資源簡介

基礎課時6　硝酸、酸雨及其防治
學習目標　1.結合真實情境,了解硝酸的主要性質,認識硝酸在生產中的應用和對生態環境的影響。2.認識氮及其化合物的多樣性,了解通過化學反應可以探索物質的性質,實現物質的轉化。
一、硝酸的性質及工業制法
(一)知識梳理
1.物理性質
硝酸是無色、易揮發、有刺激性氣味的液體。
2.化學性質
(1)酸的通性(寫出HNO3與下列物質反應的離子方程式)
①與堿(如NaOH):H++OH-===H2O。
②與堿性氧化物(如Na2O):2H++Na2O===2Na++H2O。
③與弱酸鹽(如CaCO3):CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O。
(2)不穩定性
濃硝酸見光或受熱易分解,化學方程式為4HNO34NO2↑+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,實驗室常將濃硝酸保存在棕色試劑瓶中,并放置在陰涼處。
(3)強氧化性
①分別寫出濃HNO3和稀HNO3與銅的反應化學方程式:Cu+4HNO3(濃)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O、3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O ;根據反應可知,濃HNO3與金屬銅反應生成NO2,稀HNO3與金屬銅反應生成NO,硝酸表現氧化性和酸性,銅與濃硝酸反應更劇烈,說明濃HNO3的氧化性更強。
②鈍化
常溫下,鐵、鋁的表面被濃硝酸或濃硫酸氧化,生成一層致密的氧化物薄膜,阻止了酸與內層金屬的進一步反應。所以常溫下可以用鐵或鋁制容器來盛裝濃硝酸或濃硫酸。當加熱時,鐵、鋁會與濃HNO3或濃H2SO4發生反應。
③王水:組成為濃硝酸和濃鹽酸的混合物(體積比為1∶3 ),能使一些不溶于硝酸的金、鉑等金屬溶解。
3.硝酸的工業制法
寫出上述轉化的化學方程式,并指出含氮物質發生的是氧化反應還是還原反應:
①N2+3H22NH3,N2發生還原反應。
②4NH3+5O24NO+6H2O,NH3發生氧化反應。
③2NO+O2===2NO2,NO發生氧化反應。
④3NO2+H2O===2HNO3+NO,NO2既發生氧化反應,又發生還原反應。
4.用途
硝酸是重要的化工原料,用于制化肥、農藥、炸藥、染料等。
(二)互動探究
材料1　濃HNO3和稀HNO3分別與銅的反應現象如下表。
實驗裝置 向兩支具支試管中分別加入濃硝酸和稀硝酸
實驗現象 濃HNO3:試管內產生大量紅棕色氣體,反應逐漸加快,銅絲逐漸變細,試管中溶液由無色變為藍色 稀HNO3:試管內開始產生少量無色氣體,反應逐漸加快,氣體在試管上部變為紅棕色,溶液逐漸變藍,銅絲逐漸變細,試管中溶液由無色變為藍色
材料2　活潑金屬與硝酸反應不生成H2,硝酸的濃度不同,還原產物不同。
【問題討論】
問題1　材料表明,硝酸具有較強氧化性。硝酸呈現氧化性的實質是什么
提示　硝酸呈氧化性的本質是HNO3中+5價氮元素具有氧化性。
問題2　若把硝酸滴加到石蕊溶液中,溶液先變紅后褪色,出現該現象的原因是什么
提示　硝酸顯酸性使石蕊溶液變紅,因強氧化性而具有漂白性,又使其褪色。
問題3　一定量的金屬銅放入濃硝酸后,金屬銅有剩余,推測產生的氣體成分可能有哪些 再向其中加入少量的稀硫酸,金屬銅還會繼續溶解嗎
提示　產生的氣體可能是NO2和NO的混合氣體。向有金屬銅剩余的溶液中加入少量稀硫酸,稀硫酸提供氫離子,與溶液中的N會繼續與銅反應。
問題4　鐵在常溫下可以和稀硝酸反應,預測鐵與稀硝酸反應的產物,試寫出化學方程式。
提示　硝酸與變價金屬(如Fe)反應,根據金屬量的多少分別得到高價、低價或兩種價態共存的混合物。反應的化學方程式為Fe(少量)+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+NO↑+2H2O;3Fe(過量)+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O。
【探究歸納】
(1)硝酸強氧化性的規律
①硝酸的濃度越大,反應溫度越高,其氧化性越強。
②濃硝酸的還原產物是NO2,稀硝酸的還原產物是NO。
③還原劑一般被氧化為最高價態。
(2)硝酸強氧化性的表現
①硝酸與金屬的反應:既體現強氧化性,又體現酸性。
②硝酸與非金屬的反應:僅表現強氧化性。
實例:C+4HNO3(濃)CO2↑+4NO2↑+2H2O。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.氮及其化合物的變化關系如圖所示。則下列說法不正確的是 (　　)
A.路線①②③是工業生產硝酸的主要途徑
B.路線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷電固氮生成硝酸的主要途徑
C.上述所有反應都是氧化還原反應
D.氮氣可在足量的氧氣中通過一步反應生成NO2
答案　D
解析　氮氣和氧氣在放電或高溫條件下反應生成NO,NO與O2反應生成NO2,即氮氣與氧氣不能一步轉化為NO2。
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.能使紫色石蕊溶液變為紅色
B.與銅反應放出一氧化氮氣體,生成硝酸銅
C.與碳酸鈉反應放出二氧化碳氣體,生成硝酸鈉
D.與紅熱的碳混合時生成二氧化碳和二氧化氮
答案　B
解析　硝酸使紫色石蕊溶液變為紅色,與碳酸鈉反應放出二氧化碳氣體,表現的都是硝酸的酸性;硝酸與紅熱的碳混合時生成二氧化碳和二氧化氮,表現的是硝酸的強氧化性;硝酸與銅反應生成硝酸銅、一氧化氮和水,既表現其強氧化性又表現其酸性。
3.下列有關硝酸化學性質的敘述正確的是 (　　)
A.硝酸能與Na2SO3反應,但不生成SO2
B.硝酸的氧化性很強,能氧化所有金屬
C.可用鋁或鐵制容器盛裝稀硝酸
D.濃硝酸因易揮發出HNO3而呈黃色
答案　A
解析　硝酸與Na2SO3發生氧化還原反應,Na2SO3被氧化生成Na2SO4,不會生成SO2,A正確;硝酸具有強氧化性,能氧化大部分金屬,Au、Pt等除外,B錯誤;常溫下,Fe、Al均能與稀硝酸反應,不能用鋁或鐵制容器盛裝稀硝酸,C錯誤;濃硝酸見光或受熱易分解,生成的NO2溶于其中而使濃硝酸呈黃色,D錯誤。
二、酸雨及防治
(一)知識梳理
1.SO2與NOx的主要來源
(1)SO2主要來自煤、石油的燃燒和某些含硫金屬礦物的冶煉。
(2)NOx主要來自機動車尾氣(高溫條件下氮氣和氧氣生成氮氧化物)。
2.酸雨
(1)概念:pH<5.6的降雨。正常雨水由于溶解了CO2,其pH約為5.6。
(2)成因:主要是大氣中的SO2和NO2溶于水形成的。
①硫酸型酸雨的形成過程如圖:
②硝酸型酸雨的形成過程如圖:
汽車尾氣→NONO2HNO3
(3)危害:
①直接損傷農作物、破壞森林和草原,使土壤、湖泊酸化。
②加速建筑物、橋梁、工業設備、運輸工具及電纜的腐蝕。
(4)防治
工業廢氣排放到大氣中之前,進行適當處理,防止有害物質污染大氣。
(二)互動探究
現有雨水樣品1份,每隔一段時間測定該雨水樣品的pH,所得數據如下
測試時間/h 0 1 2 3 4
雨水的pH 4.73 4.63 4.56 4.55 4.55
分析數據,回答問題。
【問題討論】
問題1　雨水樣品的pH變化的原因是什么 (結合化學方程式回答)
