第3章　第3节　第3课时　硝酸的性质　人类活动对氮循环和环境的影响-鲁科版高一上学期化学教案

第3课时硝酸的性质人类活动对氮循环和环境的影响课标定向1.认识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。(变化观念与平衡思想)2.了解人类活动对氮循环的影响,如酸雨、光化学烟雾和水体富营养化等环境问题;知道如何减少氮氧化物的排放,树立环境保护的意识。(科学态度与社会责任)必备知识·导学探究学习任务一硝酸的性质【新知导学】一、物理性质实验操作实验现象瓶口产生白雾,闻到刺激性气味[总结]颜色状态气味密度特性无色液态刺激性ρHNO易挥发[思考]常见挥发性酸有哪些?提示:浓硝酸、浓盐酸等。[特别提醒]质量分数为69%的硝酸为浓硝酸;质量分数为95%以上的硝酸为发烟硝酸。二、化学性质1.从物质类别角度认识硝酸具有酸的通性,电离方程式为HNO3===H++NO3反应物现象或化学方程式与指示剂使紫色的石蕊试液变红与金属氧化物反应2HNO3+CuO===Cu(NO3)2+H2O与盐反应2HNO3+CaCO3===Ca(NO3)2+CO2↑+H2O与碱反应HNO3+NaOH===NaNO3+H2O2.从物质保存角度认识硝酸的不稳定性硝酸越浓,越易分解。保存硝酸的试剂瓶的颜色为棕色,长久放置后溶液颜色变为黄色,原因是硝酸分解生成的NO2溶于其中。[总结]①硝酸的不稳定性:浓硝酸受热或见光分解,化学方程式为4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O。②硝酸的保存:实验室常将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中,并放在阴凉处。3.从价态角度认识硝酸的强氧化性实验操作实验现象实验结论两支试管中都有气体产生,铜片逐渐溶解,A试管中反应剧烈,产生红棕色气体,溶液呈绿色;B试管中反应缓慢,产生无色气体,且气体在试管上部变为浅红棕色,溶液呈蓝色Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O;3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2OA试管中无明显现象,B试管中产生无色气体,且气体在试管上部变为浅红棕色,溶液呈浅黄色Fe在浓HNO3中钝化。Fe+4HNO3(稀、足量)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O写出下列反应的化学方程式:①铜与浓硝酸:Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。②铜与稀硝酸:3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。③铁与稀硝酸(HNO3过量):Fe+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O。④碳与浓硝酸共热:C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。[思考]在加热条件下浓硝酸可以与铁、铝发生反应吗?提示:可以反应,生成硝酸盐和NO2气体。[结论]①浓、稀硝酸均具有强氧化性,均源于+5价N元素。②浓度越大,氧化性越强。③几乎可以使所有金属(金、铂除外)氧化而生成硝酸盐。但在常温下,浓硝酸能使铁、铝钝化。④当HNO3与金属反应时,HNO3被还原的程度(即氮元素化合价降低的程度)取决于硝酸的浓度和金属单质还原性的强弱。一般为金属+HNO3(浓)硝酸盐+NO2↑+H2O金属+HNO3(稀)硝酸盐+NO↑+H2O⑤热的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。【总结升华】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a.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+NO↑+2H2O。b.金属与硝酸反应不生成H2,硝酸的浓度不同,还原产物不同,可能是NO2、N2O、NO、N2、NH4c.金属与硝酸反应的模板为②加热条件下能与非金属单质反应。非金属单质一般被氧化为最高价的氧化物或酸。