高中化学--硝酸 人类活动对氮循环和环境的影响学案

高中化学--硝酸人类活动对氮循环和环境的影响学案[学习目标] 1.能从物质类别、元素化合价的角度，依据复分解反应规律和氧化还原反应原理预测硝酸的性质，设计实验进行初步验证，并能分析，解释有关实验现象，能用化学方程式、离子方程式正确表示硝酸的主要化学性质。

2.能根据HNO3的性质说明其妥善保存、合理使用的常见方法。

3.能说明HNO3的应用对社会发展的价值和对环境的影响，参与社会性科学议题——酸雨和雾霾防治、水体保护的讨论。

一、硝酸1．物理性质纯硝酸为□01无色、有□02刺激性气味的液体，沸点□03低，□04易挥发，在空气中呈“白雾”状，质量分数95%以上的浓硝酸称为“□05发烟硝酸”。

2．化学性质(1)酸性：属于强酸，具有酸的通性，如CaCO3与HNO3反应□06CaCO3＋2HNO3===Ca(NO3)2＋H 2O＋CO2↑。

(2)不稳定性：见光或受热易分解，化学方程式为□074HNO3=====光照或△4NO2↑＋O2↑＋2H2O。

(3)强氧化性：①与金属反应硝酸具有强氧化性，能与除□08Au、□09Pt、□10Ti以外的大多数金属反应。

a．Cu与浓HNO3反应的化学方程式为□11Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。

Cu与稀HNO3反应的化学方程式为□123Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。

b．与Fe、Al反应：□13常温时浓硝酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而□14钝化，所以可以用□15铁容器或□16铝容器盛放浓硝酸。

②与非金属反应碳与浓硝酸反应的化学方程式为□17C＋4HNO3(浓)=====△CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。

3．用途硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造□18炸药、染料、塑料、硝酸盐等。

二、人类活动对氮循环和环境的影响1．氮氧化物的危害(1)以□01一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。

(2)光化学烟雾：汽车尾气中的□02碳氢化合物和氮氧化物经紫外线照射发生反应形成的一种有毒的烟雾。

(3)酸雨：氮氧化物与空气中的水和氧气反应生成的□03硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。

(4)水体富营养化：当进入水的□04氮含量增大时，会造成水体的富营养化，导致藻类“疯长”并覆盖在水面上。

2．减少人类活动对氮循环和环境的影响的措施(1)控制进入大气、陆地和海洋的有害物质的数量。

(2)增强生态系统对有害物质的□05吸收能力，如保护森林、植树造林等。

一、硝酸的性质及应用[交流研讨]1．打开实验室中保存已久的浓HNO3，除闻到有刺激性酸味外，还发现溶液呈黄色，为什么？提示：闻到酸味说明HNO3具有挥发性；保存已久的浓HNO3呈黄色的原因是HNO3能分解生成H2O、O2和NO2，NO2溶解在硝酸中使浓HNO3呈黄色。

2．依据HNO3中氮的化合价和浓硝酸分解的产物NO2、O2，预测一下硝酸的性质。

提示：HNO3中氮元素处于最高价态，其能分解生成强氧化性物质O2和NO2，因此HNO3具有强氧化性。

[点拨提升] 1．硝酸与金属的反应一般规律：金属与硝酸反应不生成H2。

(1)硝酸能与除Au、Pt外的绝大多数金属反应：如：2HNO3(浓)＋Ag===AgNO3＋NO2↑＋H2O；4HNO3(稀)＋3Ag===3AgNO3＋NO↑＋2H2O。

(2)浓硝酸与Fe、Al的反应：(3)稀HNO3与Fe的反应：①Fe＋4HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O。

②3Fe(过量)＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。

2．浓硝酸与非金属的反应(1)浓硝酸与部分还原性较强(或氧化性较弱)的非金属单质(如C、S、P等)反应。

(2)反应规律：非金属单质＋浓HNO3――→△最高价氧化物或最高价含氧酸＋NO2↑＋H2O。

(3)反应实例：C＋4HNO3(浓)=====△CO2↑＋4NO2↑＋2H2OS ＋6HNO 3(浓)=====△H 2SO 4＋6NO 2↑＋2H 2OP ＋5HNO 3(浓)=====△H 3PO 4＋5NO 2↑＋H 2O 。

知识拓展(1)浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红，后退色。

(2)硝酸与铜的反应：浓硝酸――→足量Cu 开始HNO 3被还原为NO 2，随着反应的进行，硝酸变稀，HNO 3被还原为NO ，向反应后的溶液中加稀硫酸，NO －3又被还原为NO 。