提示　酸雨放置時pH變小,其原因是雨水中的H2SO3被空氣中的氧氣氧化生成酸性更強的硫酸:SO2+H2OH2SO3、2H2SO3+O2===2H2SO4。
問題2　如果將剛取樣的上述雨水與用氯氣消毒的自來水相混合,pH將如何變化 原因是什么 (結合化學方程式回答)。
提示　變小。雨水與自來水混合,SO2與Cl2或H2SO3與HClO反應:SO2+2H2O+Cl2===H2SO4+2HCl或H2SO3+HClO===H2SO4+HCl。因此雨水與自來水混合后溶液pH將變小。
問題3　你能列舉出2點可以減少酸雨產生的途徑嗎
提示　減少酸雨的產生需減少SO2的排放,將煤轉化為清潔能源(如煤的氣化和液化),燃料脫硫、固硫,開發不含硫的新能源(如氫能、核能等)。
【探究歸納】
(1)含有SO2廢氣的兩種處理方法
①鈣基固硫法
工業上常用生石灰和含硫的煤混合后燃燒,燃燒時硫、生石灰、O2共同反應生成硫酸鈣,從而使硫轉移到煤渣中,反應的化學方程式為CaO+SO2CaSO3、2CaSO3+O22CaSO4,總反應的化學方程式為2CaO+2SO2+O22CaSO4。
②氨水脫硫法
該脫硫法采用噴霧吸收法,霧化的氨水與煙氣中的SO2直接接觸吸收SO2,其反應的化學方程式為2NH3+SO2+H2O===(NH4)2SO3、2(NH4)2SO3+O2===2(NH4)2SO4。
(2)含有NOx尾氣的處理方法
①堿液吸收法
硝酸工業產生的廢氣中含有較多的NO、NO2,可用強堿溶液進行吸收,同時獲得副產品。如:
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O;NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O。
注意: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催化轉化法
在催化劑、加熱條件下,氮氧化物通過與氨或CO反應轉化為無毒氣體(N2),一般適用于汽車尾氣的處理。如:6NO+4NH35N2+6H2O;6NO2+8NH37N2+12H2O。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.保護環境,就是關愛自己。下列說法中你認為不正確的是 (　　)
A.采用燃煤脫硫技術,可減少燃煤產生的SO2
B.酸雨是指pH小于7的雨水
C.大氣中氮氧化物主要來自汽車尾氣的排放
D.倡導低碳生活、綠色出行
答案　B
解析　燃煤中加入的生石灰可與煤燃燒產生的二氧化硫反應,最終生成硫酸鈣,從而減少了污染氣體的排放,達到脫硫的目的, A項正確; 酸雨是指pH小于5.6的雨水,B項錯誤;大氣中氮氧化物主要來自汽車尾氣的排放, C項正確;低碳生活是指在生活中要盡力減少所消耗的能量,減少二氧化碳的排放量,從而減少對大氣的污染,減緩生態惡化,故倡導低碳生活、綠色出行, D項正確。
2.酸雨是一種突出的環境問題。下列有關酸雨及其防治的說法正確的是 (　　)
A.酸雨主要是由空氣中CO2的濃度增大引起的
B.酸雨能直接損傷農作物,破壞森林,加速橋梁的腐蝕
C.向煤中加入適量石灰石,在燃燒時SO2最終生成CaSO3,可減少酸雨
D.汽車排氣管上裝有“催化轉化器”,使有毒的CO和NO反應生成N2和CO2,但不利于酸雨的防治
答案　B
解析　A項,酸雨主要是由SO2、NO2等氣體引起的,正常雨水由于溶解了CO2,其pH約為5.6,而SO2、NO2溶于雨水分別生成H2SO3(進一步氧化可生成H2SO4)和HNO3,使雨水pH<5.6,即為酸雨;C項,向煤中加入生石灰,CaO+SO2===CaSO3,2CaSO3+O22CaSO4;D項, 2CO+2NO2CO2+N2,防止發生NONO2HNO3,利于酸雨的防治。
　　　　　　　　　　　　　　　　
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)硝酸的性質及工業制法
1.下列關于硝酸說法正確的是 (　　)
A.硝酸與金屬反應,主要是+5價氮得電子
B.與金屬反應時,稀硝酸可能被還原為更低價態,則稀硝酸氧化性強于濃硝酸
C.硝酸電離出H+,能被Zn、Fe等金屬還原成H2
D.常溫下,向濃HNO3中投入Fe片,會產生大量紅棕色氣體
答案　A
解析　硝酸與金屬反應,主要是+5價氮得電子,生成氮的低價化合物,一般不生成氫氣;濃HNO3比稀HNO3氧化性強,根據Cu與濃HNO3和稀HNO3的反應劇烈程度可以證明;常溫下鐵遇到濃硝酸發生鈍化,不會生成大量紅棕色氣體。
2.硝酸被稱為“國防工業之母”,是因為它是制取炸藥的重要原料。下列實驗事實與硝酸的性質不相對應的是 (　　)
A.濃硝酸使紫色石蕊溶液先變紅后褪色——酸性和強氧化性
B.不能用稀硝酸與鋅反應制氫氣——強氧化性
C.要用棕色瓶盛裝濃硝酸——不穩定性
D.能使滴有酚酞的氫氧化鈉溶液的紅色褪去——強氧化性
答案　D
解析　向滴有酚酞的NaOH溶液中滴入硝酸,溶液紅色褪去,利用的是硝酸的酸性。
3.對于反應3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,下列敘述正確的是 (　　)
A.氧化劑和還原劑的物質的量之比為8∶3
B.被還原的HNO3和起酸性作用的HNO3的物質的量之比為3∶1
C.生成1 mol NO轉移的電子數為3NA
D.該反應中Cu(NO3)2為氧化產物,H2O為還原產物
答案　C
解析　A項,3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O中,Cu元素化合價由0價變為+2價,N元素化合價由+5價變為+2價,所以銅作還原劑,硝酸作氧化劑,參加反應的硝酸中有被還原,所以氧化劑和還原劑的物質的量之比是2∶3;B項,該反應中參加反應的硝酸中有被還原,所以被還原的HNO3和起酸性作用的HNO3的物質的量的比為1∶3;C項,該反應中轉移電子數=3×(2-0)=2×(5-2)=6,結合方程式可知生成1 mol NO轉移的電子數為3NA;D項,該反應中,銅作還原劑,則硝酸銅是氧化產物,部分硝酸作氧化劑,所以NO是還原產物。
4.銅粉放入稀硫酸中,加熱后無現象,當加入一種鹽后,銅粉質量減小,溶液變藍,同時有氣體產生。此鹽應是 (　　)
A.KCl B.FeCl3
C.NaNO3 D.K2CO3
答案　C
解析　銅粉不能與鹽酸反應,HNO3可以氧化銅粉,使之形成Cu2+,自身被還原產生NO,而FeCl3與銅粉反應無氣體放出,故加入的應是硝酸鹽。
5.某實驗小組用如圖裝置探究熾熱的木炭與濃硝酸發生的反應。
(1)按圖示接好裝置后,加入藥品或試劑前需進行的操作是　　　　　　;裝置A中盛裝濃硝酸的儀器的名稱為　　　　　　。
(2)濃硝酸與熾熱的木炭發生反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　。
(3)裝置B中盛裝的是去氧蒸餾水,寫出NO2與H2O反應的化學方程式:　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　;
