資源簡介

第五章　化工生產中的重要非金屬元素
第2節　氮及其化合物
第3課時　硝酸和酸雨及防治
本節是人教版第五章第二節氮及其化合物的內容。本節內容主要包括：氮及氮的固定、一氧化氮和二氧化氮、氨和銨鹽、硝酸、酸雨及其防治。教材首先根據氮的原子結構知識，應用前一節掌握的研究非金屬單質性質的基本思路預測氮的化學性質，滲透條件對化學反應的影響，引出氮的固定對人類生存的重要意義。之后，根據物質類別研究氮的化合物，包括一氧化氮、二氧化氮、硝酸、氨和銨鹽的化學性質。以工業合成氨、工業制硝酸的生產原理為載體，應用氧化還原反應原理，設計含氮化合物的轉化，使學生認識到從一種原料轉化成多種產品，路徑之一是通過氧化還原反應改變主要元素的化合價，提升“變化觀念”等學科核心素養。教材設置銨根離子的檢驗、實驗室制取氨的實驗活動，讓學生根據氨、銨根離子的性質和反應，選擇合適的試劑，設計檢驗或者制取物質的方案，提升其科學探究的能力。最后，教材編入“酸雨及其防治”內容以及“測定雨水的pH”的研究與實踐活動，綜合運用硫和氮及其化合物的相關知識，尋求證據參與社會性議題的討論，分析硫酸工業、合成氨工業對社會發展的價值和對環境的影響，有意識地滲透資源合理利用和環境保護的意識。
《普通高中化學課程標準(2017版)》對本節的要求：結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究，了解氮及其重要化合物的主要性質，認識這些物質在生產中的應用和對生態環境的影響。結合實例認識金屬、非金屬及其化合物的多樣性，了解通過化學反應可以探索物質性質、實現物質轉化，認識物質及其轉化在自然資源綜合利用和環境保護中的重要價值。其情景素材建議為：“雷雨發莊稼”；氮的循環與氮的固定；工業合成氨、工業制硫酸（或硝酸）；氮肥的生產與合理使用；氯氣、氨氣等泄漏的處理；酸雨的成因與防治；汽車尾氣的處理。因此內容安排三個課時：第一課時為氮氣與氮的固定，一氧化氮和二氧化氮，第二課時為氨和銨鹽，第硝酸和酸雨及防治。本節為第二課時的內容：硝酸和酸雨及防治。
【學習目標】
1、能運用氧化還原反應知識理解硝酸的氧化性。
2、認識硝酸在相關反應中體現的性質，了解硝酸的保存方法。
3、了解SO2、NO2對大氣質量的影響，特別是酸雨的成因、危害及防治措施。
【核心素養】
1、通過學習硝酸的性質及原子守恒法、電子守恒法的應用，培養學生論據推理與模型認知的化學核心素養。
2、通過酸雨的形成及防治認識化學對人類的作用，培養學生科學態度與社會責任的化學核心素養。
硝酸的物理和化學性質。
酸雨形成的原因和防治。
多媒體、硝酸、銅絲、NaOH、具支試管等
【引入】為什么硝酸泄漏會有黃色的氣體產生？
【講解】
一、硝酸
1、物理性質：無色、易揮發、有刺激性氣味的液體
2、化學性質：
(1) HNO3的不穩定性
a. 濃硝酸見光或受熱時發生反應
4HNO3(濃) 4NO2↑+O2↑+2H2O
b. 貯存：一般將濃硝酸保存在棕色玻璃瓶中，并避光放置于冷暗處
(2) HNO3的強氧化性
① 與Cu反應
【實驗探究】
【實驗5-8】
如圖5-14所示，在橡膠塞側面挖一個凹槽，并嵌入下端卷成螺旋狀的銅絲。向兩支具支試管中分別加入2mL濃硝酸和稀硝酸，用橡膠塞塞住試管口，使銅絲與硝酸接觸，觀察并比較實驗現象。向上拉銅絲，終止反應。
【觀看視頻】
稀硝酸 濃硝酸
實驗 現象 反應緩慢,有少量氣泡產生,__________,試管口有紅棕色氣體產生 反應劇烈,有__________產生,__________,液面上有________氣體產生
實驗 結論 銅與稀硝酸常溫下緩慢反應生成_____氣體 銅與濃硝酸常溫下劇烈反應生成_____氣體
Cu+4HNO3(濃) === Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀) === 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
硝酸的濃度不同，與金屬反應的產物也不同。
濃硝酸的還原產物為NO2，稀硝酸的還原產物為NO
② 常溫下濃硝酸能使Fe、Al發生鈍化
Al + 6HNO3(濃) Al(NO3)3+ 3NO2↑+ 3H2O
Fe+6HNO3(濃)Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O
③ 與非金屬反應
C+4HNO3（濃） 2H2O+4NO2↑+CO2↑
S+6HNO3(濃) H2SO4+6NO2↑+2H2O
【資料卡片】