(3)Fe 与稀HNO 3的反应①反应关系：②反应产物与反应物用量关系： a.n (HNO 3)n (Fe )≥4，Fe(NO 3)3； b.n (HNO 3)n (Fe )≤83，Fe(NO 3)2； c.83<n (HNO 3)n (Fe )<4，Fe(NO 3)3和Fe(NO 3)2； d ．n (参加反应的HNO 3)＝4n (被还原的HNO 3)。

[练习与活动]1．下列关于硝酸说法正确的是( ) A ．硝酸与金属反应，主要是＋5价氮得电子B ．浓HNO 3与浓盐酸按3∶1的体积比所得混合物叫王水C ．硝酸电离出H ＋，能被Zn 、Fe 等金属还原成H 2D ．常温下，向浓HNO 3中投入Fe 片，会产生大量红棕色气体 答案 A解析 硝酸与金属反应，主要是＋5价氮得电子，生成氮的低价化合物，一般不生成氢气。

浓HNO3与浓盐酸按1∶3的体积比所得混合物叫王水。

常温下铁遇到浓硝酸发生钝化，不会生成大量红棕色气体。

2．在盛有一定量浓硝酸的试管中加入6.4 g铜片，发生反应。

请回答下列问题：(1)开始阶段，观察到的现象为____________________，反应的化学方程式是____________________________________________________________________。

(2)反应结束后，铜片有剩余，再加入少量20%的稀硫酸，这时铜片上又有气泡产生，反应的离子方程式是________________________________________________________________________________________________________________。

(3)若6.4 g铜片消耗完时，共产生气体2.8 L(标准状况)。

则整个反应过程中所消耗的HNO3的物质的量为________。

答案(1)铜片逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，产生红棕色的气体Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O(2)3Cu＋8H＋＋2NO－3===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O(3)0.325 mol解析(1)因为浓硝酸的氧化性很强，可以将铜氧化，同时它本身被还原为红棕色的NO2气体，所以现象是铜片逐渐溶解，溶液由无色变为蓝色，产生红棕色的气体。

(2)反应后的溶液中有NO－3，加入稀硫酸后，NO－3会继续氧化铜单质。

(3)起酸性作用的HNO3的物质的量n(HNO3)＝2n(Cu)＝0.2 mol；被还原的HNO3的物质的量n(HNO3)＝2.8 L22.4 L·mol－1＝0.125 mol。

故整个反应过程中所消耗的HNO3的物质的量为0.2 mol＋0.125 mol＝0.325 mol。

二、人类活动对氮循环和环境的影响[交流研讨]造成“水华”现象的原因是什么？如何防治？提示：水体中氮、磷等元素的含量增多，使得水体中的植物增长速度加快，使水体缺氧变臭。

防治的措施是减少含氮、磷等元素的物质向水体中的排放，科学地施用化学肥料。

[点拨提升]含氮物质的来源及其危害知识拓展环境问题与产生原因(1)“臭氧空洞”主要是大量使用氟氯代烃等引起的。

(2)“光化学烟雾”主要是由汽车尾气的排放引起的。

(3)“酸雨”主要是由空气中SO2、NO2浓度增大引起的。

(4)“白色污染”主要是由聚乙烯塑料等引起的。

(5)“温室效应”主要是由空气中CO2浓度增大引起的。

[练习与活动]3．下列污染现象主要与NO2有关的是( )A．臭氧层空洞B．水体富营养化C．光化学烟雾D．温室效应答案 C解析以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物是形成光化学烟雾的一个重要原因，故本题选C项。

4．汽车尾气是城市空气的污染源之一。

治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”。

它可以使CO与NO反应，生成可参与大气循环的无毒气体。

(1)下列与汽车尾气的排放密切相关的是________(填序号)。

A．光化学烟雾B．水体富营养化与赤潮C．白色污染D．雾霾(2)写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式：_____________________________________________________。

答案(1)AD(2)2CO ＋2NO =====催化剂2CO 2＋N 2解析 (1)汽车尾气中含有大量的氮氧化物，氮氧化物是形成光化学烟雾和雾霾的主要原因之一。

(2)根据题目提供的信息可知，CO 与NO 反应生成可参与大气循环的无毒气体，即生成的是CO 2和N 2，由此可写出化学反应方程式。

本课小结。