裝置C中盛裝的是氫氧化鋇溶液(足量),觀察到的現象是　　　　　　,發生反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(4)有同學建議在裝置A、B間補充裝置E,裝置E的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)裝置D中收集到某無色氣體,同學甲猜想是NO,同學乙猜想是O2。
①若O2是由裝置A中反應生成的,則生成O2對應的化學方程式為　　　　　　　　　。
②若同學甲的猜想正確,則移開集氣瓶口的玻璃片,可觀察到的現象是　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)檢查裝置的氣密性　分液漏斗
(2)C+4HNO3(濃)CO2↑+4NO2↑+2H2O
(3)3NO2+H2O===2HNO3+NO　生成白色沉淀　Ba2++2OH-+CO2===BaCO3↓+H2O
(4)作安全瓶,防止倒吸
(5)①4HNO3(濃)4NO2↑+O2↑+2H2O　②集氣瓶的瓶口處的氣體變為紅棕色
解析　(1)加入藥品或試劑前需進行的操作是檢查裝置的氣密性;由圖可知裝置A中盛裝濃硝酸的儀器的名稱為分液漏斗;(2)濃硝酸與熾熱的木炭反應生成二氧化碳、二氧化氮和水,其化學方程式為C+4HNO3(濃)CO2↑+4NO2↑+2H2O;(3)二氧化氮和水反應生成硝酸和一氧化氮,其對應的化學方程式為3NO2+H2O===2HNO3+NO;從B→C的氣體中含有二氧化碳,二氧化碳可以和氫氧化鋇反應生成碳酸鋇沉淀,故現象為生成白色沉淀;對應的離子方程式為Ba2++2OH-+CO2===BaCO3↓+H2O;(4)二氧化氮在水中的溶解度較大,容易導致倒吸,故在裝置A、B間應該有防倒吸裝置,其作用是作安全瓶,防止倒吸;(5)①濃硝酸分解可以生成氧氣,其對應的化學方程式為4HNO3(濃)4NO2↑+O2↑+2H2O;②一氧化氮無色,容易和氧氣反應生成二氧化氮,二氧化氮為紅棕色氣體,故可觀察到的現象是集氣瓶的瓶口處的氣體變為紅棕色。
(二)酸雨及防治
6.酸雨是對pH小于5.6的降水的統稱。下列說法錯誤的是 (　　)
A.空氣中的SO2溶于水,最終形成酸雨
B.工業廢水任意排放是造成酸雨的主要原因
C.汽車排放的尾氣、硝酸廠和化肥廠的廢氣都含有能形成酸雨的氮氧化物
D.為了減少酸雨的形成,必須減少SO2的排放量,可對燃料進行脫硫處理
答案　B
解析　A項,二氧化硫與水反應生成亞硫酸,亞硫酸能被氧化為硫酸,從而形成酸雨;B項,工業廢水任意排放會造成水污染,與酸雨的形成無必然關系;C項,汽車排放的尾氣、硝酸廠和化肥廠的廢氣中都含有氮氧化物;D項,燃料脫硫可減少二氧化硫的排放量。
7.大氣中的二氧化硫和二氧化氮溶于水后會形成酸雨。下列說法錯誤的是 (　　)
A.二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要物質
B.酸雨的主要成分為H2SO4和HNO3
C.汽車尾氣中的NOx是指NO2
D.煤燃燒時加入適量石灰石,可減少廢氣中SO2的量
答案　C
解析　二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要物質,A項正確;酸雨的主要成分為H2SO4和HNO3,B項正確;汽車尾氣中的NOx是指NO、NO2,C項錯誤;煤燃燒時加入適量石灰石,將發生反應CaCO3CaO+CO2↑,CaO+SO2CaSO3,減少了廢氣中SO2的量,D項正確。
8.酸雨的形成是一種復雜的大氣化學和光學化學過程,在清潔空氣、污染空氣中形成硫酸型酸雨的過程如下:
下列有關說法不正確的是 (　　)
A.所涉及的變化均為氧化還原反應
B.光照是酸雨形成的必要條件之一
C.污染指數越高形成酸雨的速率越快
D.優化能源結構能有效遏制酸雨污染
答案　A
解析　SO2變為激發態SO2并未發生氧化還原反應,A不正確;產生激發態SO2和·OH自由基需要光照條件,B正確;途徑Ⅱ的速率大于途徑Ⅰ,C正確;優化能源結構可減少SO2的產生、減輕空氣污染,能有效遏制酸雨污染,D正確。
B級　素養培優練
9.硝酸在工業上有著廣泛的應用,可用于制化肥、農藥、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,其過程如圖所示:
下列說法錯誤的是 (　　)
A.合成塔實現了氮的固定
B.N2轉化為硝酸的過程中,氮元素一直被氧化
C.從吸收塔出來的尾氣不經處理任意排放可能會造成酸雨
D.合成塔和氧化爐中的反應均需要催化劑,目的是加快反應速率,提高生產效率
答案　B
解析　合成塔中氮氣和氫氣反應生成氨氣,實現了氮的固定,A正確;N2轉化為NH3的過程中氮元素被還原,在NO2轉化為硝酸的過程中,氮元素部分被還原為NO,B錯誤;從吸收塔出來的尾氣中含有氮的氧化物,不經處理任意排放可能會造成硝酸型酸雨,C正確;合成氨反應和氨的催化氧化反應均需要催化劑,目的是加快反應速率,提高生產效率,D正確。
10.下列有關實驗操作、現象和解釋或結論都正確的是 (　　)
選項 實驗操作 現象 解釋或結論
A 過量的Fe粉中加入稀HNO3,充分反應后,滴入KSCN溶液 溶液呈紅色 稀HNO3將Fe氧化為Fe3+
B 常溫下,Fe、Al放入濃HNO3或濃H2SO4中 無明顯現象 Fe、Al遇濃HNO3或濃H2SO4發生鈍化
C Al箔插入稀HNO3中 無現象 Al箔表面被HNO3氧化,形成致密的氧化膜
D 用玻璃棒蘸取濃HNO3點到紅色石蕊試紙上 試紙 變藍色 濃HNO3具有酸性
答案　B
解析　A項,稀硝酸與鐵粉反應,鐵首先被氧化成Fe3+,過量鐵粉將Fe3+還原,最終得到Fe2+,滴入KSCN溶液不顯紅色;B項,常溫下,Fe、Al在濃HNO3或濃H2SO4中發生鈍化,生成致密的保護膜阻止了反應進行;C項,Al箔能與稀HNO3反應放出氣體;D項,濃硝酸具有氧化性,能使藍色石蕊試紙先變紅后褪色。
11.稀HNO3的還原產物可以是NO、N2O、N2、NH4NO3。在稀HNO3和Zn的反應中,硝酸既體現了酸性又體現了氧化性。若有10 mol HNO3參加反應,則有8 mol電子轉移,由此推斷稀HNO3的還原產物可能為 (　　)
A.NO B.NO 2
C.N2 D.NH4NO3
答案　D
解析　在稀HNO3和Zn的反應中,硝酸既體現了酸性又體現了氧化性。若有10 mol HNO3參加反應,有8 mol電子轉移,則生成4 mol Zn(NO3)2,用掉8 mol HNO3,若余下的2 mol HNO3中N元素化合價都發生改變,則每個N原子降低4價,從而得出還原產物為N2O,若余下的2 mol HNO3中只有1 mol N原子價態降低,則由+5價降低到-3價,還原產物為NH4NO3,由此推斷稀HNO3的還原產物可能為N2O或NH4NO3。
12.實驗探究是學習化學的重要方法。以下是某研究小組探究硝酸性質的實驗:
實驗一　探究銅與濃硝酸的反應
圖甲、乙均為銅與濃硝酸反應的裝置。
(1)銅與濃硝酸反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(2)和甲裝置相比,乙裝置的優點是　　　　　　　　　　　　、　　　　　　。
實驗二　探究銅與稀硝酸的反應
研究小組通過乙裝置進行實驗二,無法確定氣體產物的組成,為進一步驗證氣體產物,設計了丙裝置。
(3)丙裝置中儀器a的名稱為　　　　　　。
(4)如圖所列裝置中,可作為NO氣體的收集裝置的是　　　　　　(填裝置序號)。
(5)實驗步驟:
①連接好儀器裝置后,首先進行的操作是　　　　　　。
