《氮的循環》物質的性質與轉化PPT(第3課時硝酸人類活動對氮循環和環境的影響)
第一部分內容：素養目標
1.通過學習硝酸與金屬、非金屬的反應,能從元素價態變化視角體驗科學探究的樂趣,基于實驗事實推出硝酸的性質。
2.了解硝酸的用途以及人類活動對氮循環的影響,樹立環境保護意識,體驗化學工作者科學態度與社會責任的核心價值觀。
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氮的循環PPT，第二部分內容：課前篇自主預習
知識鋪墊
1.酸的通性
(1)使酸堿指示劑變色(如使紫色石蕊變紅)。
(2)與活潑金屬發生置換反應。
(3)與堿性氧化物反應,生成鹽和水。
(4)與堿發生中和反應。
(5)與鹽發生復分解反應。
2.在實驗室和化工生產中常用的酸有鹽酸、硫酸、硝酸(化學式為HNO3)、醋酸(CH3COOH)。
新知預習
一、硝酸
1.物理性質
純凈的硝酸是無色、易揮發、有刺激性氣味的液體,熔點為
-42 ℃,沸點為83 ℃,密度為1.5 g·cm-3。通常市售硝酸中HNO3的質量分數為68%~70%,密度約為1.42 g·cm-3。HNO3的質量分數為95%以上的濃硝酸在空氣中由于揮發出硝酸蒸氣會產生發煙現象,通常叫作發煙硝酸。
2.化學性質
(1)酸的通性:電離方程式為________________。硝酸能使酸堿指示劑發生顏色變化,能與金屬、堿、堿性氧化物等反應。
(2)不穩定性
濃硝酸受熱或見光分解,化學方程式為
(3)強氧化性
3.用途
硝酸是一種重要的化工原料,可用于制造炸藥、染料、塑料和硝酸鹽等。在實驗室里,硝酸是一種重要的化學試劑。
【微思考1】為什么濃硝酸一般呈黃色?如何消除其黃色?
提示:純硝酸為無色液體,由于HNO3分解產生的NO2又溶于其中,故濃硝酸一般呈黃色;向濃硝酸中通入O2,可以消除其黃色。
二、人類活動對氮循環和環境的影響
1.含氮物質的來源及其危害
2.減少人類活動對氮循環和環境影響的措施
(1)控制進入大氣、土壤和水體中含有氮元素的物質的量。
(2)增強生態系統對含有氮元素的物質的吸收能力。
【微思考2】氮氧化物對環境的污染有哪些?
提示:常見的污染類型
(1)光化學煙霧:NOx在紫外線作用下,與碳氫化合物發生一系列光化學反應,產生了一種有毒的煙霧。
(2)酸雨:NOx排入大氣中后,與水反應生成HNO3和HNO2,隨雨雪降到地面。
(3)破壞臭氧層:NO2可使平流層中的臭氧減少,導致地面紫外線輻射量增加。
(4)NO與血紅蛋白結合使人中毒。
自主測試
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)常溫下鐵與濃硝酸反應,產生大量紅棕色氣體。( )
(2)用濃硝酸與Cu反應制備NO2。( )
(3)汽車尾氣中的氮氧化物與碳氫化合物是產生光化學煙霧的元兇。( )
(4)氮氧化合物也可以形成酸雨。( )
答案:(1)× (2)√ (3)√ (4)√
2.濃硝酸常呈黃色的原因是( )
A.濃硝酸易分解產生NO B.濃硝酸中混有Fe3+
C.濃硝酸易分解產生NO2 D.濃硝酸易氧化單質C
答案:C
解析:濃硝酸易分解產生NO2 ,NO2溶于濃硝酸使硝酸呈黃色。
3.下列反應中,硝酸既表現了氧化性又表現了酸性的是( )
A.C+濃硝酸 B.Cu+稀硝酸
C.CuO+濃硝酸 D.NaOH+HNO3
答案:B
解析:A項中的反應,硝酸只表現了氧化性; B項,Cu與稀硝酸反應既表現了氧化性又表現了酸性;C項、D項中的反應,硝酸只表現了酸性。
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氮的循環PPT，第三部分內容：課堂篇探究學習
硝酸的氧化性
問題探究
硝酸與銅反應時,體現了硝酸的哪些性質?
