資源簡介

(共22張PPT)
第五章 化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素
第二節(jié) 氮及其化合物
課時3 硝酸
課堂導(dǎo)入
硝酸不僅是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要化工原料，而且也是制造炸藥的重要戰(zhàn)爭物資。早在1913年之前，人們發(fā)現(xiàn)德國有發(fā)動世界大戰(zhàn)的可能，便開始限制德國進(jìn)口硝石，以為這樣世界就會太平無事了。但在1914年，德國還是發(fā)動了第一次世界大戰(zhàn)，人們又錯誤的估計戰(zhàn)爭頂多只會打半年，原因是德國的硝酸儲量不足，火藥生產(chǎn)受到了限制。由于人們的種種錯誤分析，使得第一次世界大戰(zhàn)蔓延開來，戰(zhàn)爭打了四個多年頭，造成了極大的災(zāi)難，奪去了人們無數(shù)的生命財產(chǎn)。德國為什么能堅持這么久的戰(zhàn)爭呢？是什么力量在支持著它呢？原因便是化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，德國人早就對合成硝酸進(jìn)行了研究。
課堂導(dǎo)入
1908年，德國化學(xué)家哈伯首先在實驗室用氫和氮氣在600℃、200KPa的大氣壓下合成了氨，產(chǎn)率雖只有2％，這也是一項重大的突破。后由布什提高了產(chǎn)率，完成了工業(yè)化設(shè)計，建立了年產(chǎn)1000噸氨的生產(chǎn)裝置，用氨氧化法甚至可生產(chǎn)3000噸硝酸，利用這些硝酸可制造3500噸烈性炸藥TNT。這項工作已在大戰(zhàn)前的1913年便完成了，這就揭開了第一次世界大戰(zhàn)中的一個謎。
課堂學(xué)習(xí)
硝酸
顏色 狀態(tài) 氣味 揮發(fā)性 水溶性 密度
無色 液體 刺激性 易揮發(fā)性 與水任意比例互溶 比水大
純硝酸是無色(久置可能呈黃色)、易揮發(fā)(沸點為83℃)、有刺激性氣味的液體，密度(1.5027 g/cm3)比水大，能以任意比溶解于水。
硝酸是一元強(qiáng)酸，具有腐蝕性，使用時須注意防護(hù)和通風(fēng)。
質(zhì)量分?jǐn)?shù)為69%的硝酸為濃硝酸，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%以上的硝酸為發(fā)煙硝酸。
課堂學(xué)習(xí)
硝酸
與硫酸類似，硝酸的濃度不同，化學(xué)性質(zhì)也不同，一般認(rèn)為稀硝酸具備酸的通性。
課堂學(xué)習(xí)
硝酸
濃硝酸不穩(wěn)定，見光或受熱易分解：
4HNO3 = 4NO2↑ + O2↑ + 2H2O
長期存放的濃硝酸呈黃色是因為其分解生成的NO2溶于硝酸中，且硝酸越濃越易分解，故實驗室常將濃硝酸保存在棕色細(xì)口試劑瓶中，并放置在陰涼處(且不用橡膠塞保存，防止氧化)。
我們學(xué)過的氯水以及常見的AgNO3、AgCl等均用棕色試劑瓶保存，它們的共同特點是見光易分解，因此，我們也可推測出HNO3具有不穩(wěn)定性。
HNO3具有強(qiáng)氧化性，能夠與某些金屬或非金屬反應(yīng)，且硝酸的濃度不同，生成的產(chǎn)物也不同。
如濃硝酸、稀硝酸與銅反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為：
Cu + 4HNO3(濃) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
與非金屬在加熱的條件下反應(yīng)：
C + 4HNO3(濃) = CO2↑ + 4NO2↑ + 2H2O
S + 6HNO3(濃) = H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O
P + 5HNO3(濃) = H3PO4 + 5NO2↑ + H2O
非金屬和稀硝酸反應(yīng)很緩慢，一般認(rèn)為不反應(yīng)。
課堂學(xué)習(xí)
硝酸
課堂學(xué)習(xí)
硝酸
實驗操作 實驗現(xiàn)象 實驗原理 實驗結(jié)論
稀HNO3與Cu 反應(yīng)較慢，產(chǎn)生無色氣體，瓶口變成棕紅色，生成淺藍(lán)色溶液 3Cu + 8H+ + 2NO3- + 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O 稀硝酸具有強(qiáng)氧化性
濃HNO3與Cu 劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生棕紅色氣體，生成深藍(lán)色溶液 Cu + 4H+ + 2NO3- = Cu2+ + 2NO2↑ + 2H2O 濃硝酸具有強(qiáng)氧化性