②將繞成螺旋狀的銅絲一端插入U形管左側膠塞內,先打開活塞A,然后從漏斗中逐漸注入稀硝酸,當U形管注滿后,立即關閉活塞A,U形管中左管可觀察到的現象為:銅絲的表面有氣泡生成,　　　　　　。
③待反應停止后打開活塞A,U形管左管液面上升,儀器a中可觀察到　　　　　　。
(6)實驗評價:通過實驗現象,能否得出“銅與稀硝酸反應生成的氣體只有NO”的結論 說明理由:
　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(7)在0.2 mol·L-1 HNO3和0.1 mol·L-1 H2SO4的100 mL混合液中加入3.2 g銅粉,待充分反應后(若HNO3還原產物只有NO),所得溶液中Cu2+的物質的量濃度為　　　　　　 mol·L-1(假設溶液體積不變)。
答案　(1)Cu+4HNO3(濃)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
(2)可控制反應的進行　對尾氣進行處理
(3)球形干燥管
(4)CE
(5)①檢查裝置的氣密性　②左邊液面下降,右邊液面上升　③a中出現紅棕色氣體
(6)不能,由于NO2與水反應生成NO,不能確定氣體中除了NO是否還有其他氣體,如N2等,若是產生NH3,也會溶于溶液中　(7)0.15
解析　(1)銅與濃硝酸反應生成二氧化氮,化學方程式為Cu+4HNO3(濃)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。(2)和甲裝置相比,乙裝置的優點是可通過上下移動的銅絲控制反應的進行,用氫氧化鈉溶液對尾氣處理。(3)根據圖示,丙裝置中儀器a的名稱為球形干燥管。(4)NO易與O2反應,不能用排空氣法收集,用洗氣瓶排水法收集則導管要短進長出。如圖所列裝置中,可作為NO氣體的收集裝置的是CE。(5)①連接好儀器裝置后,首先進行的操作是檢查裝置的氣密性;②關閉活塞A,Cu與稀硝酸反應產生的NO排不出去,U形管中左管可觀察到的現象為銅絲的表面有氣泡生成,左邊液面下降,右邊液面上升;③待反應停止后打開活塞A,NO氣體從導管排出,U形管左管氣壓下降、液面上升,NO進入儀器a中,與O2反應生成紅棕色的NO2,可觀察到a中出現紅棕色氣體。(6)由于NO2與水反應生成NO,不能確定氣體中除了NO是否還有其他氣體,如N2等,若是產生NH3,也會溶于溶液中,故通過實驗現象,不能得出“銅與稀硝酸反應生成的氣體只有NO”的結論。(7)該操作下發生反應:3Cu+8H++2N===2NO↑+3Cu2++4H2O;體系中3.2 g銅粉物質的量為=0.05 mol,N物質的量為0.2 mol·L-1×0.1 L=0.02 mol,H+的物質的量為0.2 mol·L-1×0.1 L+0.1 mol·L-1×2×0.1 L=0.04 mol,根據方程式中化學計量數的關系,H+物質的量最少,用其計算,則所得Cu2+物質的量為0.015 mol,物質的量濃度為=0.15 mol·L-1。基礎課時6　硝酸、酸雨及其防治
學習目標　1.結合真實情境,了解硝酸的主要性質,認識硝酸在生產中的應用和對生態環境的影響。2.認識氮及其化合物的多樣性,了解通過化學反應可以探索物質的性質,實現物質的轉化。
一、硝酸的性質及工業制法
(一)知識梳理
1.物理性質
硝酸是　　　　色、　　　　揮發、有　　　　氣味的液體。
2.化學性質
(1)酸的通性(寫出HNO3與下列物質反應的離子方程式)
①與堿(如NaOH):　　　　　　　　　　　　。
②與堿性氧化物(如Na2O):　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
③與弱酸鹽(如CaCO3):　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(2)不穩定性
濃硝酸見光或受熱易分解,化學方程式為　　　　　　　　　　　　;
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,實驗室常將濃硝酸保存在棕色試劑瓶中,并放置在陰涼處。
(3)強氧化性
①分別寫出濃HNO3和稀HNO3與銅的反應化學方程式:　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　;
根據反應可知,濃HNO3與金屬銅反應生成　　　　,稀HNO3與金屬銅反應生成　　　　　　　　　　　　, 硝酸表現　　　　　　性和酸性,銅與濃硝酸反應更劇烈,說明濃HNO3的氧化性更　　　　　　　　　　　　。
②鈍化
常溫下,鐵、鋁的表面被濃硝酸或濃硫酸氧化,生成一層致密的　　　　薄膜,阻止了酸與內層金屬的進一步反應。所以常溫下可以用鐵或鋁制容器來盛裝濃硝酸或濃硫酸。當加熱時,鐵、鋁會與濃HNO3或濃H2SO4發生反應。
③王水:組成為濃硝酸和濃鹽酸的混合物(體積比為　　　　),能使一些不溶于硝酸的金、鉑等金屬溶解。
3.硝酸的工業制法
寫出上述轉化的化學方程式,并指出含氮物質發生的是氧化反應還是還原反應:
①　　　　　　　　　　　　, N2發生　　　　反應。
②　　　　　　　　　　　　, NH3發生　　　　反應。
③　　　　　　　　　　　　, NO發生　　　　反應。
④　　　　　　　　　　　　, NO2既發生　　　　反應,又發生　　　　反應。
4.用途
硝酸是重要的化工原料,用于制化肥、農藥、炸藥、染料等。
(二)互動探究
材料1　濃HNO3和稀HNO3分別與銅的反應現象如下表。
實驗 裝置 向兩支具支試管中分別加入濃硝酸和稀硝酸
實驗 現象 濃HNO3:試管內產生大量紅棕色氣體,反應逐漸加快,銅絲逐漸變細,試管中溶液由無色變為藍色 稀HNO3:試管內開始產生少量無色氣體,反應逐漸加快,氣體在試管上部變為紅棕色,溶液逐漸變藍,銅絲逐漸變細,試管中溶液由無色變為藍色
材料2　活潑金屬與硝酸反應不生成H2,硝酸的濃度不同,還原產物不同。
【問題討論】
問題1　材料表明,硝酸具有較強氧化性。硝酸呈現氧化性的實質是什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　若把硝酸滴加到石蕊溶液中,溶液先變紅后褪色,出現該現象的原因是什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題3　一定量的金屬銅放入濃硝酸后,金屬銅有剩余,推測產生的氣體成分可能有哪些 再向其中加入少量的稀硫酸,金屬銅還會繼續溶解嗎
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題4　鐵在常溫下可以和稀硝酸反應,預測鐵與稀硝酸反應的產物,試寫出化學方程式。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
(1)硝酸強氧化性的規律
①硝酸的濃度越大,反應溫度越高,其氧化性越強。
②濃硝酸的還原產物是NO2,稀硝酸的還原產物是NO。
③還原劑一般被氧化為最高價態。
(2)硝酸強氧化性的表現
①硝酸與金屬的反應:既體現強氧化性,又體現酸性。
②硝酸與非金屬的反應:僅表現強氧化性。
實例:C+4HNO3(濃)CO2↑+4NO2↑+2H2O。
1.氮及其化合物的變化關系如圖所示。則下列說法不正確的是 (　　)
A.路線①②③是工業生產硝酸的主要途徑
