2020-2021学年高二化学新教材人教版必修第二册教师用书：5

2020-2021学年高二化学新教材人教版必修第二册教师用书：5

www.ks5u.com 第3课时　硝酸、酸雨及其防治 ‎ 课前自主预习 ‎ 一、硝酸 ‎1．物理性质 硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。‎ ‎2．化学性质 ‎(1)强酸性：HNO3溶于水发生的电离方程式为：‎ HNO3===H＋＋NO。‎ ‎(2)强氧化性：硝酸的强氧化性表现在硝酸中＋5价氮得到电子，被还原成较低价的氮的化合物。‎ ‎①常温下，浓硝酸和浓硫酸都可将铝、铁等金属的表面]氧化为致密的氧化物薄膜而发生“钝化”，因此可用铝或铁容器盛装冷的浓硫酸或冷的浓硝酸。‎ ‎②硝酸可与除金、铂外的所有金属反应。写出铜分别与浓硝酸、稀硝酸反应的方程式：‎ Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O；‎ ‎3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。‎ ‎③硝酸也可氧化某些非金属(如碳、硫)，如加热时，炭与浓硝酸反应，其反应方程式为：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。‎ ‎(3)不稳定性：4HNO32H2O＋4NO2↑＋O2↑‎ 二、酸雨及其防治 ‎1．SO2和NO2的主要来源 ‎(1)煤、石油和含硫矿物的燃烧或冶炼；‎ ‎(2)汽车尾气、硫酸厂、硝酸厂的尾气。‎ ‎2．危害 ‎(1)引起大气污染。直接危害人体健康。‎ ‎(2)溶于水形成酸雨。‎ ‎3．酸雨 ‎(1)概念：pH<5.6的雨水称酸雨，主要是大气中的SO2和NO2溶于水造成的。‎ ‎(2)形成原理：‎ ‎①H2SO4的生成(硫酸型酸雨)。‎ SO2＋H2OH2SO3；2H2SO3＋O2===2H2SO4。‎ ‎②HNO3的生成(硝酸型酸雨)。‎ ‎3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。‎ ‎4．防治措施 ‎(1)调整能源结构，发展清洁能源。‎ ‎(2)研究煤的脱硫技术，改进燃烧技术，减少SO2和NO2的排放。‎ ‎(3)加强工厂废气的回收处理。‎ ‎(4)改进汽车尾气处理技术，控制汽车尾气排放标准。‎ ‎ 课堂互动探究 ‎ ‎ 硝酸的强氧化性 硝酸具有强氧化性是由于HNO3中的＋5价氮元素有很强的得电子能力，在硝酸参与的氧化还原反应中，几乎全部是＋5价氮被还原。‎ ‎1．表现 ‎(1)浓硝酸能使紫色石蕊试液先变红，后褪色。‎ ‎(2)与非金属单质C、S、P等在加热条件下反应，非金属元素生成酸性氧化物(或其含氧酸)。‎ ‎(3)金属与HNO3反应一般不生成H2，浓HNO3一般被还原为NO2，稀HNO3一般被还原为NO，极稀HNO3可被还原成NH3，生成NH4NO3。‎ ‎(4)在利用HNO3的酸性时，要注意考虑它的强氧化性。如FeO与稀硝酸反应时的方程式应是3FeO＋10HNO3(稀)===3Fe(NO3)3＋NO↑＋5H2O，而不是FeO＋2HNO3(稀)===Fe(NO3)2＋H2O。‎ ‎(5)硝酸与铁反应时，产物符合以下规律：‎ ‎ ‎ ‎(6)浓硝酸与Cu反应时，若Cu过量，反应开始时浓硝酸的还原产物为NO2，但随着反应的进行，硝酸变稀，其还原产物将为NO，最终应得到NO2与NO的混合气体，可利用氧化还原反应过程中化合价升降总数相等的守恒规律求解有关Cu、HNO3和混合气体之间的量的关系。‎ ‎(7)注意NO在离子共存问题的判断中的特殊性。在水溶液中，NO本无氧化性，但当水溶液中有大量H＋存在时，NO就表现出强氧化性，如在有H＋、NO存在的溶液中就不能存在Fe2＋、S2－、I－、SO、Br－等还原性离子。‎ ‎2．规律 ‎(1)温度越高，硝酸越浓，其氧化性越强。‎ ‎(2)与硝酸反应时，还原剂一般被氧化成最高价态。‎ ‎ 金属与硫酸、硝酸反应的计算 ‎1．