實驗操作 實驗現(xiàn)象 實驗原理 實驗結(jié)論
稀HNO3與Cu
濃HNO3與Cu
根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象可知，濃硝酸比稀硝酸反應(yīng)更快，原因是濃硝酸氧化性更強(qiáng)。反應(yīng)中HNO3既顯氧化性，又顯酸性，其標(biāo)志是生成了Cu(NO3)2。
稀硝酸中加入紫色石蕊試液變紅，濃硝酸中加入紫色石蕊試液先變紅后褪色(微熱)，說明濃硝酸的氧化性強(qiáng)于稀硝酸，且濃度越大氧化性越強(qiáng)。
課堂學(xué)習(xí)
硝酸
在常溫下，鐵、鋁的表面被濃硝酸或濃硫酸氧化，生成了一層致密的氧化物薄膜，這層薄膜阻止了酸與內(nèi)層金屬的進(jìn)一步反應(yīng)(鈍化)。
而在加熱時，鐵、鋁會與濃硝酸或濃硫酸發(fā)生反應(yīng)。
Al + 6HNO3(濃) = Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O
Fe + 6HNO3(濃) = Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O
金(Au)和鉑(Pt)雖然不能溶于硝酸，卻可以溶于王水。
王水：濃硝酸和濃鹽酸的混合物(體積比為1:3)。
因此，可以用鐵制或鋁制容器運輸濃硫酸和濃硝酸，其余金屬除金(Au)和鉑(Pt)之外均可以和硝酸在常溫下反應(yīng)，比如銀：
3Ag + 4HNO3(稀) = 3AgNO3 + NO↑ + 2H2O
課堂學(xué)習(xí)
硝酸
反應(yīng)通式：
金屬 + 濃HNO3 → 金屬硝酸鹽 + NO2↑ + H2O
金屬 + 稀HNO3 → 金屬硝酸鹽 + NO↑ + H2O
活潑金屬與硝酸反應(yīng)不生成H2，硝酸濃度不同，還原產(chǎn)物不同，一般情況下濃硝酸還原產(chǎn)物為NO2，稀硝酸還原為NO，極稀硝酸可為N2O、N2、NH4NO3等。
HNO3(總量) = 體現(xiàn)酸性的HNO3 + 被還原的HNO3；
過量金屬與濃HNO3反應(yīng)時，隨著反應(yīng)進(jìn)行，硝酸濃度降低，產(chǎn)物會發(fā)生改變，反應(yīng)結(jié)束后溶液中會含NO3-，若向其中加酸，金屬會繼續(xù)被氧化。
課堂學(xué)習(xí)
硝酸
化學(xué)反應(yīng)中，物質(zhì)的量不同，最終的產(chǎn)物不同，你能寫出少量和過量的Fe與稀硝酸反應(yīng)的反應(yīng)方程式嗎？
Fe(少量) + 4HNO3(稀) = Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+
3Fe(過量) + 8HNO3(稀) = 3Fe(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
NO3-在酸性條件下，就相當(dāng)于硝酸溶液，具有著強(qiáng)氧化性，故在強(qiáng)酸性條件下NO3-與Fe2+、I-、Br-、S2-、SO32-等還原性離子不能大量共存，而在弱酸性或堿性條件下NO3-與Fe2+就可以大量共存。
工業(yè)制硝酸的原理如圖所示，你能寫出相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式嗎？
①氮元素被還原；
②氮元素被氧化；
③單元素被氧化；
④氮元素被氧化。
課堂學(xué)習(xí)
硝酸
硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、農(nóng)藥、炸藥、染料等。
課堂學(xué)習(xí)
酸雨及防治
硫和氮都是極其重要的化工原料，但他們在生產(chǎn)生活中發(fā)揮重要作用的同時，也帶來了一些環(huán)境問題，例如酸雨。因此，工業(yè)廢氣排放到大氣中之前，必須進(jìn)行適當(dāng)處理，防止有害物質(zhì)污染大氣，并充分利用原料。
課堂學(xué)習(xí)
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(jī)動車發(fā)動機(jī)中，燃料燃燒產(chǎn)生的高溫條件會使空氣中的氮氣與氧氣反應(yīng)，生成氮氧化物。
而氮和硫的氧化物都會引起酸雨和呼吸道疾病，危害人體健康，嚴(yán)重時會使人死亡。
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：二氧化硫、氮氧化物及它們在大氣中發(fā)生反應(yīng)后的生成物溶于雨水會形成酸雨。
界定：正常雨水因溶解了CO2，其pH約為5.6，而酸雨的pH小于5.6。
類型：
