《硝酸的制备与计算》精品课件

挑战自我
0.3 mol Cu2S与足量的稀硝酸反应，生成硝酸铜、 硫酸、一氧化氮和水，求被还原的硝酸物质的量。
电子守恒法
Cu2S
失去10e－
Cu2＋ SO42－
HNO3 得到3e－ NO
n(Cu2S)×10＝n(NO)×3 0.3 mol×10＝n(NO)×3
n(NO)＝1 mol
感受﹒ 理解
1 mol NH3原料，求最多可生产硝酸的物质的量。
4NH3＋5O2 催化剂 4NO＋6H2O
2NO＋O2 2NO2
3NO2＋H2O 2HNO3＋NO
NH3～ NO ～ NO2 ～2/3HNO3
1 mol
2/3 mol
NH3 O2 NO O2 NO2 H2O
NO HNO3
1 mol
1 硝酸工业制备
爱迪生
我平生从来没有做出过 一次偶然的发明。我的一切 发明都是经过深思熟虑和严 格试验的结果。
硝石精
KNO3＋H2SO4(浓)=微=热= HNO3↑＋KHSO4
硝石
一战时，德国无硝石原料，进口也被封锁了！ 德国人是如何生产用作炸药原料的硝酸呢？
硝 工业生产 酸 有关计算
硝酸工业制备
• 生产原料 • 反应原理
解析：
HNO3
Cu 0.04 mol
0.02 L
NO NO2 0.05 mol
Cu2＋
H＋
NO－3
NaOH 0.03 mol
Cu2＋
Na＋
NO－3
Cu2＋ Na＋ NO－3
0.04 mol 0.03 mol 0.11 mol
n(HNO3)总＝0.05 mol＋0.11 mol ＝0.16 mol
c(HNO3)＝0.16 mol÷0.02 L ＝8 mol/L
原子守恒
HNO3(总)
酸性 氧化性
M(NO3)x NO NO2 N2O4
n(HNO3)总
未反应 n(HNO3)余
＝xn[M(NO3)x]＋n(NO)＋n(NO2)＋2n(N2O4)＋n(HNO3)余
金属与HNO3的反应计算
电子守恒
M 失去xe－ Mx＋ n(M)×x
HNO3 得到1e－ NO2 HNO3 得到3e－ NO
1
三原料
氨气 空气 水
2 3
三反应 4NH3＋5O2 催化剂 4NO＋6H2O
2NO＋O2＝2NO2 3NO2＋H2O＝HNO3＋NO
生产流程
循环操作
NH3 O2 NO O2 NO2 H2O
NO HNO3
问题探究
硝酸工业尾气如何除去？
一般用NaOH溶液来吸收
1 硝酸工业制备
1
三原料
氨气 空气 水
＝0.448 L
解析：
电子守恒
Cu 失去2e－ Cu2＋ HNO3 得到3e－ NO n(Cu)×2＝n(NO)×3 0.03 mol×2＝n(NO)×3 n(NO)＝0.02 mol
V(NO) ＝0.02 mol×22.4 L/mol＝0.448 L
2 硝酸与金属反应计算
2.2 电子守恒
n(Cu)×2 ＝ n(NO)×3 ＋ n(NO2)×1
n(NO2)×1
n(NO)×3
n(M)×x ＝n(NO2)×1 ＋n(NO)×3
金属与HNO3的反应计算
电荷守恒
反应后溶液中
NO3－
Mx＋
H＋
c(NO3－) ＝ c(Mx＋)·x ＋ c(H＋)
20 mL浓硝酸和2.56 g铜反应，铜完全溶解，生成 的气体颜色由深变浅（生成NO2、NO），共收集到 1.12 L气体（标准状况），剩余酸用NaOH中和，共 耗去1 mol·L－1氢氧化钠30 mL。则浓HNO3物质的 量浓度为__8_m__o_l·__L__－_1_。
3Cu＋8H＋＋2NO3－ ＝3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
3 mol 8mol 2 mol
0.03 mol 0.09mol 0.01 mol
3Cu＋8H＋＋2NO3－ ＝3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
2 mol 3 mol 0.01 mol 0.015 mol
挑战自我
对于1 LH2SO4和HNO3的混合溶液，若H2SO4和 HNO3物质的量浓度存在如下关系：c(H2SO4)＋ c(HNO3)＝1.2 mol·L－1，则理论上最多能溶解铜 的物质的量为
2
三反应 4NH3＋5O2 催化剂 4NO＋6H2O