B.路線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷電固氮生成硝酸的主要途徑
C.上述所有反應都是氧化還原反應
D.氮氣可在足量的氧氣中通過一步反應生成NO2
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.能使紫色石蕊溶液變為紅色
B.與銅反應放出一氧化氮氣體,生成硝酸銅
C.與碳酸鈉反應放出二氧化碳氣體,生成硝酸鈉
D.與紅熱的碳混合時生成二氧化碳和二氧化氮
3.下列有關硝酸化學性質的敘述正確的是 (　　)
A.硝酸能與Na2SO3反應,但不生成SO2
B.硝酸的氧化性很強,能氧化所有金屬
C.可用鋁或鐵制容器盛裝稀硝酸
D.濃硝酸因易揮發出HNO3而呈黃色
二、酸雨及防治
(一)知識梳理
1.SO2與NOx的主要來源
(1)SO2主要來自煤、石油的燃燒和某些　　　　　　　　　　　 的冶煉。
(2)NOx主要來自機動車尾氣(高溫條件下氮氣和氧氣生成氮氧化物)。
2.酸雨
(1)概念:pH<　　　　的降雨。正常雨水由于溶解了CO2,其pH約為5.6。
(2)成因:主要是大氣中的　　　　　　溶于水形成的。
①硫酸型酸雨的形成過程如圖:
②硝酸型酸雨的形成過程如圖:
汽車尾氣→NONO2HNO3
(3)危害:
①直接損傷農作物、破壞森林和草原,使土壤、湖泊　　　　。
②加速建筑物、橋梁、工業設備、運輸工具及電纜的腐蝕。
(4)防治
工業廢氣排放到大氣中之前,進行適當處理,防止有害物質污染大氣。
(二)互動探究
現有雨水樣品1份,每隔一段時間測定該雨水樣品的pH,所得數據如下
測試時間/h 0 1 2 3 4
雨水的pH 4.73 4.63 4.56 4.55 4.55
分析數據,回答問題。
【問題討論】
問題1　雨水樣品的pH變化的原因是什么 (結合化學方程式回答)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　如果將剛取樣的上述雨水與用氯氣消毒的自來水相混合,pH將如何變化 原因是什么 (結合化學方程式回答)。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題3　你能列舉出2點可以減少酸雨產生的途徑嗎
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
(1)含有SO2廢氣的兩種處理方法
①鈣基固硫法
工業上常用生石灰和含硫的煤混合后燃燒,燃燒時硫、生石灰、O2共同反應生成硫酸鈣,從而使硫轉移到煤渣中,反應的化學方程式為CaO+SO2CaSO3、2CaSO3+O22CaSO4,總反應的化學方程式為2CaO+2SO2+O22CaSO4。
②氨水脫硫法
該脫硫法采用噴霧吸收法,霧化的氨水與煙氣中的SO2直接接觸吸收SO2,其反應的化學方程式為2NH3+SO2+H2O===(NH4)2SO3、2(NH4)2SO3+O2===2(NH4)2SO4。
(2)含有NOx尾氣的處理方法
①堿液吸收法
硝酸工業產生的廢氣中含有較多的NO、NO2,可用強堿溶液進行吸收,同時獲得副產品。如:
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O;NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O。
注意: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催化轉化法
在催化劑、加熱條件下,氮氧化物通過與氨或CO反應轉化為無毒氣體(N2),一般適用于汽車尾氣的處理。如:6NO+4NH35N2+6H2O;6NO2+8NH37N2+12H2O。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.保護環境,就是關愛自己。下列說法中你認為不正確的是 (　　)
A.采用燃煤脫硫技術,可減少燃煤產生的SO2
B.酸雨是指pH小于7的雨水
C.大氣中氮氧化物主要來自汽車尾氣的排放
D.倡導低碳生活、綠色出行
2.酸雨是一種突出的環境問題。下列有關酸雨及其防治的說法正確的是 (　　)
A.酸雨主要是由空氣中CO2的濃度增大引起的
B.酸雨能直接損傷農作物,破壞森林,加速橋梁的腐蝕
C.向煤中加入適量石灰石,在燃燒時SO2最終生成CaSO3,可減少酸雨
D.汽車排氣管上裝有“催化轉化器”,使有毒的CO和NO反應生成N2和CO2,但不利于酸雨的防治
:課后完成　第五章　基礎課時6(共60張PPT)
第二節　氮及其化合物
基礎課時 硝酸、酸雨及其防治
6
第五章
化工生產中的重要非金屬元素
1.結合真實情境,了解硝酸的主要性質,認識硝酸在生產中的應用和對生態環境的影響。
2.認識氮及其化合物的多樣性,了解通過化學反應可以探索物質的性質,實現物質的轉化。
學習目標
一、硝酸的性質及工業制法
二、酸雨及防治
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓練
一、硝酸的性質及工業制法
對點訓練
(一)知識梳理
1.物理性質
硝酸是____色、____揮發、有________氣味的液體。
2.化學性質
(1)酸的通性(寫出HNO3與下列物質反應的離子方程式)
①與堿(如NaOH):_________________。
②與堿性氧化物(如Na2O):_________________________。
③與弱酸鹽(如CaCO3):______________________________。
無
易
刺激性
H++OH-===H2O
2H++Na2O===2Na++H2O
CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O
(2)不穩定性
濃硝酸見光或受熱易分解,化學方程式為__________________________________; 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,實驗室常將濃硝酸保存在棕色試劑瓶中,并放置在陰涼處。
4HNO3 4NO2↑+O2↑+2H2O
(3)強氧化性
①分別寫出濃HNO3和稀HNO3與銅的反應化學方程式:__________________
______________________、____________________________________________; 根據反應可知,濃HNO3與金屬銅反應生成________,稀HNO3與金屬銅反應生成______,硝酸表現______性和酸性,銅與濃硝酸反應更劇烈,說明濃HNO3的氧化性更____。
Cu+4HNO3(濃)===
Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
NO2
NO
氧化
強
②鈍化
常溫下,鐵、鋁的表面被濃硝酸或濃硫酸氧化,生成一層致密的________薄膜,阻止了酸與內層金屬的進一步反應。所以常溫下可以用鐵或鋁制容器來盛裝濃硝酸或濃硫酸。當加熱時,鐵、鋁會與濃HNO3或濃H2SO4發生反應。
③王水:組成為濃硝酸和濃鹽酸的混合物(體積比為__________),能使一些不溶于硝酸的金、鉑等金屬溶解。
氧化物
1∶3
3.硝酸的工業制法