反应通式 M＋H2SO4(浓)―→M(SO4)n＋还原产物＋H2O ‎3M‎＋4xHNO3(稀)===‎3M(NO3)x＋xNO↑＋2xH2O M＋2xHNO3(浓)===M(NO3)x＋xNO2↑＋xH2O x为金属的化合价。由以上两通式可以看出，稀硝酸与金属反应时，显示氧化性的硝酸占总量的；浓硝酸与金属反应时，显示氧化性的硝酸占总量的。‎ ‎2．还原产物 浓硫酸―→SO2‎ 浓硝酸―→NO2‎ 稀硝酸―→NO(HNO3越稀，还原产物的价态越低，如Zn和很稀的HNO3反应，还原产物可能是NH4NO3)。‎ ‎3．溶液中的酸 ‎(1)起氧化性作用的酸转化为气体(NO、NO2、SO2等)，起氧化性作用的酸的物质的量等于生成气体的物质的量。‎ ‎(2)起酸性作用的酸转移到生成物的盐中，其物质的量可以由阳离子的物质的量求得。‎ ‎(3)没参加反应的酸，可根据溶液中H＋的物质的量求得。‎ ‎4．常用方法 ‎(1)电子守恒法 硝酸与金属的反应属于氧化还原反应，N原子得到的电子数等于金属原子失去的电子数。‎ ‎(2)原子守恒法 硝酸与金属反应后，一部分以NO的形式存在，一部分转化为还原产物(NO、NO2等)，这两部分中氮原子的物质的量与反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量相等。‎ 以Cu与硝酸反应为例来说明：‎ Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝n(NO2)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO2)。‎ ‎3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝3n(NO)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO)。‎ 若还原产物为NO2和NO的混合气体，则反应中转移的n(e－)＝2n(Cu)＝n(NO2)＋3n(NO)，消耗的n(HNO3)＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO2)＋n(NO)。‎ ‎5．金属与稀硝酸和稀硫酸的混合酸反应 金属与硝酸和硫酸的混合酸反应时，金属与硝酸反应生成的硝酸盐在酸性条件下，相当于稀硝酸，金属会继续被NO氧化，故计算有关物质的量时，要按离子方程式进行。‎ 例如，Cu与硝酸和硫酸的混合酸反应时，要按离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O进行计算。‎ 一般有以下几种情况：‎ ‎3Cu～2NO～8H＋　被还原的HNO3量　被氧化的Cu量 ‎①足量 不足　足量　　HNO3总量　　　　·n(HNO3)‎ ‎②不足 足量　足量　　·n(Cu)　　　　Cu总量 ‎③足量 足量　不足　　·n(H＋)　　　 ·n(H＋)‎ 由此看出，在不同的情况，HNO3可部分被还原，也可全部被还原，Cu也是可部分或可全部被氧化。‎ ‎ 酸雨及防治 ‎1．常见的环境污染 环境污染 形成原因 主要危害 温室效应 大气中CO2含量不断增加 全球变暖，冰雪融化 酸雨 SO2和氮氧化物的排放 土壤、湖泊酸化，腐蚀建筑物 光化学 烟雾 氮氧化物和碳氢化合物的排放 危害人体健康和植物生长 臭氧空洞 氮氧化物和氟氯代烃的排放 地球上的生物受太阳紫外线的伤害加剧 赤潮和 水华 含磷洗衣粉的大量使用及其废水的任意排放使水体富营养化 藻类过度繁殖，水质恶化，海水中为赤潮，淡水中为水华 白色污染 聚乙烯塑料的大量使用，任意丢弃 破坏土壤结构和生态环境 ‎2.SO2和氮的氧化物的吸收、转化 ‎(1)NaOH溶液吸收 SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O NO2＋NO＋2NaOH===2NaNO2＋H2O ‎2NO2＋2NaOH===NaNO2＋NaNO3＋H2O ‎(2)氨气吸收 ‎2NH3＋H2O＋SO2===(NH4)2SO3‎ ‎8NH3＋6NO27N2＋12H2O ‎4NH3＋6NO5N2＋6H2O ‎(3)汽车尾气转换器 ‎2CO＋2NO2CO2＋N2‎ ‎(4)石灰吸收 CaO＋SO2===CaSO3　2CaSO3＋O2===2CaSO4‎ ‎ 典例题组训练 ‎ ‎　　　　　　　　　‎ 题组一　　　硝酸的强氧化性 ‎1．