2NO＋O2＝2NO2 3NO2＋H2O＝HNO3＋NO
3
生产流程
4
尾气处理
NO2＋NO＋2NaOH＝2NaNO2＋H2O
2NO2＋2NaOH＝NaNO3＋NaNO2＋H2O
有关硝酸的计算方法
问题解决
a mol Cu跟含b mol HNO3的溶液恰好完全反应，则被 还原的HNO3物质的量是
学习目标
硝酸计算法
• 原子守恒 • 电子守恒 • 离子方程式
工业上是如何生产硝酸的？
生产硝酸的工厂
氨气和 空气
热 交 换 器
NO、O2、N2
催化剂
氧化炉
氨气和 空气
H2O
吸收塔
NO2、O2、N2
HNO3
1 硝酸工业制备
1
三原料
氨气 空气 水
2
三反应
4NH3＋5O2 催化剂 4NO＋6H2O
2NO＋O2＝2NO2 3NO2＋H2O＝HNO3＋NO
思考﹒ 讨论
工业上以空气、水、氨为主要原料制备硝酸，请画出 合成路线图。
NH3 O2
NO O2 NO2 H2O HNO3
早期工业曾有硝石法、电弧法制硝酸，现代工业上
一般都采用氨氧化法制硝酸。
中国硝酸的生产
1930年代，由范旭东创建，初名永利宁厂。设计规模为日产 合成氨39吨、硫酸120吨、硫铵150吨、硝酸10吨，侯德榜任厂长。
铜失电子数 等于 硝酸中N原子得电子数
考考你的智慧
1 L稀硝酸和稀硫酸的混合液，其物质的量浓度 分别为0.1 mol/L和0.4 mol/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. 2.4 g B . 3.2 g C. 6.4 g D . 9.6 g
3Cu＋8HNO3＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
看我七十二变
1.92 g Cu和一定量的浓HNO3反应，随着铜的不断减 少，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜反应完毕时，共 收集到气体1.12 L（标况），求：
生成的气体水洗后的体积。
Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
x
2x
3yCu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋22NyO↑＋4H2O
A. 2.4 g B . 3.2 g C. 6.4 g D . 9.6 g
3Cu＋8H＋＋2NO3－ ＝3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
3 mol 8mol 2 mol
x 0.9mol 0.1 mol x＝0.15 mol
m(Cu) ＝0.15 mol×64 g/mol＝9.6 g
2 硝酸与金属反应计算
3 mol 8mol x 0.1 mol
x＝0.0375 mol
m(Cu) ＝0.00375 mol×64 g/mol＝2.4 g
足量的Cu中加入少量的浓硝酸，可能会发生反应有：
一开始是铜与浓硝酸反应
Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
随着反应进行, 硝酸由浓变稀,则发生
A．(b－2a) mol
B．b /4 mol
C．2 a /3 mol
D．2a mol
HNO3
Cu a mol
b mol
酸性 2a mol
Cu(NO3)2
氧化性 NO NO2
(b－2a) mol
2 硝酸与金属反应计算
2.1 N守恒
酸性 Cu(NO3)2
HNO3
x mol
Cu
氧化性
y mol
NzOmoNl O2
x＝2 y＋z
请你试一试
1.92 g Cu和一定量的浓HNO3反应，随着铜的不断减少， 反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜反应完毕时，共收集 到气体1.12 L（标况），求：
（1）反应消耗硝酸的物质的量。 （2）生成的气体水洗后的体积。 请同学们画出路线图。
HNO3
Cu 0.03 mol
NO NO2 H2O NO
x＝0.48
y＝0.72 3Cu2＋＋2NO ＋4H2O
n(C3u)＝
2 0.48