寫出上述轉化的化學方程式,并指出含氮物質發生的是氧化反應還是還原反應:
①________________________,N2發生______反應。
②____________________________,NH3發生______反應。
③__________________,NO發生______反應。
④__________________________,NO2既發生______反應,又發生______反應。
N2+3H2 2NH3
4NH3+5O2 4NO+6H2O
2NO+O2===2NO2
3NO2+H2O===2HNO3+NO
還原
氧化
氧化
氧化
還原
4.用途
硝酸是重要的化工原料,用于制化肥、農藥、炸藥、染料等。
(二)互動探究
材料1　濃HNO3和稀HNO3分別與銅的反應現象如下表。
實驗裝置 向兩支具支試管中分別加入濃硝酸和稀硝酸
實驗現象 濃HNO3:試管內產生大量紅棕色氣體,反應逐漸加快,銅絲逐漸變細,試管中溶液由無色變為藍色 稀HNO3:試管內開始產生少量無色氣體,反應逐漸加快,氣體在試管上部變為紅棕色,溶液逐漸變藍,銅絲逐漸變細,試管中溶液由無色變為藍色
材料2　活潑金屬與硝酸反應不生成H2,硝酸的濃度不同,還原產物不同。
【問題討論】
問題1　材料表明,硝酸具有較強氧化性。硝酸呈現氧化性的實質是什么
提示　硝酸呈氧化性的本質是HNO3中+5價氮元素具有氧化性。
問題2　若把硝酸滴加到石蕊溶液中,溶液先變紅后褪色,出現該現象的原因是什么
提示　硝酸顯酸性使石蕊溶液變紅,因強氧化性而具有漂白性,又使其褪色。
問題3　一定量的金屬銅放入濃硝酸后,金屬銅有剩余,推測產生的氣體成分可能有哪些 再向其中加入少量的稀硫酸,金屬銅還會繼續溶解嗎
提示　產生的氣體可能是NO2和NO的混合氣體。向有金屬銅剩余的溶液中加入少量稀硫酸,稀硫酸提供氫離子,與溶液中的N會繼續與銅反應。
問題4　鐵在常溫下可以和稀硝酸反應,預測鐵與稀硝酸反應的產物,試寫出化學方程式。
提示　硝酸與變價金屬(如Fe)反應,根據金屬量的多少分別得到高價、低價或兩種價態共存的混合物。反應的化學方程式為Fe(少量)+4HNO3(稀)===Fe(NO3)3+ NO↑+2H2O;3Fe(過量)+8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O。
【探究歸納】
(1)硝酸強氧化性的規律
①硝酸的濃度越大,反應溫度越高,其氧化性越強。
②濃硝酸的還原產物是NO2,稀硝酸的還原產物是NO。
③還原劑一般被氧化為最高價態。
(2)硝酸強氧化性的表現
①硝酸與金屬的反應:既體現強氧化性,又體現酸性。
②硝酸與非金屬的反應:僅表現強氧化性。
實例:C+4HNO3(濃) CO2↑+4NO2↑+2H2O。
1.氮及其化合物的變化關系如圖所示。則下列說法不正確的是 (　　)
A.路線①②③是工業生產硝酸的主要途徑
B.路線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷電固氮生成硝酸的主要途徑
C.上述所有反應都是氧化還原反應
D.氮氣可在足量的氧氣中通過一步反應生成NO2
解析　氮氣和氧氣在放電或高溫條件下反應生成NO,NO與O2反應生成NO2,即氮氣與氧氣不能一步轉化為NO2。
D
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.能使紫色石蕊溶液變為紅色
B.與銅反應放出一氧化氮氣體,生成硝酸銅
C.與碳酸鈉反應放出二氧化碳氣體,生成硝酸鈉
D.與紅熱的碳混合時生成二氧化碳和二氧化氮
解析　硝酸使紫色石蕊溶液變為紅色,與碳酸鈉反應放出二氧化碳氣體,表現的都是硝酸的酸性;硝酸與紅熱的碳混合時生成二氧化碳和二氧化氮,表現的是硝酸的強氧化性;硝酸與銅反應生成硝酸銅、一氧化氮和水,既表現其強氧化性又表現其酸性。
B
3.下列有關硝酸化學性質的敘述正確的是 (　　)
A.硝酸能與Na2SO3反應,但不生成SO2
B.硝酸的氧化性很強,能氧化所有金屬
C.可用鋁或鐵制容器盛裝稀硝酸
D.濃硝酸因易揮發出HNO3而呈黃色
解析　硝酸與Na2SO3發生氧化還原反應,Na2SO3被氧化生成Na2SO4,不會生成SO2,A正確;硝酸具有強氧化性,能氧化大部分金屬,Au、Pt等除外,B錯誤;常溫下,Fe、Al均能與稀硝酸反應,不能用鋁或鐵制容器盛裝稀硝酸,C錯誤;濃硝酸見光或受熱易分解,生成的NO2溶于其中而使濃硝酸呈黃色,D錯誤。
A
二、酸雨及防治
對點訓練
(一)知識梳理
1.SO2與NOx的主要來源
(1)SO2主要來自煤、石油的燃燒和某些______________的冶煉。
(2)NOx主要來自機動車尾氣(高溫條件下氮氣和氧氣生成氮氧化物)。
含硫金屬礦物
2.酸雨
(1)概念:pH<________的降雨。正常雨水由于溶解了CO2,其pH約為5.6。
(2)成因:主要是大氣中的________________溶于水形成的。
①硫酸型酸雨的形成過程如圖:
5.6
SO2和NO2
②硝酸型酸雨的形成過程如圖:
汽車尾氣→NO NO2 HNO3
(3)危害:
①直接損傷農作物、破壞森林和草原,使土壤、湖泊______。
②加速建筑物、橋梁、工業設備、運輸工具及電纜的腐蝕。
(4)防治
工業廢氣排放到大氣中之前,進行適當處理,防止有害物質污染大氣。
酸化
(二)互動探究
現有雨水樣品1份,每隔一段時間測定該雨水樣品的pH,所得數據如下
測試時間/h 0 1 2 3 4
雨水的pH 4.73 4.63 4.56 4.55 4.55
分析數據,回答問題。
【問題討論】
問題1　雨水樣品的pH變化的原因是什么 (結合化學方程式回答)
提示　酸雨放置時pH變小,其原因是雨水中的H2SO3被空氣中的氧氣氧化生成酸性更強的硫酸:SO2+H2O H2SO3、2H2SO3+O2===2H2SO4。
問題2　如果將剛取樣的上述雨水與用氯氣消毒的自來水相混合,pH將如何變化 原因是什么 (結合化學方程式回答)。
提示　變小。雨水與自來水混合,SO2與Cl2或H2SO3與HClO反應:SO2+2H2O+Cl2 ===H2SO4+2HCl或H2SO3+HClO===H2SO4+HCl。因此雨水與自來水混合后溶液pH將變小。
問題3　你能列舉出2點可以減少酸雨產生的途徑嗎
提示　減少酸雨的產生需減少SO2的排放,將煤轉化為清潔能源(如煤的氣化和液化),燃料脫硫、固硫,開發不含硫的新能源(如氫能、核能等)。
【探究歸納】
②氨水脫硫法
該脫硫法采用噴霧吸收法,霧化的氨水與煙氣中的SO2直接接觸吸收SO2,其反應的化學方程式為2NH3+SO2+H2O===(NH4)2SO3、2(NH4)2SO3+O2===2(NH4)2SO4。
(2)含有NOx尾氣的處理方法
①堿液吸收法
硝酸工業產生的廢氣中含有較多的NO、NO2,可用強堿溶液進行吸收,同時獲得副產品。如:
2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O;NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O。
注意: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)。
1.保護環境,就是關愛自己。下列說法中你認為不正確的是 (　　)
A.采用燃煤脫硫技術,可減少燃煤產生的SO2
