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第3课时硝酸人类活动对氮循环和环境的影响1.通过学习硝酸与金属、非金属的反应,能从元素价态变化视角体验科学探究的乐趣,基于实验事实推出硝酸的性质。2.了解硝酸的用途以及人类活动对氮循环的影响,树立环境保护意识,体验化学工作者科学态度与社会责任的核心价值观。知识铺垫新知预习自主测试1.酸的通性(1)使酸碱指示剂变色(如使紫色石蕊变红)。(2)与活泼金属发生置换反应。(3)与碱性氧化物反应,生成盐和水。(4)与碱发生中和反应。(5)与盐发生复分解反应。2.在实验室和化工生产中常用的酸有盐酸、硫酸、硝酸(化学式为HNO3)、醋酸(CH3COOH)。知识铺垫新知预习自主测试一、硝酸1.物理性质纯净的硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体,熔点为-42℃,沸点为83℃,密度为1.5g·cm-3。通常市售硝酸中HNO3的质量分数为68%~70%,密度约为1.42g·cm-3。HNO3的质量分数为95%以上的浓硝酸在空气中由于挥发出硝酸蒸气会产生发烟现象,通常叫作发烟硝酸。知识铺垫新知预习自主测试2.化学性质(1)酸的通性:电离方程式为。硝酸能使酸碱指示剂发生颜色变化,能与金属、碱、碱性氧化物等反应。(2)不稳定性浓硝酸受热或见光分解,化学方程式为HNO3H++NO3-4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O。知识铺垫新知预习自主测试(3)强氧化性3.用途硝酸是一种重要的化工原料,可用于制造炸药、染料、塑料和硝酸盐等。在实验室里,硝酸是一种重要的化学试剂。【微思考1】为什么浓硝酸一般呈黄色?如何消除其黄色?提示:纯硝酸为无色液体,由于HNO3分解产生的NO2又溶于其中,故浓硝酸一般呈黄色;向浓硝酸中通入O2,可以消除其黄色。知识铺垫新知预习自主测试二、人类活动对氮循环和环境的影响1.含氮物质的来源及其危害化石燃料燃烧植物体焚烧农用土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化工业废水农业废水水体富营养化知识铺垫新知预习自主测试2.减少人类活动对氮循环和环境影响的措施(1)控制进入大气、土壤和水体中含有氮元素的物质的量。(2)增强生态系统对含有氮元素的物质的吸收能力。【微思考2】氮氧化物对环境的污染有哪些?提示:常见的污染类型(1)光化学烟雾:NOx在紫外线作用下,与碳氢化合物发生一系列光化学反应,产生了一种有毒的烟雾。(2)酸雨:NOx排入大气中后,与水反应生成HNO3和HNO2,随雨雪降到地面。(3)破坏臭氧层:NO2可使平流层中的臭氧减少,导致地面紫外线辐射量增加。(4)NO与血红蛋白结合使人中毒。知识铺垫新知预习自主测试1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)常温下铁与浓硝酸反应,产生大量红棕色气体。()(2)用浓硝酸与Cu反应制备NO2。()(3)汽车尾气中的氮氧化物与碳氢化合物是产生光化学烟雾的元凶。()(4)氮氧化合物也可以形成酸雨。()答案:(1)×(2)√(3)√(4)√知识铺垫新知预习自主测试2.浓硝酸常呈黄色的原因是()A.浓硝酸易分解产生NOB.浓硝酸中混有Fe3+C.浓硝酸易分解产生NO2D.浓硝酸易氧化单质C答案:C解析:浓硝酸易分解产生NO2,NO2溶于浓硝酸使硝酸呈黄色。3.下列反应中,硝酸既表现了氧化性又表现了酸性的是()A.C+浓硝酸B.Cu+稀硝酸C.CuO+浓硝酸D.NaOH+HNO3答案:B解析:A项中的反应,硝酸只表现了氧化性;B项,Cu与稀硝酸反应既表现了氧化性又表现了酸性;C项、D项中的反应,硝酸只表现了酸性。探究1探究2素养脉络随堂检测硝酸的氧化性问题探究硝酸与铜反应时,体现了硝酸的哪些性质?提示:体现了硝酸的氧化性和酸性。硝酸被还原成氮的氧化物体现了氧化性,与金属结合成硝酸盐体现了硝酸的酸性。探究1探究2素养脉络随堂检测知识归纳浓硝酸和稀硝酸均具有强氧化性,主要是由于硝酸中的+5价的氮元素具有很强的得电子能力。其主要表现为能将大多数金属(除Au、Pt之外)溶解、能与很多非金属反应以及与某些还原性化合物发生反应。1.