提示:體現了硝酸的氧化性和酸性。硝酸被還原成氮的氧化物體現了氧化性,與金屬結合成硝酸鹽體現了硝酸的酸性。
知識歸納
濃硝酸和稀硝酸均具有強氧化性,主要是由于硝酸中的+5價的氮元素具有很強的得電子能力。其主要表現為能將大多數金屬(除Au、Pt之外)溶解、能與很多非金屬反應以及與某些還原性化合物發生反應。
1.濃硝酸
(1)與金屬單質反應。濃硝酸與金屬反應生成的氣體主要是NO2。
①與不活潑金屬單質:
②鐵和鋁常溫下遇濃硝酸鈍化,鈍化是化學變化。
(2)與非金屬單質反應。濃硝酸在加熱條件下能與非金屬單質反應,本身被還原為NO2,非金屬單質一般被氧化成氧化物或酸。
2.稀硝酸
稀硝酸常溫下與絕大多數金屬單質反應生成的氣體主要是NO,不產生氫氣。
(1)稀硝酸與銅反應
(2)稀硝酸與鐵反應
特別提醒:(1)硝酸與金屬反應時,一般既表現強氧化性,又表現酸性,參加反應的硝酸部分被還原,還有一部分仍以_____形式存在。(2)濃硝酸與金屬反應的過程中,濃度逐漸減小,還原產物有可能是NO和NO2的混合物,最終溶液中仍有_____。
方法提煉守恒法突破硝酸與金屬反應的計算題
(1)思維模型
(2)計算中守恒思想的應用
原子守恒法HNO3與金屬反應時,一部分HNO3起酸的作用,以NO_3^"-" 的形式存在于溶液中。一部分作為氧化劑轉化為還原產物,這兩部分中氮原子的總物質的量等于反應消耗的HNO3的物質的量
得失電子守恒法HNO3與金屬的反應屬于氧化還原反應,HNO3中氮原子得電子的物質的量等于金屬失電子的物質的量
電荷守恒法 HNO3過量時反應后溶液中不考慮OH-,則有:
c(NO_3^"-" )=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金屬離子)
離子方程式計算法 金屬與H2SO4、HNO3的混合酸反應時,由于生成的硝酸鹽中NO_3^"-" 在H2SO4提供H+的條件下能繼續與金屬反應,因此此類題目應用離子方程式來計算,先作過量判斷,然后根據完全反應的金屬或H+或NO_3^"-" 進行計算,且溶液中符合電荷守恒規律
典例剖析
例1足量銅與一定量濃硝酸反應,得到硝酸銅溶液和NO2、N2O4、NO的混合氣體,這些氣體與1.68 L O2(標準狀況)混合后通入水中,所有氣體恰好完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸銅溶液中加入5 mol·L-1 NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀,則消耗NaOH溶液的體積是 ( )
A.60 mL B.45 mL C.30 mL D.15 mL
答案:A
對點訓練1在濃硝酸中放入銅片。
(1)反應開始的化學方程式為___________________,現象為___________________。
(2)若銅有剩余,則反應快要結束時的化學方程式是___________________。
(3)待反應停止時,再加入少量質量分數為25%的稀硫酸,這時銅片上又有氣泡產生,其原因是___________________。
(4)若將12.8 g銅跟一定質量的濃硝酸反應,銅消耗完時,共產生氣體5.6 L(標準狀況),則所消耗的硝酸的物質的量是___________________。
人類活動對氮循環和環境的影響
問題探究
水體中的氮元素來源主要有哪些?有什么危害?
提示:水體中的氮元素主要來源于工業廢水、生活污水、農田灌溉以及水產養殖所投入的餌料和肥料等。水體中富含氮元素會導致水體富營養化,從而造成“赤潮”和“水華”。
知識歸納
1.主要環境污染
2.綠色化學
溫馨提示1.pH<5.6的雨水稱為酸雨。酸雨分硫酸型和硝酸型,我國酸雨類型為硫酸型,主要原因是大量含硫化石燃料的燃燒造成的。
2.“赤潮”和“水華”均是水體富營養化的結果。
典例剖析
例2下列現象的產生與人為排放大氣污染物氮氧化物無關的是( )
A.溫室效應 B.光化學煙霧
C.酸雨 D.水體的富營養化
答案:A
解析:氮氧化物是形成光化學煙霧和酸雨的一個重要原因。水體中過量的氮會對水體造成污染,會造成水體富營養化,導致藻類“瘋長”。
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氮的循環PPT，第四部分內容：隨堂檢測
1.現有下列物質,其中必須保存在棕色試劑瓶里的是 ( )
①氯水?、诎彼、蹪庀跛帷、軡恹}酸?、轃龎A
A.①②③ B.①③④ C.①③ D.②⑤
答案:C
解析:氯水中的HClO、HNO3見光都易分解,因此要將氯水和濃硝酸保存在棕色試劑瓶中。
2.下列塊狀金屬在常溫時,能全部溶于足量的濃硝酸的是 ( )
A.Au B.Cu C.Al D.Fe
答案:B
解析:Au與濃硝酸不反應,Al、Fe在常溫下遇濃硝酸鈍化,不能全部溶解,Cu能與濃硝酸反應,能全部溶于足量的濃硝酸中。
3.下列反應中硝酸只表現氧化性的是( )
A.灼熱的炭與濃硝酸的反應
B.Cu與稀硝酸的反應
C.FeO與稀硝酸的反應
D.Fe(OH)3與硝酸的反應
答案:A
解析:灼熱的炭與濃硝酸的反應中硝酸只做氧化劑;Cu與稀硝酸、FeO與稀硝酸的反應中硝酸既表現氧化性又表現酸性;Fe(OH)3與硝酸的反應中硝酸只表現酸性。
4.下列有關硝酸反應的敘述中,錯誤的是( )
A.稀硝酸與鐵反應,有氫氣放出
B.濃硝酸跟銅反應,有二氧化氮氣體放出
C.硝酸跟碳酸鈉反應,有二氧化碳氣體放出
D.硝酸受熱時,有二氧化氮、氧氣放出
答案:A
解析:稀硝酸與鐵反應不產生H2,應生成硝酸鹽、NO和H2O。
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