C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2OS+6HNO3(浓)H2SO4+6NO2↑+2H2O③能与常见的还原剂反应:Fe2+、S2-、I-、SO3[特别提醒]NO3【即学即练】1.易错辨析(1)常温下,浓硝酸可以使铁和铝发生钝化而不反应。(×)提示:铁和铝遇到浓硝酸是因为发生了化学反应而钝化。(2)实验室中可以用锌与稀硝酸反应制取氢气。(×)提示:硝酸为氧化性酸,与金属反应生成氮的氧化物。(3)浅绿色的Fe(NO3)2溶液中逐滴加入少量稀盐酸时,溶液变黄。(√)提示:加入稀盐酸时,溶液中相当于存在着具有强氧化性的稀硝酸,将Fe2+氧化成Fe3+而变黄。(4)浓硝酸敞口放置在空气中,质量会减少。(√)提示:浓硝酸敞口放置质量减少主要体现了硝酸的挥发性。(5)浓硝酸氧化性很强,常温下就可以和碳发生反应。(×)提示:浓硝酸与碳在加热条件下反应。2.下列有关浓硝酸的说法错误的是()A.浓HNO3能与碳反应,说明其具有强酸性和强氧化性B.浓HNO3能溶解金属铜,说明其具有强酸性和强氧化性C.浓HNO3不稳定易分解,需要避光保存D.常温下浓HNO3能使金属铝钝化,可以用铝槽车运输浓HNO3【解析】选A。浓硝酸能与碳反应生成二氧化碳、二氧化氮和水,说明其具有强氧化性,不能说明具有强酸性,故A错误;浓硝酸与铜反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,N元素化合价降低,硝酸表现出强氧化性,生成硝酸铜,硝酸还表现出强酸性,故B正确;浓硝酸不稳定,见光、受热易分解,需要避光保存,故C正确;常温下浓硝酸能使金属铝钝化,可以用铝槽车运输浓硝酸,故D正确。学习任务二人类活动对氮循环和环境的影响【教材微拓】(溯源教材·P121)常见的环境污染污染类型具体表现主要物质或原因大气污染酸雨SO2、氮氧化物光化学烟雾氮氧化物、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【合作探究】探究人类活动对氮循环和环境的影响[情境]光化学烟雾是由碳氢化合物和氮氧化物在阳光紫外线的作用下,发生光化学和热化学反应后,产生的以臭氧为主的氧化剂及颗粒物混合物。(1)氮氧化物对环境的污染有哪些?是如何产生的?提示: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,产生了一种有毒的烟雾。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。④NO与血红蛋白结合使人中毒。(2)如何减少人类活动对氮循环和环境的影响?提示:减少使用化石燃料;加大对工业废水、农业废水的处理,以减少人类活动对氮循环的影响。常见的减少氮氧化物对环境的影响的措施有①控制进入大气、陆地和海洋的有害物质的数量,如减少化石燃料的使用等;②增强生态系统对有害物质的吸收能力,如保护森林、植树造林等。【总结升华】1.人类活动对氮循环和环境的影响2.氮氧化物污染治理方法(1)汽车尾气“催化转化法”2CO+2NO2CO2+N2(2)氨还原法6NO+4NH35N2+6H2O6NO2+8NH37N2+12H2O(3)碱液吸收法2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2ONO+NO2+2NaOH===2NaNO2+H2O3.绿色化学【即学即练】1.易错辨析(1)水体中氮元素含量增大,会促进水中藻类生长,因此水体富营养化是有利的。(×)提示:水体富营养化破坏了系统物质与能量的流动,使整个水生生态系统逐渐走向灭亡。(2)汽车尾气中的氮氧化物和碳氢化合物是造成光化学烟雾的元凶。(√)提示:碳氢化合物(CxHy)和氮氧化物(NOx)等一次污染物在阳光(紫外光)作用下发生光化学反应生成二次污染物,然后与一次污染物混合所形成的有害浅蓝色烟雾称为光化学烟雾。(3)含氮化合物的过度排放也是形成雾霾的主要原因。(√)提示:含氮化合物的过度排放,导致它们在大气、土壤、水体中富集,一定程度上促进了雾霾的形成。(4)“绿色化学”就是指在化工生产中不排放任何有害物质。(×)提示:绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。(5)植物秸秆含大量钾元素,焚烧后作钾肥符合“绿色化学”的思想。(×)提示:秸秆焚烧会产生大量的烟和有害气体,会对环境造成污染。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”【解析】选B。