(双选)下列有关硝酸的说法中正确的是(　BC　)‎ A．常温下浓硝酸与铁、铝不反应 B．浓硝酸具有强氧化性和不稳定性 C．浓硝酸通常略显黄色，是因为在其中溶解了NO2的缘故 D．稀硝酸与铜反应，氮元素化合价由＋5降为＋2；浓硝酸与铜反应，氮元素化合价由＋5降为＋4。由反应前后化合价降低的多少可知，稀硝酸的氧化性比浓硝酸强 解析：常温下浓硝酸与铁、铝反应，在金属表面生成致密的氧化膜，A错误；浓硝酸呈黄色是因为HNO3分解生成的二氧化氮又溶解在硝酸中造成的，C正确；判断物质氧化性的强弱，应该依据其得电子能力强弱，而不是得电子的多少，浓硝酸的氧化性强于稀硝酸，D错误。‎ ‎2．下述实验中均有红棕色气体产生，对比分析所得结论不正确的是(　D　)‎ A.①中的红棕色气体一定是混合气体 B．红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应 C．由③说明浓硝酸具有挥发性，生成的红棕色气体为还原产物 D．③的气体产物中检测出CO2，由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应 解析：①中灼热碎玻璃起加热作用，浓硝酸受热分解生成红棕色NO2，硝酸中氮元素化合价降低，必有元素化合价升高，只能为氧元素，因此，还有O2生成，产生的气体为混合气体，A项正确；由①可知，浓硝酸受热分解可生成红棕色气体，所以②中产生的“红棕色气体”不一定是木炭与浓硝酸发生反应产生的，B项正确；③中浓硝酸挥发才能与红热木炭接触，产生的NO2是还原产物，C项正确；红热的木炭还可与空气中的O2反应生成CO2，不一定是木炭与浓硝酸发生反应生成了CO2，D项错误。‎ ‎3．38.4 mg Cu与适量的浓硝酸反应，Cu全部反应后，共收集到22.4 mL(标准状况下)气体。反应消耗的HNO3的物质的量是(　C　)‎ A．1.0×10－3 mol B．1.6×10－3 mol C．2.2×10－3 mol D．2.4×10－3 mol 解析：Cu跟浓硝酸反应的化学方程式为Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。随着反应的进行，浓硝酸会逐渐变成稀硝酸，反应则变为3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O。‎ 方法1：极端假设法 n(Cu)＝ g＝6.0×10－4 mol 若38.4 mg Cu全部与浓硝酸反应，则可求得参加反应的HNO3的物质的量为6.0×10－4 mol×4＝2.4×10－3 mol，产生的NO2在标准状况下的体积为6.0×10－4 mol×2×‎22.4 L·mol－1×103＝26.88 mL；若38.4 mg Cu全部与稀硝酸反应，则可求得参加反应的HNO3的物质的量为6.0×10－4 mol×＝1.6×10－3 mol，产生的NO在标准状况下的体积为6.0×10－4 mol××‎22.4 L·mol－1×103＝8.96‎ ‎ mL。事实上Cu应先与浓硝酸反应，浓硝酸变稀后，又与稀硝酸反应，所以消耗的HNO3的物质的量应在1.6×10－3 mol和2.4×10－3 mol之间。观察选项可知应选C。‎ 方法2：物料守恒法 参加反应的HNO3一部分作酸，一部分作氧化剂被还原(其中一部分被还原为NO2，另一部分被还原为NO)，故n(HNO3)＝n[HNO3(作酸)]＋n[HNO3(作氧化剂)]＝2n[Cu(NO3)2]＋n(NO2)＋n(NO)＝2×＋＝2.2×10－3 mol。‎ ‎4．