浓硝酸(1)与金属单质反应。浓硝酸与金属反应生成的气体主要是NO2。①与不活泼金属单质:②铁和铝常温下遇浓硝酸钝化,钝化是化学变化。2HNO3(浓)+AgAgNO3+NO2↑+H2O4HNO3(浓)+CuCu(NO3)2+2NO2↑+2H2O探究1探究2素养脉络随堂检测(2)与非金属单质反应。浓硝酸在加热条件下能与非金属单质反应,本身被还原为NO2,非金属单质一般被氧化成氧化物或酸。C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2OS+6HNO3(浓)H2SO4+6NO2↑+2H2O探究1探究2素养脉络随堂检测2.稀硝酸稀硝酸常温下与绝大多数金属单质反应生成的气体主要是NO,不产生氢气。(1)稀硝酸与铜反应(2)稀硝酸与铁反应8HNO3(稀)+3Cu3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O反应物量的关系HNO3过量Fe过量恰好反应产物Fe(NO3)3Fe(NO3)2Fe(NO3)3或Fe(NO3)2或二者的混合物探究1探究2素养脉络随堂检测特别提醒:(1)硝酸与金属反应时,一般既表现强氧化性,又表现酸性,参加反应的硝酸部分被还原,还有一部分仍以形式存在。(2)浓硝酸与金属反应的过程中,浓度逐渐减小,还原产物有可能是NO和NO2的混合物,最终溶液中仍有。NO3-NO3-探究1探究2素养脉络随堂检测方法提炼守恒法突破硝酸与金属反应的计算题(1)思维模型探究1探究2素养脉络随堂检测(2)计算中守恒思想的应用原子守恒法HNO3与金属反应时,一部分HNO3起酸的作用,以NO3-的形式存在于溶液中。一部分作为氧化剂转化为还原产物,这两部分中氮原子的总物质的量等于反应消耗的HNO3的物质的量得失电子守恒法HNO3与金属的反应属于氧化还原反应,HNO3中氮原子得电子的物质的量等于金属失电子的物质的量探究1探究2素养脉络随堂检测电荷守恒法HNO3过量时反应后溶液中不考虑OH-,则有:c(NO3-)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)离子方程式计算法金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时,由于生成的硝酸盐中NO3-在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属反应,因此此类题目应用离子方程式来计算,先作过量判断,然后根据完全反应的金属或H+或NO3-进行计算,且溶液中符合电荷守恒规律探究1探究2素养脉络随堂检测典例剖析例1足量铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体,这些气体与1.68LO2(标准状况)混合后通入水中,所有气体恰好完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5mol·L-1NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,则消耗NaOH溶液的体积是()A.60mLB.45mLC.30mLD.15mL答案:A解析:由题意分析可知,Cu失去的电子数与O2得到的电子数相等。即n(Cu)=2n(O2)=2×1.68L22.4L·mol-1=0.15mol。根据NaOH和Cu(NO3)2的反应可得关系式:n(NaOH)=2n[Cu(NO3)2]=2n(Cu)=0.3mol,则V(NaOH)=0.3mol5mol·L-1=0.06L=60mL。探究1探究2素养脉络随堂检测对点训练1在浓硝酸中放入铜片。(1)反应开始的化学方程式为,现象为。(2)若铜有剩余,则反应快要结束时的化学方程式是。(3)待反应停止时,再加入少量质量分数为25%的稀硫酸,这时铜片上又有气泡产生,其原因是。(4)若将12.8g铜跟一定质量的浓硝酸反应,铜消耗完时,共产生气体5.6L(标准状况),则所消耗的硝酸的物质的量是。