B.酸雨是指pH小于7的雨水
C.大氣中氮氧化物主要來自汽車尾氣的排放
D.倡導低碳生活、綠色出行
B
解析　燃煤中加入的生石灰可與煤燃燒產生的二氧化硫反應,最終生成硫酸鈣,從而減少了污染氣體的排放,達到脫硫的目的, A項正確; 酸雨是指pH小于5.6的雨水,B項錯誤;大氣中氮氧化物主要來自汽車尾氣的排放, C項正確;低碳生活是指在生活中要盡力減少所消耗的能量,減少二氧化碳的排放量,從而減少對大氣的污染,減緩生態惡化,故倡導低碳生活、綠色出行, D項正確。
2.酸雨是一種突出的環境問題。下列有關酸雨及其防治的說法正確的是 (　　)
A.酸雨主要是由空氣中CO2的濃度增大引起的
B.酸雨能直接損傷農作物,破壞森林,加速橋梁的腐蝕
C.向煤中加入適量石灰石,在燃燒時SO2最終生成CaSO3,可減少酸雨
D.汽車排氣管上裝有“催化轉化器”,使有毒的CO和NO反應生成N2和CO2,但不利于酸雨的防治
B
課后鞏固訓練
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)硝酸的性質及工業制法
1.下列關于硝酸說法正確的是(　　)
A.硝酸與金屬反應,主要是+5價氮得電子
B.與金屬反應時,稀硝酸可能被還原為更低價態,則稀硝酸氧化性強于濃硝酸
C.硝酸電離出H+,能被Zn、Fe等金屬還原成H2
D.常溫下,向濃HNO3中投入Fe片,會產生大量紅棕色氣體
A
解析　硝酸與金屬反應,主要是+5價氮得電子,生成氮的低價化合物,一般不生成氫氣;濃HNO3比稀HNO3氧化性強,根據Cu與濃HNO3和稀HNO3的反應劇烈程度可以證明;常溫下鐵遇到濃硝酸發生鈍化,不會生成大量紅棕色氣體。
2.硝酸被稱為“國防工業之母”,是因為它是制取炸藥的重要原料。下列實驗事實與硝酸的性質不相對應的是 (　　)
A.濃硝酸使紫色石蕊溶液先變紅后褪色——酸性和強氧化性
B.不能用稀硝酸與鋅反應制氫氣——強氧化性
C.要用棕色瓶盛裝濃硝酸——不穩定性
D.能使滴有酚酞的氫氧化鈉溶液的紅色褪去——強氧化性
解析　向滴有酚酞的NaOH溶液中滴入硝酸,溶液紅色褪去,利用的是硝酸的酸性。
D
3.對于反應3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,下列敘述正確的是 (　　)
A.氧化劑和還原劑的物質的量之比為8∶3
B.被還原的HNO3和起酸性作用的HNO3的物質的量之比為3∶1
C.生成1 mol NO轉移的電子數為3NA
D.該反應中Cu(NO3)2為氧化產物,H2O為還原產物
C
解析　A項,3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O中,Cu元素化合價由0價變為+2價,N元素化合價由+5價變為+2價,所以銅作還原劑,硝酸作氧化劑,參加反應的硝酸中有被還原,所以氧化劑和還原劑的物質的量之比是2∶3;B項,該反應中參加反應的硝酸中有被還原,所以被還原的HNO3和起酸性作用的HNO3的物質的量的比為1∶3;C項,該反應中轉移電子數=3×(2-0)=2×(5-2)=6,結合方程式可知生成1 mol NO轉移的電子數為3NA;D項,該反應中,銅作還原劑,則硝酸銅是氧化產物,部分硝酸作氧化劑,所以NO是還原產物。
4.銅粉放入稀硫酸中,加熱后無現象,當加入一種鹽后,銅粉質量減小,溶液變藍,同時有氣體產生。此鹽應是 (　　)
A.KCl B.FeCl3
C.NaNO3 D.K2CO3
解析　銅粉不能與鹽酸反應,HNO3可以氧化銅粉,使之形成Cu2+,自身被還原產生NO,而FeCl3與銅粉反應無氣體放出,故加入的應是硝酸鹽。
C
5.某實驗小組用如圖裝置探究熾熱的木炭與濃硝酸發生的反應。
(1)按圖示接好裝置后,加入藥品或試劑前需進行的操作是　　　　　　　　　;裝置A中盛裝濃硝酸的儀器的名稱為　　　　　　。
(2)濃硝酸與熾熱的木炭發生反應的化學方程式為
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
檢查裝置的氣密性
分液漏斗
C+4HNO3(濃) CO2↑+4NO2↑+2H2O
解析　(1)加入藥品或試劑前需進行的操作是檢查裝置的氣密性;由圖可知裝置A中盛裝濃硝酸的儀器的名稱為分液漏斗;(2)濃硝酸與熾熱的木炭反應生成二氧化碳、二氧化氮和水,其化學方程式為C+4HNO3(濃) CO2↑+4NO2↑+2H2O;
(3)裝置B中盛裝的是去氧蒸餾水,寫出NO2與H2O反應的化學方程式:
　　　　　　　　　　　 　;裝置C中盛裝的是氫氧化鋇溶液(足量),觀察到的現象是　　　　　　　,發生反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　 　。
(4)有同學建議在裝置A、B間補充裝置E,裝置E的作用是　　　　　　　　　　。
(5)裝置D中收集到某無色氣體,同學甲猜想是NO,同學乙猜想是O2。
①若O2是由裝置A中反應生成的,則生成O2對應的化學方程式為
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②若同學甲的猜想正確,則移開集氣瓶口的玻璃片,可觀察到的現象是
　　　　　　　　　　　　　　　　　。
3NO2+H2O===2HNO3+NO
生成白色沉淀
Ba2++2OH-+CO2===BaCO3↓+H2O
作安全瓶,防止倒吸
4HNO3(濃) 4NO2↑+O2↑+2H2O
集氣瓶的瓶口處的氣體變為紅棕色
解析　(3)二氧化氮和水反應生成硝酸和一氧化氮,其對應的化學方程式為3NO2+H2O===2HNO3+NO;從B→C的氣體中含有二氧化碳,二氧化碳可以和氫氧化鋇反應生成碳酸鋇沉淀,故現象為生成白色沉淀;對應的離子方程式為Ba2++ 2OH-+CO2===BaCO3↓+H2O;(4)二氧化氮在水中的溶解度較大,容易導致倒吸,故在裝置A、B間應該有防倒吸裝置,其作用是作安全瓶,防止倒吸;(5)①濃硝酸分解可以生成氧氣,其對應的化學方程式為4HNO3(濃) 4NO2↑+O2↑+2H2O;②一氧化氮無色,容易和氧氣反應生成二氧化氮,二氧化氮為紅棕色氣體,故可觀察到的現象是集氣瓶的瓶口處的氣體變為紅棕色。
(二)酸雨及防治
6.酸雨是對pH小于5.6的降水的統稱。下列說法錯誤的是(　　)
A.空氣中的SO2溶于水,最終形成酸雨
B.工業廢水任意排放是造成酸雨的主要原因
C.汽車排放的尾氣、硝酸廠和化肥廠的廢氣都含有能形成酸雨的氮氧化物
D.為了減少酸雨的形成,必須減少SO2的排放量,可對燃料進行脫硫處理
B
解析　A項,二氧化硫與水反應生成亞硫酸,亞硫酸能被氧化為硫酸,從而形成酸雨;B項,工業廢水任意排放會造成水污染,與酸雨的形成無必然關系;C項,汽車排放的尾氣、硝酸廠和化肥廠的廢氣中都含有氮氧化物;D項,燃料脫硫可減少二氧化硫的排放量。
7.大氣中的二氧化硫和二氧化氮溶于水后會形成酸雨。下列說法錯誤的是 (　　)
A.二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要物質
B.酸雨的主要成分為H2SO4和HNO3
C.汽車尾氣中的NOx是指NO2
D.煤燃燒時加入適量石灰石,可減少廢氣中SO2的量
C