n(Cu)＝0.72 mol
这节课我学到了什么？
（用一句话表示）
还有什么疑问？
硝酸工业制法——氨氧化法
NH3 O2 NO O2 NO2 H2O
NO HNO3
50%
1908年，德国建成了以铂网为催化剂的日产能力3吨的硝酸厂。
你学会了吗？
1.92 g Cu和一定量的浓HNO3反应，随着铜的不 断减少，反应生成的气体颜色逐渐变浅，当铜反应 完毕时，共收集到气体1.12 L（标况），求：
反应消耗硝酸的物质的量。
用守恒法
解析：
N守恒
n(HNO3)消耗 ＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO2)＋n(NO) ＝2×0.03 mol＋0.05 mol ＝0.11 mol
A．0.80 mol C．0.45 mol
B．0.72 mol D．0.40 mol
c(H2SyO4)＋c(HNxO3)＝1.2 mol·L－1
3C3u＋88H＋＋2N2 O3
2y＋x x
y＋x＝1.2 mol
2y＋x x＝
8 2
3C3u＋8H＋＋2N2O3
n(Cu)
Байду номын сангаас
0.48
3Cu2＋＋2NO ＋4H2O
2.3 利用离子方程式
3Cu＋8H＋＋2NO3－ ＝3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
你学会了吗？
1 00 mL稀硝酸和稀硫酸的混合液，其物质的量浓度 分别为0.1 mol/L和0.4 mol/L。若向该混合液中加入1.92 g 铜粉，则所得溶液中Cu2＋的物质的量浓度为多少mol/L
A. 0.15 B . 0.225 C. 0.35 D . 0.45
0.05 mol
Cu2＋ NO3－ H＋
解析：
HNO3
Cu 0.03 mol
NO NO2 H2O NO
0.05 mol
Cu2＋ NO3－ H＋
由题意，发生了哪些反应？ Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
解析：
Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
x
2x
3yCu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋22NyO↑＋4H2O
3
x＋y＝0.03 mol
x＝0.0225 mol
2x＋2/3y＝0.05 mol
y＝0.0075 mol
n(HNO3)＝4x＋8/3y ＝4×0.0225 mol＋8/3×0.0075 mol ＝0.11 mol
3
x＋y＝0.03 mol
x＝0.0225 mol
2x＋2/3y＝0.05 mol
y＝0.0075 mol
解析：
HNO3
Cu 0.03 mol
0.005 mol
NO
0.045 mol
NO2
H2O
NO
0.05 mol
Cu2＋ NO3－ H＋
3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO
V(NO)
＝[1/3n(NO2)＋n(NO)]×22.4 L/mol ＝[1/3×0.045 mol＋0.005 mol )]×22.4 L/mol
1913年，合成氨问世，氨氧化法生产硝酸开始进入工业化阶段， 至今依然是世界上生产硝酸的主要方法。
电弧法制硝酸
N2 O2 NO O2 NO2 H2O
NO HNO3
1905年，挪威出现了电弧法生产硝酸的工厂， 这是历史上最早的硝酸工业化尝试。
硝酸与金属的计算
原子守恒 电子守恒 电荷守恒
离子方程式
金属与HNO3的反应计算
3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
反应停止后, 加入什么物质可再反应？
铁盐 Cu＋2Fe3＋＝Cu2＋＋2Fe3＋ 盐酸或硫酸
3Cu＋2NO3－＋2H＋＝3Cu2＋＋2NO↑＋2H2O
成功体验
1 L稀硝酸和稀硫酸的混合液，其物质的量浓度 分别为0.1 mol/L和0.4 mol/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