有一稀硫酸和稀硝酸的混合酸，其中H2SO4和HNO3的物质的量浓度分别是4 mol·L－1和2 mol·L－1，取10 mL此混合酸，向其中加入过量的铁粉，待反应结束后，可产生标准状况下的气体的体积为(设反应中HNO3被还原成NO)(　B　)‎ A．‎0.448 L B．‎‎0.672 L C．‎0.896 L D．‎‎0.224 L 解析：金属和混酸反应通过离子方程式计算比较简便，3Fe＋8H＋＋2NO===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O(铁过量，产物为Fe2＋)，反应中Fe和H＋过量，生成的NO的量以NO为准来计算，共得NO ‎0.448 L，过量的铁还可以和溶液中过量的H＋反应产生H2，即有Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，生成的H2为‎0.224 L，气体体积共计‎0.672 L。‎ ‎5．(双选)将‎1.76 g铜镁合金完全溶于一定浓度的HNO3溶液中，得到标准状况下896 mL NO和NO2的混合气体，向反应后的溶液中加入1 mol/L的NaOH溶液，当金属离子全部沉淀时，得到‎3.12 g沉淀。下列说法不正确的是(　BC　)‎ A．合金中铜镁物质的量之比为11‎ B．产生的NO和NO2的体积之比为12‎ C．得到‎3.12 g沉淀时，加入NaOH溶液体积一定是80 mL D．‎1.76 g该合金与足量盐酸反应，可生成标准状况下448 mL气体 解析：设合金中Cu、Mg的物质的量分别为x、y ‎，根据题给信息知x×‎64 g/mol＋y×‎24 g/mol＝‎1.76 g　①；n(OH－)＝＝0.08 mol，故2x＋2y＝0.08 mol　②，由①②解得x＝0.02 mol，y＝0.02 mol，A选项正确；铜、镁的物质的量都为0.02 mol，与硝酸反应失电子数目为0.08 mol，HNO3得电子还原为NO和NO2，设其物质的量分别为a、b，则有(a＋b)×22 400 mL/mol＝896 mL，即a＋b＝0.04 mol，又‎3a＋b＝0.08 mol，解得a＝0.02 mol，b＝0.02 mol，故NO和NO2的体积之比为11，B选项错误；得到‎3.12 g沉淀时，除与Mg2＋、Cu2＋反应消耗0.08 mol NaOH，原溶液中可能还有剩余的HNO3也消耗NaOH，故加入NaOH溶液体积可能大于80 mL，C选项错误；‎1.76 g该合金中的0.02 mol Mg可与盐酸反应，生成0.02 mol H2，即标准状况下448 mL气体，D选项正确。‎ ‎　‎ 题组二　　　酸雨及防治 ‎6．(双选)下列说法正确的是(　AD　)‎ A．酸雨的化学特征是pH小于5.6‎ B．氮氧化物对环境只造成光化学污染 C．硫燃烧的产物排放到空气中最终形成酸雨，此过程中1 mol ‎ S转移4 mol电子 D．将氮氧化物与空气按一定比例混合，通入水中可使其转化为酸溶液 解析：pH小于5.6的降水称为酸雨，A项正确；氮氧化物还会形成酸雨等污染环境，B项错误；S燃烧生成SO2，最终被氧化为H2SO4，即1 mol S→1 mol H2SO4，共转移电子6 mol，C项错误；NOx、O2、H2O按一定比例反应，最终可生成HNO3，D项正确。‎ ‎7．我国农业生产因遭受酸雨而造成的损失每年高达15亿元。为了有效控制酸雨，国务院批准了《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规。某实验小组采集硫酸型酸雨样品，随着时间的推移，多次测定该样品的pH，得到了表中数据：‎ 时间/h ‎0‎ ‎8‎ ‎16‎ ‎24‎ ‎32‎ ‎40‎ ‎48‎ pH ‎5.0‎ ‎4.8‎ ‎4.5‎ ‎4.3‎ ‎4.2‎ ‎4.0‎ ‎4.0‎ ‎(1)酸雨样品放置时pH变化的主要原因是(用化学方程式表示)2H2SO3＋O2===2H2SO4。‎ ‎(2)如果将刚取样的上述酸雨和自来水混合，pH将减小(填“增大”“减小”或“不变”)，原因是(用化学方程式表示)H2SO3＋Cl2＋H2O===2HCl＋H2SO4。