解析　二氧化硫和二氧化氮是形成酸雨的主要物質,A項正確;酸雨的主要成分為H2SO4和HNO3,B項正確;汽車尾氣中的NOx是指NO、NO2,C項錯誤;煤燃燒時加入適量石灰石,將發生反應CaCO3 CaO+CO2↑,CaO+SO2 CaSO3,減少了廢氣中SO2的量,D項正確。
8.酸雨的形成是一種復雜的大氣化學和光學化學過程,在清潔空氣、污染空氣中形成硫酸型酸雨的過程如下:
下列有關說法不正確的是 (　　)
A.所涉及的變化均為氧化還原反應
B.光照是酸雨形成的必要條件之一
C.污染指數越高形成酸雨的速率越快
D.優化能源結構能有效遏制酸雨污染
A
解析　SO2變為激發態SO2并未發生氧化還原反應,A不正確;產生激發態SO2和·OH自由基需要光照條件,B正確;途徑Ⅱ的速率大于途徑Ⅰ,C正確;優化能源結構可減少SO2的產生、減輕空氣污染,能有效遏制酸雨污染,D正確。
B級　素養培優練
9.硝酸在工業上有著廣泛的應用,可用于制化肥、農藥、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,其過程如圖所示:
下列說法錯誤的是 (　　)
A.合成塔實現了氮的固定
B.N2轉化為硝酸的過程中,氮元素一直被氧化
C.從吸收塔出來的尾氣不經處理任意排放可能會造成酸雨
D.合成塔和氧化爐中的反應均需要催化劑,目的是加快反應速率,提高生產效率
B
解析　合成塔中氮氣和氫氣反應生成氨氣,實現了氮的固定,A正確;N2轉化為NH3的過程中氮元素被還原,在NO2轉化為硝酸的過程中,氮元素部分被還原為NO,B錯誤;從吸收塔出來的尾氣中含有氮的氧化物,不經處理任意排放可能會造成硝酸型酸雨,C正確;合成氨反應和氨的催化氧化反應均需要催化劑,目的是加快反應速率,提高生產效率,D正確。
10.下列有關實驗操作、現象和解釋或結論都正確的是 (　　)
B
選項 實驗操作 現象 解釋或結論
A 過量的Fe粉中加入稀HNO3,充分反應后,滴入KSCN溶液 溶液呈紅色 稀HNO3將Fe氧化為Fe3+
B 常溫下,Fe、Al放入濃HNO3或濃H2SO4中 無明顯現象 Fe、Al遇濃HNO3或濃H2SO4發生鈍化
C Al箔插入稀HNO3中 無現象 Al箔表面被HNO3氧化,形成致密的氧化膜
D 用玻璃棒蘸取濃HNO3點到紅色石蕊試紙上 試紙 變藍色 濃HNO3具有酸性
解析　A項,稀硝酸與鐵粉反應,鐵首先被氧化成Fe3+,過量鐵粉將Fe3+還原,最終得到Fe2+,滴入KSCN溶液不顯紅色;B項,常溫下,Fe、Al在濃HNO3或濃H2SO4中發生鈍化,生成致密的保護膜阻止了反應進行;C項,Al箔能與稀HNO3反應放出氣體;D項,濃硝酸具有氧化性,能使藍色石蕊試紙先變紅后褪色。
11.稀HNO3的還原產物可以是NO、N2O、N2、NH4NO3。在稀HNO3和Zn的反應中,硝酸既體現了酸性又體現了氧化性。若有10 mol HNO3參加反應,則有8 mol電子轉移,由此推斷稀HNO3的還原產物可能為 (　　)
A.NO B.NO2
C.N2 D.NH4NO3
D
解析　在稀HNO3和Zn的反應中,硝酸既體現了酸性又體現了氧化性。若有10 mol HNO3參加反應,有8 mol電子轉移,則生成4 mol Zn(NO3)2,用掉8 mol HNO3,若余下的2 mol HNO3中N元素化合價都發生改變,則每個N原子降低4價,從而得出還原產物為N2O,若余下的2 mol HNO3中只有1 mol N原子價態降低,則由+5價降低到-3價,還原產物為NH4NO3,由此推斷稀HNO3的還原產物可能為N2O或NH4NO3。
12.實驗探究是學習化學的重要方法。以下是某研究小組探究硝酸性質的實驗:
實驗一　探究銅與濃硝酸的反應
圖甲、乙均為銅與濃硝酸反應的裝置。
(1)銅與濃硝酸反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　。
(2)和甲裝置相比,乙裝置的優點是　　　　　　　　　、　　　　　　　　　。
實驗二　探究銅與稀硝酸的反應
研究小組通過乙裝置進行實驗二,無法確定氣體產物的組成,為進一步驗證氣體產物,設計了丙裝置。
(3)丙裝置中儀器a的名稱為　　　　　　。
Cu+4HNO3(濃)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
可控制反應的進行
對尾氣進行處理
球形干燥管
解析　(1)銅與濃硝酸反應生成二氧化氮,化學方程式為Cu+4HNO3(濃) ===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。(2)和甲裝置相比,乙裝置的優點是可通過上下移動的銅絲控制反應的進行,用氫氧化鈉溶液對尾氣處理。(3)根據圖示,丙裝置中儀器a的名稱為球形干燥管。
(4)如圖所列裝置中,可作為NO氣體的收集裝置的是　　　　(填裝置序號)。
CE
解析　(4)NO易與O2反應,不能用排空氣法收集,用洗氣瓶排水法收集則導管要短進長出。如圖所列裝置中,可作為NO氣體的收集裝置的是CE。
(5)實驗步驟:
①連接好儀器裝置后,首先進行的操作是　　　　　　　　　。
②將繞成螺旋狀的銅絲一端插入U形管左側膠塞內,先打開活塞A,然后從漏斗中逐漸注入稀硝酸,當U形管注滿后,立即關閉活塞A,U形管中左管可觀察到的現象為:銅絲的表面有氣泡生成,　　　　　　　　　　　　　　。
③待反應停止后打開活塞A,U形管左管液面上升,儀器a中可觀察到
　　　　　　　　　　。
檢查裝置的氣密性
左邊液面下降,右邊液面上升
a中出現紅棕色氣體
解析　(5)①連接好儀器裝置后,首先進行的操作是檢查裝置的氣密性;②關閉活塞A,Cu與稀硝酸反應產生的NO排不出去,U形管中左管可觀察到的現象為銅絲的表面有氣泡生成,左邊液面下降,右邊液面上升;③待反應停止后打開活塞A,NO氣體從導管排出,U形管左管氣壓下降、液面上升,NO進入儀器a中,與O2反應生成紅棕色的NO2,可觀察到a中出現紅棕色氣體。
(6)實驗評價:通過實驗現象,能否得出“銅與稀硝酸反應生成的氣體只有NO”的結論 說明理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(7)在0.2 mol·L-1 HNO3和0.1 mol·L-1 H2SO4的100 mL混合液中加入3.2 g銅粉,待充分反應后(若HNO3還原產物只有NO),所得溶液中Cu2+的物質的量濃度為_______ mol·L-1(假設溶液體積不變)。
不能,由于NO2與水反應生成NO,不能確定氣體中除了NO是否還有
其他氣體,如N2等,若是產生NH3,也會溶于溶液中
0.15
解析　(6)由于NO2與水反應生成NO,不能確定氣體中除了NO是否還有其他氣體,如N2等,若是產生NH3,也會溶于溶液中,故通過實驗現象,不能得出“銅與稀硝酸反應生成的氣體只有NO”的結論。(7)該操作下發生反應:3Cu+8H++2N=== 2NO↑+3Cu2++4H2O;體系中3.2 g銅粉物質的量為=0.05 mol,N物質的量為0.2 mol·L-1×0.1 L=0.02 mol,H+的物質的量為0.2 mol·L-1×0.1 L+0.1 mol·L-1 ×2×0.1 L=0.04 mol,根據方程式中化學計量數的關系,H+物質的量最少,用其計算,則所得Cu2+物質的量為0.015 mol,物質的量濃度為=0.15 mol·L-1。

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