NO的生成。为实现此作用，操作是将注射

器F中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明生成了NO。

③装置D的作用是吸收多余的氮氧化物，防止污染空气，防止倒吸。

下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是（D）

A.由①中的红棕色气体，推断产生的气体一定是混合气体

B.红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应

C.由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物

D.③的气体产物中检测出C02,由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应

（2019・浏阳高一检测）下列反应中硝酸既能表现出酸性又表现出氧化性的是（B）

A.使石蕊试液变红

B.与铜反应放出NO气体，生成Cu（NO3）2

C.与Na2cO3反应放出CO2气体，生成NaNCh

D.与S单质混合共热时生成H2s04和N02

【素养提升】

某同学通过查阅资料了解到：硝酸铜［Cu（NO.O2］的无水物和水合物都是蓝色晶体，但性质有很大不同。

亮蓝色的无水硝酸铜是易挥发的固体，在真空中升华。

请思考由铜粉制备硝酸铜有哪些途径？并评价哪种途径更优？

提示：途径一：3CU+8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2

+2N0T+4H2O。

途径二：Cu+4HN0j(浓)====Cu(NO3)2

+2NCM+2H2O。

途径三：2CU+O22CUO,

CuO+2HNCh====Cu(NOJ)2+H2OO

途径三更优。原因是制备等量的Cu(NO3)2消耗的硝酸最少且无污染性气体产生。

知识点二硝酸与金属反应的有关计算

【重点释疑】

1.硝酸与金属反应的规律

硝酸与金属单质反应时一部分被还原，一部分生成硝酸盐，故硝酸既表现了酸性又表现了氧化性，但硝酸

与金属反应一般不生成H2O

(1)硝酸与铜的反应：

在反应中硝酸的作用可用如图表示：

CU(NO)NO：CU(NO)NO

Cu--------3-2------1---------3-2------->

浓硝酸稀硝酸

可以看出，随HNCh浓度的降低，还原产物会由NO2变为NO。

①由氮原子守恒可知，无论是NO?还是NO,被还原的硝酸与被还原生成气体的物质的量总是相等的；

②未被还原的NOyte;Cu2+构成Cu(N03)2)的物质的量为Cu2+物质的量的2倍；

③运用电子守恒、原子守恒，便可顺利求解参加反应的Cu、HNCh以及产物NO?、NO之间量的关系。

(2)稀硝酸与铁的反应：

Fe+4HNO3(稀)====Fe(NO3)3+NOT+2H①

3Fe（过量）+8HNO3（稀）====3Fe（NO3）2+2NOt+4H2O②

反应物的量与生成物的关系如图所示:

Fe(NO3)3Fe(NO3)2

Fe(NO)—Fe(NO)2

33反应3

反应①①、②反应②

013〃(Fe)

48W(HNO3)

上述反应首先发生反应①，若Fe剩余再发生反应③Fe+2Fe(NCh)3====3Fe(NO3)2,合并①③即可得反应②。

所以，无论反应①还是反应②，被还原的HN03皆占参与反应的HN03的

4

2.金属与硝酸反应常用的计算方法

(1)原子守恒法：HNCh与金属反应时，反应消耗的HNCh中氮原子的物质的量等于显酸性的HNCh(以

硝酸盐的NC>3-形式存在于溶液中)的物质的量与显氧化性的HNCh(以NOx的形式存在)的物质的量之

和。

(2)电子守恒法：HNCh中氮原子得电子的物质的量等于

金属失电子的物质的量。

(3)电荷守恒：HNO3过量时反应后溶液中(不考虑OH-)有：c(NOy)=C(H+)+nxc(Mn+)(Mn+

代表金属离子)。

【思考.讨论】①思考

(3)铜与足量稀硝酸反应时，表现酸性的HNCh与作氧化剂的HNCh物质的量之比是多少？

Cu与稀硝酸反应：3CU+8HN03===3CU(N03)2+2N0?+4H20«当有8moiHNO3参加反应时，有2moiHNCh表现氧

化性，6molHNO?表现酸性，故表现酸性的HN03与作氧化剂的HNO?物质的量之比为3：1«

(4)mgCu与足量的一定浓度的硝酸充分反应，生成VLNO、NCh混合气体(标准状况下)，则

参加反应的HNCh的物质的量是多少？

被还原的硝酸无论生成NO还是NO?,均有氮原子与被还原HNCh的物质的量相等；未被还原(起酸性作用)