高中化学主题空气资源氨的合成课题氨氧化法制硝酸教案选修

课题3 氨氧化法制硝酸●课标要求1．了解我国基本化工的生产资源、基本化工产品的主要种类和发展状况。

2．认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。

●课标解读1.了解氨氧化法制硝酸的工艺流程。

2．明确氨催化氧化制硝酸的原理。

3．掌握在实验室中制备硝酸的方法和操作。

●教学地位硝酸是化工生产中的重要原料，氨氧化法制硝酸的模拟实验流程及操作方法是高考的高频考点，尤其是氮的循环对生活、生产的影响为高考的热点。

●新课导入建议1908年，德国化学家哈伯首先在实验室用氢气和氮气在600 ℃、200个大气压的条件下合成了氨。

后由布什提高了产率，完成了工业化设计，建立了年产1 000吨氨的生产装置，1 000吨氨气利用氨氧化法可生产3 000吨硝酸，利用这些硝酸可制造3 500吨烈性TNT。

这些烈性TNT支持了德国发动了坚持四个多年头的第一次世界大战。

你知道工业上是如何制备硝酸的吗？●教学流程设计课前预习安排：看教材P12－16，填写[课前自主导学]，并完成[思考交流]。

⇒步骤1：导入新课，本课时教学地位分析。

⇒步骤2：建议对[思考交流]多提问，反馈学生预习效果。

⇒步骤3：师生互动完成探究1，可利用[问题导思]作为主线。

⇓步骤7：通过[例2]讲解研析，对“探究2、尾气的净化处理”中注意的问题进行总结。

⇐步骤6：师生互动完成“探究2”。

⇐步骤5：指导学生自主完成[变式训练1]和[当堂双基达标]1～4题。

⇐步骤4：通过[例1]的讲解研析，对“探究1、硝酸的工业制法”中注意的问题进行总结。

⇓步骤8：指导学生自主完成[变式训练2]和[当堂双基达标]中的第5题。

⇒步骤9：引导学生自主总结本课时知识框架，然后对照[课堂小结]。

安排学生课下完成[课后知能检测]。

课 标解 读重 点 难 点1.理解氨氧化法制硝酸的反应原理，并能利用反应原理说明如何制得一氧化氮和选择吸收二氧化氮的条件。

2.了解氨氧化法制硝酸过程中的尾气对环境的危害及其处理方法，树立环保意识。

3.进一步认识催化剂在化工生产中的重要作用，体会实验室研究与工业生产的关系。

1.氨氧化法制硝酸的反应方程式。

(重点)2.硝酸生产过程中NO 的获得和NO 2的吸收。

(重难点)3.氨氧化法制硝酸模拟实验流程及操作方法。

(难点)氨氧化法制硝酸1.制备流程：NH 3――→2NO ――→2NO 2――→2HNO 3。

2．反应原理：4NH 3＋5O 2=====催化剂高温4NO ＋6H 2O 、2NO ＋O 2===2NO 2、3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO 。

1．氨氧化法制硝酸过程中，发生氧化反应的含氮物质有哪些？ 【提示】 NH 3、NO 、NO 2中氮元素化合价升高，均发生氧化反应。

氨氧化法制硝酸的模拟实验A．氨水(浓氨水∶水＝1.5∶1) B．催化剂(Cr2O3)C．干燥剂(无水氯化钙) D．氧化瓶E．吸收瓶(水、石蕊溶液) F．NaOH溶液氨氧化法制硝酸的实验装置示意图1．操作：先加热硬质试管中的催化剂，再把空气缓缓地、均匀地鼓入氨水中，待催化剂开始红热时，撤走酒精灯。

2．思考(1)氧化瓶D中的现象：瓶内变成红棕色。

(2)写出E中发生的化学反应方程式：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。

(3)F的作用是吸收未反应的NO、NO2气体。

2．试通过模拟实验分析氨氧化反应的热效应。

【提示】待催化剂红热时，撤走酒精灯，利用反应释放的热量维持反应的继续进行，说明氨氧化反应为放热反应。

硝酸的工业制取1.(1)氨气与O2反应可生成多种不同的产物，如NO、N2O、N2，若不控制反应条件，只会生成氮气。

(2)科学家通过研究，找到了选择NO并加快反应速率的催化剂，主要包括铂系催化剂和非铂系催化剂两类。

2．选择吸收二氧化氮的条件(1)吸收NO2的反应为：3NO2＋H2O2HNO3＋NO。

(2)吸收NO 2反应的特点：①可逆反应；②放热反应；③气体总体积缩小的反应。

(3)吸收NO 2的方法：欲使原料利用充分，得到的硝酸的浓度增大，可采取加压、降温的方法，现代硝酸生产改用全压法和综合法，成品酸中HNO 3的质量分数可达60%～70%，提高了NO 2的吸收率。