探究1探究2素养脉络随堂检测答案:(1)Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O铜片逐渐溶解,溶液由无色变为蓝色,有红棕色气体生成(2)3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O(3)H+、与Cu发生反应:3Cu+8H++2===3Cu2++2NO↑+4H2O(4)0.65mol解析:(1)在浓硝酸中放入铜片,开始反应的化学方程式为Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。(2)随着反应的进行,硝酸浓度不断减小,故反应后期发生的是稀硝酸与铜的反应。(3)溶液中含有,加入稀硫酸后,H2SO4电离出H+,H+、与Cu反应放出NO。(4)产生的5.6L(标准状况)气体是NO2和NO的混合气体。根据氮原子守恒可知被还原的HNO3的物质的量就是NO2和NO的物质的量之和;再根据铜原子的物质的量可以算出反应中未被还原的HNO3的物质的量,从而可以求出参加反应的HNO3的总物质的量。NO3-NO3-NO3-NO3-探究1探究2素养脉络随堂检测人类活动对氮循环和环境的影响问题探究水体中的氮元素来源主要有哪些?有什么危害?提示:水体中的氮元素主要来源于工业废水、生活污水、农田灌溉以及水产养殖所投入的饵料和肥料等。水体中富含氮元素会导致水体富营养化,从而造成“赤潮”和“水华”。探究1探究2素养脉络随堂检测知识归纳1.主要环境污染污染类型具体表现主要物质或原因酸雨SO2、氮氧化物光化学烟雾氮氧化物、碳氢化合物臭氧空洞氟氯代烷、碳氢化合物温室效应CO2、CH4等雾霾SO2、氮氧化物、颗粒物(PM),颗粒物是加重雾霾天气的主要原因室内空气污染家用燃料的燃烧、烹调、吸烟产生的CO、CO2、NO、NO2、SO2等,各种建筑材料和装饰材料释放出的甲醛、苯等有机物造成的污染探究1探究2素养脉络随堂检测污染类型具体表现主要物质或原因水体污染重金属污染重金属Hg、Cd、Pb、Cr等的离子进入水中形成的污染,主要来自于化工、冶金、电子、电镀等排放的工业废水植物营养物质污染(如赤潮)进入水中腐烂的含蛋白质的物质、含磷洗涤剂及大量使用磷肥造成的水体富营养化,主要来源于工、农业生产及城市生活污水的任意排放探究1探究2素养脉络随堂检测2.绿色化学温馨提示1.pH5.6的雨水称为酸雨。酸雨分硫酸型和硝酸型,我国酸雨类型为硫酸型,主要原因是大量含硫化石燃料的燃烧造成的。2.“赤潮”和“水华”均是水体富营养化的结果。探究1探究2素养脉络随堂检测典例剖析例2下列现象的产生与人为排放大气污染物氮氧化物无关的是()A.温室效应B.光化学烟雾C.酸雨D.水体的富营养化答案:A解析:氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。水体中过量的氮会对水体造成污染,会造成水体富营养化,导致藻类“疯长”。探究1探究2素养脉络随堂检测对点训练2选用下列物质填空(填序号):①二氧化碳②二氧化硫③氮氧化物④氟氯烃(1)会破坏臭氧层的物质是。(2)导致温室效应加剧的主要物质是。(3)造成酸雨的物质是。(4)导致光化学烟雾的物质是。答案:(1)③④(2)①(3)②③(4)③解析:根据环境保护常识回答即可。探究1探究2素养脉络随堂检测1.硝酸2.人类活动对氮循环和环境的影响探究1探究2素养脉络随堂检测1.现有下列物质,其中必须保存在棕色试剂瓶里的是()①氯水②氨水③浓硝酸④浓盐酸⑤烧碱A.①②③B.①③④C.①③D.②⑤答案:C解析:氯水中的HClO、HNO3见光都易分解,因此要将氯水和浓硝酸保存在棕色试剂瓶中。2.下列块状金属在常温时,能全部溶于足量的浓硝酸的是()A.AuB.CuC.AlD.Fe答案:B解析:Au与浓硝酸不反应,Al、Fe在常温下遇浓硝酸钝化,不能全部溶解,Cu能与浓硝酸反应,能全部溶于足量的浓硝酸中。探究1探究2素养脉络随堂检测3.下列反应中硝酸只表现氧化性的是()A.灼热的炭与浓硝酸的反应B.Cu与稀硝酸的反应C.FeO与稀硝酸的反应D.Fe(OH)3与硝酸的反应答案:A解析:灼热的炭与浓硝酸的反应中硝酸只做氧化剂;Cu与稀硝酸、FeO与稀硝酸的反应中硝酸既表现氧化性又表现酸性;Fe(OH)3与硝酸的反应中硝酸只表现酸性。探究1探究2素养脉络随堂检测4.下列有关硝酸反应的叙述中,错误的是()A.稀硝酸与铁反应,有氢气放出B.浓硝酸跟铜反应,有二氧化氮气体放出C.硝酸跟碳酸钠反应,有二氧化碳气体放出D.硝酸受热时,有二氧化氮、氧气放出答案:A解析:稀