硫酸型酸雨：S→SO2→SO3→H2SO4
硝酸型酸雨：NO2→HNO3
汽車尾氣NO→NO2→HNO3
課堂學(xué)習(xí)
酸雨及防治
酸雨主要有以下危害：
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(yán)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。
課堂學(xué)習(xí)
酸雨及防治
既然二氧化硫和氮氧化物有如此危害，那應(yīng)該如何消除這些有害氣體呢？
SO2的消除方法
①鈣基固硫法：將生石灰和含硫的煤混合燃燒，S轉(zhuǎn)化為CaSO4。
反應(yīng)原理：CaO + SO2 = CaSO3、2CaSO3 + O2 = 2CaSO4 (生產(chǎn)石膏)
總反應(yīng)：2CaO + 2SO2 + O2 = 2CaSO4
②氨水脫硫法：將SO2通過氨水并被氧化生成氮肥(NH4)2SO4。
反應(yīng)原理：2NH3·H2O + SO2 = (NH4)2SO3 + H2O、2(NH4)2SO3 + O2 = 2(NH4)2SO4
③堿液吸收法：SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O。
NOx的消除
①堿液吸收法
2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O、NO2 + NO + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O
NO2、NO的混合氣體能被足量燒堿溶液完全吸收的條件是n(NO2) ≥ n(NO)。
②催化轉(zhuǎn)化法： NOx和NH3或CO在高溫和催化劑的條件下反應(yīng)生成N2。
課堂學(xué)習(xí)
酸雨及防治
雨水的pH測定：
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可連續(xù)取樣并測定一段時間(如一周)內(nèi)本地雨水、地表水或自來水的pH，將得到的數(shù)據(jù)列表或作圖，確定你所在地區(qū)本時間段內(nèi)雨水等的平均酸度。
防治酸雨的方法：
調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，積極開發(fā)新能源；
研究煤的脫硫、燃燒技術(shù)，減少SO2排放；
種植能夠吸收SO2的樹木(如臭椿)等；
加強(qiáng)工廠廢氣的回收處理；
改進(jìn)汽車尾氣的處理技術(shù)，控制尾氣排放。
SO2 + CaO = CaSO3
2CaSO3 + O2 = 2CaSO4 (生產(chǎn)石膏)
2NO(g) + 2CO(g) = 2CO2(g) + N2(g)
課堂鞏固
正誤判斷
1. 硝酸可以和亞硫酸鈉反應(yīng)生成二氧化硫。
4. 燃燒化石燃料產(chǎn)生的二氧化碳會造成溫室效應(yīng)和酸雨。
2. 王水可以溶解任何金屬，說明氧化性強(qiáng)于硝酸。
3. 汽車尾氣、硝酸廠和化肥廠的廢氣中都含有氮氧化物。
×
√
√
×
課堂鞏固
將25.6mg Cu與1.4×10-3mol的濃硝酸恰好完全反應(yīng)，反應(yīng)后收集到的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為 mL(假設(shè)反應(yīng)中只產(chǎn)生氮的氧化物)。
將1.92g銅粉與一定量濃硝酸恰好完全反應(yīng)，反應(yīng)后收集到的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為1120mL，則消耗硝酸的物質(zhì)的量為 mol(假設(shè)反應(yīng)中只產(chǎn)生氮的氧化物)。
13.44
0.11
3.2g銅與過量硝酸(8 mol·L-1、30 mL)充分反應(yīng)，硝酸的還原產(chǎn)物為NO2和NO，反應(yīng)后溶液中含有a mol H+，此時溶液中所含NO3-的物質(zhì)的量為 mol。
0.1+a
課堂鞏固
把22.4g鐵完全溶解于某濃度的硝酸中，反應(yīng)只收集到0.3 mol NO2和0.2 mol NO，下列說法正確的是 ( )
A. 反應(yīng)后生成的鹽只有Fe(NO3)3
B. 反應(yīng)后生成的鹽只有Fe(NO3)2
C. 產(chǎn)物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3 的物質(zhì)的量之比為1:3
D. 產(chǎn)物中Fe(NO3)2和Fe(NO3)3 的物質(zhì)的量之比為3:1
D
課堂小結(jié)
謝謝觀看
THANKS

展開更多......

收起↑