3．常压法生产硝酸尾气的处理(1)碱液吸收法：2NO 2＋Na 2CO 3===NaNO 3＋NaNO 2＋CO 2。

(2)催化还原法：如用H 2、CH 4等在催化剂作用下与氮的氧化物反应。

3．温度和压强对气体的溶解性产生哪些影响？【提示】 温度越高，气体的溶解性越差，反之越强；压强越大，气体的溶解性越强，反之越差。

硝酸的工业制法①工业制硝酸的原料是什么？ 【提示】 氨气和空气。

②如何获得一氧化氮？【提示】 4NH 3＋5O 2=====Pt高温4NO ＋6H 2O 。

③吸收NO 2的方法是什么？ 【提示】 全压法和综合法。

1．工业制硝酸的原料：NH 3和空气。

2．反应流程：NH 3――→O 2NO ――→O 2NO 2――→H 2OHNO 3。

3．反应设备：氧化炉、吸收塔、蒸馏塔。

4．工艺流程5．相关反应催化剂4NO＋6H2O4NH3＋5O2=====高温2NO＋O2===2NO23NO2＋H2O===2HNO3＋NO1．Mg(NO3)2具有脱水作用，可用于提高HNO3的质量分数。

2．在工业制HNO3过程中，注意勒·夏特列原理的应用。

把烧红了的铂丝插入盛有浓氨水的锥形瓶中，可观察到下列现象：①液面上的铂丝保持红热；②瓶内有红棕色气体产生；③有时瓶口有白烟出现。

请用必要的文字和有关化学反应方程式解释上述现象。

【解析】氨与氧气在有催化剂存在时可以发生氧化还原反应，反应方程式为4NH3＋催化剂5O2=====4NO＋6H2O，反应是放热的，因此可观察到烧红的铂丝保持红热状态。

生成的NO容高温易与O2继续反应生成红棕色的NO2气体：2NO＋O2===2NO2。

NO2气体遇水蒸气则发生反应3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，生成的HNO3是挥发性酸，可与氨水挥发出的NH3化合产生白烟NH4NO3，反应方程式为NH3＋HNO3===NH4NO3。

【答案】氨水易挥发，瓶内充满NH3和O2的混合气体，当红热的铂丝插入时，由于发生催化剂下列反应：4NH3＋5O2=====4NO＋6H2O而放出大量的热，致使铂丝保持红热。

生成的NO可继高温续和O2反应生成红棕色的NO2，反应方程式为2NO＋O2===2NO2，而NO2能与水蒸气反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，生成的挥发性酸HNO3遇NH3则产生白烟NH4NO3，化学反应方程式为NH3＋HNO3===NH4NO3。

NH3遇HNO3产生白烟(固体颗粒)，易误写为白雾(液体小液滴)。

1．工业上用氨的催化氧化法制HNO3时，先制得50%左右的硝酸，然后再制成98%的浓HNO3，一般采用的方法是( ) A．加CaCl2后再蒸馏浓缩B．加生石灰吸去水分后再过滤C．加硝酸镁后再蒸馏浓缩D．加入浓H2SO4后再分液【解析】以硝酸镁做脱水剂，将浓硝酸镁溶液与稀硝酸按一定比例混合进行蒸馏。

由于硝酸镁具有脱水作用，因此可蒸出HNO3含量较高的硝酸蒸气。

将硝酸蒸气再进行精馏，即可得到HNO3的质量分数为98%以上的硝酸蒸气，冷凝后即得浓硝酸。

【答案】 C尾气的净化和处理①硝酸工业中尾气的有害成分是什么？【提示】NO、NO2等含氮氧化物。

②处理硝酸工业尾气常用什么方法？【提示】碱液吸收法和催化还原法。

③处理硝酸工业尾气常用的原料是什么？【提示】纯碱溶液或甲烷、氢气等。

1．碱液吸收法2NO2＋Na2CO3===NaNO2＋NaNO3＋CO2，NO＋NO2＋Na2CO3===2NaNO2＋CO2利用碳酸钠溶液吸收氮的氧化物比较经济，但处理后的尾气中氮的氧化物的含量仍难以达到排放标准，人们又采用催化还原法净化尾气。