‎ ‎(3)你认为减少酸雨产生可采取的措施是C(填字母)。‎ ‎①少用煤作燃料　　　　②把工厂烟囱造高 ‎③燃料脱硫 ④在已酸化的土壤中加石灰　⑤开发新能源 A．①②③　　　　　　　 B．②③④⑤‎ C．①③⑤　　　　　　　 D．①③④⑤‎ 解析：(1)酸雨放置时pH变小，是由于酸雨中的H2SO3被空气中的O2氧化为H2SO4。(2)酸雨和自来水混合，酸雨中的H2SO3与自来水中的Cl2发生氧化还原反应生成H2SO4和HCl，使酸性增强，pH减小。(3)减少酸雨的产生必须减少SO2的排放。燃料脱硫，调整能源结构，开发新能源(如氢能、核能等)，都是有效措施。‎ (1)雨水中由于溶解CO2导致雨水本身呈弱酸性，正常雨水的pH为5.6，pH小于5.6的雨水称为酸雨。‎ (2)处理污染物的最好方法是使之转化为无害的物质，如CO与NOx反应生成N2、CO2，或转化为有用的物质，如SO2转化为(NH4)2SO4或CaSO4·2H2O、NO2转化为HNO3或NaNO3等。‎ (3)CO2不属于大气污染物，但它是引进温室效应的主要物质。‎ ‎ 核心素养 ‎ ‎1．金属与硝酸反应的规律 ‎(1)HNO3与金属反应不能产生H2。‎ ‎(2)还原产物一般为HNO3(浓)→NO2，HNO3(稀)→NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。‎ 与Cu反应 由铜与硝酸反应的化学方程式知，浓硝酸被还原为NO2，氮元素的化合价变化为＋5→＋4；稀硝酸被还原为NO，氮元素的化合价变化为＋5→＋2。一般情况下，硝酸的浓度越小，其还原产物的价态越低 与Zn反应 锌与硝酸可发生如下反应 ‎4Zn＋10HNO3(稀)===4Zn(NO3)2＋N2O↑＋5H2O，‎ ‎4Zn＋10HNO3(极稀)===4Zn(NO3)2＋NH4NO3＋3H2O ‎(3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。‎ ‎2．金属与硝酸反应计算的思维流程 ‎　‎ ‎【例1】　(双选)如图表示铁与不同浓度硝酸反应时，各种还原产物的相对含量与硝酸溶液浓度的关系，则下列说法不正确的是(　　)‎ A．一般来说，硝酸与铁反应的还原产物不是单一的 B．用一定量的铁粉与大量的9.75 mol·L－1 HNO3溶液反应得到标准状况下气体‎2.24 L，则参加反应的硝酸的物质的量为0.1 mol C．硝酸的浓度越大，其还原产物中价态越高的成分越少 D．当硝酸浓度为9.75 mol·L－1时还原产物是NO、NO2、N2O，‎ 且其物质的量之比为531‎ ‎【解析】　根据图像可知硝酸的还原产物有多种，因此一般来说，硝酸与铁反应的还原产物不是单一的，A正确；参加反应的硝酸包括被还原的，以及没有被还原的(转化为硝酸铁)，因此参加反应的硝酸的物质的量大于0.1 mol，B错误；根据图像可知随着硝酸浓度的升高，NO2的含量增大，这说明硝酸的浓度越大，其还原产物中价态越高的成分越多，C错误；根据图像可知当硝酸浓度为9.75 mol·L－1时还原产物是NO、NO2、N2O，且其物质的量之比为1062＝531，D正确。‎ ‎【答案】　BC ‎【例2】　将Mg和Cu的合金‎2.64 g，投入适量的稀HNO3中恰好反应，固体全部溶解时，收集的还原产物为NO，体积为‎0.896 L(标准状况下)，向反应后的溶液中加入2 mol·L－1 NaOH溶液60 mL时，金属离子恰好完全沉淀，则形成沉淀的质量为(　　)‎ A．‎4.32 g B．‎‎4.68 g C．‎5.36 g D．‎‎6.38 g ‎【解析】　根据电子转移守恒可知，Mg、Cu生成‎0.896 L NO转移的电子为‎0.896 L÷‎22.4 L·mol－1×(5－2)＝0.12 mol，Mg、Cu在反应中失去电子，最终生成Mg(OH)2、Cu(OH)2，根据电荷守恒可知，生成沉淀需要OH－的物质的量一定等于Mg、Cu失去电子的物质的量，所以反应后生成沉淀的质量为‎2.64 g＋0.12 mol×‎17 g·mol－1＝‎4.68 g。‎ ‎【答案】　B