勞厄和弗蘭克，曾獲得1914年和1925年的物理學獎，德國納粹政府要沒收他們的諾貝爾獎牌，他們輾轉來到丹麥，請求丹麥同行、1922年物理學獎得主玻爾幫忙保存。1940年，納粹德國占領丹麥，受人之托的玻爾急得團團轉。同在實驗室工作的一位匈牙利化學家赫維西（1943年化學獎得主）幫他想了個好主意：將獎牌放入“王水” 中，純金獎牌便溶解了。玻爾于是將溶液瓶放在實驗室架子上，來搜查的納粹士兵果然沒有發現這一秘密。戰爭結束后，溶液瓶里的黃金被還原后送到斯德哥爾摩，按當年的模子重新鑄造，于1949年完璧歸趙。
濃硝酸和濃鹽酸按體積比為1∶3混合得到的混合物。
能使不溶于硝酸的金屬如金、鉑等溶解。
【思考與交流】
硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、農藥、炸藥、染料等。工業上制硝酸的原理是將氨經過一系列反應得到硝酸，如下圖所示：
(1) 寫出每一步反應的化學方程式。
(2) 請分析上述反應中的物質類別和氮元素化合價的變化情況，以及每一步反應中含氮物質發生的是氧化反應還是還原反應。
寫出有關化學方程式:
N2→NH3: 。
NH3→NO: 。
NO→NO2: 。
NO2→HNO3: 。
【講解】
二、酸雨及防治
煤、石油和某些金屬礦物中含有硫，在燃燒或冶煉時往往會生成二氧化硫。在機動車發動機中，燃料燃燒產生的高溫條件會使空氣中的氮氣與氧氣反應，生成氮氧化物。它們會引起呼吸道疾病，危害人體健康，嚴重時會使人死亡。
1. 酸雨的形成
酸雨：主要指 pH小于5.6 的雨水，其主要是含有硫酸和硝酸。
成因：主要是大氣中的SO2與NOx溶于水形成的。
硫酸型酸雨：S→SO2→SO3→H2SO4
硝酸型酸雨：NO2→HNO3
2. 酸雨的危害
(1)對人體的直接危害首先是它的刺激性，其次是它會形成硫酸霧和硫酸鹽霧，其毒性比SO2大，能浸入人的肺部，引起肺水腫等疾病而使人致死。
(2)引起河流、湖泊的水體酸化，嚴重影響水生動物生長。
(3)破壞土壤、植被、森林。
(4)腐蝕金屬、油漆、皮革、紡織品及建筑材料等。
(5)滲入地下，可引起地下水酸化，酸化后的地下水中鋁、銅、鋅、鎘等對人體有害金屬元素的含量會偏高。
3. 酸雨的防治
(1)調整能源結構，積極開發新能源
(2)對煤（其中含硫為0.3%-5%)進行處理，如選洗加工、綜合開發、在煤中加入適量的生石灰、對排放的煙進行處理等
(3)種植能夠吸收SO2的有關樹木(如臭椿、垂柳、柳杉）等
(4)加強工廠廢氣的回收處理
(5)改進汽車尾氣的處理技術，控制尾氣排放
【研究與實踐】
測定雨水的pH
【研究目的】
酸雨對環境危害巨大，人們已經采取多種措施來防治酸雨。通過以下活動了解測定雨水pH的方法，認識酸雨的危害，激發保護環境的緊迫感。
【研究任務】
(1) 收集資料
a以“酸雨”為關鍵詞進行搜索，了解酸雨的形成原因、基本類型、相關危害及預防和治理措施。|圖5-17用出計測量水樣的酸度
(2) 測定雨水的pH根據收集的資料，確定測定雨水pH的過程和方法并進行實踐，對結果進行分析和討論。可參考如下過程：
①下雨時用容器直接收集一些雨水作為樣品，靜置，以蒸餾水或自來水作為參照，觀察并比較它們的外觀；
②用pH試紙（或pH計）測量雨水和蒸餾水的酸度并記錄；
③有條件的話，可連續取樣并測定一段時間（如一周）內本地雨水、地表水或自來水的pH，將得到的數據列表或作圖，確定你所在地區本時間段內雨水等的平均酸度。
【結果與討論】
【總結】
【課堂練習】
1. 下述實驗中均有紅棕色氣體產生，對比分析所得結論不正確的是 (　　)
A.由①中的紅棕色氣體，推斷產生的氣體一定是混合氣體
B.紅棕色氣體不能表明②中木炭與濃硝酸發生了反應
C.由③說明濃硝酸具有揮發性，生成的紅棕色氣體為還原產物
D.③的氣體產物中檢測出CO2，由此說明木炭一定與濃硝酸發生了反應
2.下列反應中硝酸既能表現出酸性又表現出氧化性的是 (　　)
A.使石蕊試液變紅
B.與銅反應放出NO氣體,生成Cu(NO3)2
C.與Na2CO3反應放出CO2氣體,生成NaNO3
D.與S單質混合共熱時生成H2SO4和NO2
3. 在標準狀況下將1.92 g銅粉投入一定量濃硝酸中,隨著銅粉的溶解,反應生成的氣體顏色逐漸變淺,當銅粉完全溶解后共收集到由NO2和NO組成的混合氣體1.12 L,則混合氣體中NO的體積為 (　　 )
A.112 mL　　B.1 008 mL　　C.224 mL　　D.448 mL
4. 9.7 g Cu和Zn的合金與足量的稀硝酸反應,還原產物只有NO氣體,其體積在標準狀況下為2.24 L。將溶液稀釋為1 L,測得溶液的c(H+)=0.1 mol·L-1,此時溶液中NO3-的濃度為 (　　)
A.0.3 mol·L-1 B.0.4 mol·L-1 C.0.2 mol·L-1 D.0.6 mol·L-1
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