2．催化还原法 H 2＋NO 2===NO ＋H 2O 2H 2＋2NO===N 2＋2H 2O CH 4＋4NO 2===4NO ＋CO 2＋2H 2O CH 4＋4NO===2N 2＋CO 2＋2H 2O在催化剂存在的条件下，利用各种燃料气中的甲烷、氢气等将氮的氧化物还原为氮气和水，使尾气中氮的氧化物的含量降低，达到甚至低于排放标准。

在硝酸生产过程所排放出来的废气中含有NO 和NO 2，它们污染环境，现用氨催化还原法将它们转化为无毒气体(填名称)____________直接排入空气中，写出有关反应的化学方程式_________________________________。

假设NO 和NO 2的物质的量之比恰好为1∶1，则两者的混合物相当于一种酸酐，写出用烧碱溶液吸收这种酸酐的化学方程式___________________________________。

【解析】 硝酸的酸酐是N 2O 5，和NaOH 反应生成NaNO 3，亚硝酸的酸酐是N 2O 3，和NaOH 反应生成NaNO 2。

【答案】 氮气 6NO ＋4NH 3=====催化剂△5N 2＋6H 2O 、6NO 2＋8NH 3===7N 2＋12H 2O N 2O 3＋2NaOH===2NaNO 2＋H 2O2．汽车尾气中的烃类、CO 、NO x 和SO 2是城市空气的重要污染源，治理方法之一是在汽车排气管上加装“催化转化器”，它使CO 和NO x 反应可生成参与大气循环的无毒气体，并使烃类充分燃烧及SO 2转化，下列说法错误的是( )A ．CO 和NO x 反应的化学方程式为：2x CO ＋2NO x =====催化剂2x CO 2＋N 2B ．此方法的缺点是由于SO 3增多，会提高空气的酸度C ．多植树造林，增大绿化面积，可有效控制城市空气的各种污染源D ．汽车改用天然气、液化气燃料或开发新能源，都会减少对空气的污染【解析】 由CO 、NO x 反应生成参与大气循环的无毒气体及原子守恒得出，A 正确；由SO 2的转化(在空气中)知道应生成SO 3，SO 3结合空气中的水蒸气生成硫酸酸雾，提高了空气的酸度，B 正确；植树造林能净化空气但不能控制污染源，C 错误；天然气、液化气是洁净燃料，D 正确。

【答案】 C【教师备课资源】玻尔巧藏诺贝尔金质奖章第二次世界大战中，玻尔被迫离开将要被德国占领的祖国。

他将诺贝尔金质奖章溶解在一种溶液里，装于玻璃瓶中。

后来，纳粹分子窜进玻尔的住宅，那瓶溶有奖章的溶液就在眼皮底下，他们却一无所知。

那么，玻尔是用什么溶液使金质奖章溶解的呢？他用的溶液叫王水，是浓硝酸和浓盐酸按1∶3的体积比配制成的混合溶液。

王水的氧化能力比硝酸强，不溶于硝酸的金，却可以溶解在王水中。

氮是蛋白质的基本组成元素之一，所以生物体均含氮元素，氮循环涉及生物圈的全部领域，以下关于氮被生物体吸收的途径叙述正确的是( )①氮在大气中含量高达78%，可被生物体直接利用②通过雷雨放电等一系列反应可将空气中游离态的氮转化为硝酸盐，而被植物吸收③所有植物都具有生物固氮作用，其根部根瘤菌可使氮气转变为硝酸盐，而被植物吸收④动物以植物为食而获得氮并转化为动物蛋白⑤动物死亡后，其遗骸中的蛋白质被微生物分解成NH＋4、NO－3、NH3，又回到土壤和水体中，被植物再次吸收A．①⑤B．④⑤C．②④⑤ D．②④【答案】 C1．工业制HNO3的3个反应：催化剂4NO＋6H2O4NH3＋5O2=====高温2NO ＋O 2===2NO 2 3NO 2＋H 2O===2HNO 3＋NO2．处理硝酸工业尾气的2种方法： (1)碱液吸收法；(2)催化还原法。