对废气、废水严格处理是补救措施,没有从源头上减少污染,A项错误;利用仿生固氮技术能减少氮肥使用,从源头上减少了污染物的排放,B项正确;在通风橱内进行实验并不能减轻对大气的污染,C项错误;“花园式工厂”只是对环境的美化,没有从源头上减少污染,D项错误。3.(2025·澄迈高一检测)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【解析】选D。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。课堂检测·效果诊断1.化学与生产、生活密切相关,下列表述错误的是()A.使用新能源,减少化石燃料的燃烧,可减少酸雨的产生B.光化学烟雾的形成与汽车尾气中的氮氧化物有关C.汽车尾气中产生NO的原因是汽车燃油中含氮,NO是其燃烧产物D.工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱除【解析】选C。使用新能源,减少化石燃料的燃烧,可以减少SO2的排放,减少酸雨的产生,A正确;汽车尾气排放的氮氧化物会引起光化学烟雾,B正确;汽车尾气中产生NO的原因是高温下,发生反应:N2+O22NO,不是燃油的燃烧,C错误;工业废气中的SO2可与石灰发生反应SO2+CaO===CaSO3,CaSO3被氧化得到CaSO4,可用于生产石膏,D正确。2.(2025·合肥高一期末)硝酸是一种常见化学品。某同学在实验室中进行硝酸性质探究时,下列说法和表示方法不正确的是()A.浓硝酸需要避光保存:4HNO34NO2↑+O2↑+2H2OB.少量铜片加入浓硝酸中:Cu+2NO3-+4H+===Cu2++2NO2↑+2HC.炽热的木炭放入浓硝酸中:3C+4HNO33CO2↑+4NO↑+2H2OD.将打开瓶塞的浓硝酸与浓氨水靠近,有白烟产生:NH3+HNO3===NH4NO3【解析】选C。浓硝酸在光照条件下易分解,需避光保存,化学方程式为4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O,A正确;少量铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,反应的离子方程式为Cu+2NO3-+4H+===Cu2++2NO2↑+2H2O,B正确;炽热的木炭与浓硝酸反应生成二氧化碳、二氧化氮和水,反应的化学方程式为C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O,C错误;浓硝酸易挥发出HNO3,浓氨水易挥发出NH3,将打开瓶塞的浓硝酸与浓氨水靠近,会发生反应:NH3+HNO3===NH4NO3,现象为产生白烟,D正确。3.(2025·临沂一中高一测试)下述实验中均有红棕色气体产生,对比分析所得结论正确的是()①②③A.由①中的红棕色气体,推断产生的气体一定都是氮的氧化物B.②中产生红棕色气体说明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CO2,由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应【解析】选C。①中灼热碎玻璃起加热作用,浓HNO3受热分解生成红棕色NO2、O2和H2O,A项错误;由①可知浓HNO3受热分解可生成红棕色气体NO2,所以②中的红棕色气体不一定是木炭与浓HNO3发生反应产生的,也有可能是浓HNO3受热分解生成的,B项错误;③硝酸中N元素化合价为+5价,生成的NO2中的N元素化合价为+4价,化合价降低,红棕色气体NO2是还原产物,C项正确;红热的木炭还可与空气中的O2反应生成CO2,不一定是木炭与浓HNO3发生反应生成的,D项错误。4.兴趣小组通过实验探究溶解铜的方法和本质。(1)将铜粉分别加到稍过量的氯化铁溶液和硫酸铁溶液中,铜粉溶解,溶液变成浅绿色,两个反应的共同点是(用离子方程式表示)_________________________________。

(2)在热水浴中进行4个实验,部分实验报告如下表所示。序号实验操作实验现象Ⅰ稀硫酸中加入铜片无明显变化Ⅱ硝酸钠溶液中加入铜片无明显变化Ⅲ?无明显变化Ⅳ稀硫酸中加入硝酸钠溶液无明显变化再加入铜片有无色气泡产生,溶液变蓝①实验操作Ⅲ是______________________________。

②实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的目的是__________________________