【26版高中化学步步高人教版必修二学习笔记第五章第二节第4课时硝酸酸雨及防治

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第4课时　硝酸　酸雨及防治

[核心素养发展目标]　1.掌握硝酸的性质及应用。2.知道酸雨的成因及防治措施。3.掌握硝酸与金属、非金属反应的特点。

一、硝酸的性质及工业制法

1.硝酸的性质

硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体，硝酸具有如下化学性质：

(1)酸性

硝酸是强酸，具有酸的通性。

(2)不稳定性(用化学方程式表示)

4HNO₃4NO₂↑+O₂↑+2H₂O。

①长期存放的浓硝酸呈黄色，是HNO₃分解生成的NO₂溶于其中形成的。

②温度越高、光线越强、浓度越大，越容易分解。

③保存：棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处。

思考1　若把硝酸滴加到石蕊溶液中，溶液先变红后褪色，出现该现象的原因是什么？

提示硝酸显酸性，使石蕊溶液变红，因强氧化性而具有漂白性，又使其褪色。

(3)强氧化性

①硝酸具有很强的氧化性，浓度不同，与金属反应的产物也不同。

实验探究：浓HNO₃和稀HNO₃与铜的反应

思考2　(1)一定量的金属铜放入浓硝酸后，金属铜有剩余，推测产生的气体成分可能有哪些？再向其中加入少量的稀硫酸，金属铜还会继续溶解吗？

提示产生的气体可能是NO₂和NO的混合气体。向有金属铜剩余的溶液中加入少量稀硫酸，稀硫酸提供氢离子，与溶液中的N会继续与铜反应。

(2)铁在常温下可以和稀硝酸反应，预测铁与稀硝酸反应的产物，试写出化学方程式。

提示硝酸与变价金属(如Fe)反应，根据金属量的多少分别得到高价、低价或两种价态共存的混合物。反应的化学方程式为Fe(少量)+4HNO₃(稀)===Fe(NO₃)₃+NO↑+2H₂O；3Fe(过量)+8HNO₃(稀) ===3Fe(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O。

②钝化

常温下，铁、铝的表面被浓HNO₃或浓H₂SO₄氧化，生成一层致密的氧化物薄膜，阻止了酸与内层金属的进一步反应。所以常温下可以用铁或铝制容器来盛装浓HNO₃或浓H₂SO₄。当加热时，铁、铝会与浓HNO₃或浓H₂SO₄发生反应。

③浓HNO₃与非金属(碳)的反应

化学方程式：C+4HNO₃(浓)CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O。

2.硝酸的工业制法

硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、染料等，工业制硝酸的原理如图：

写出每步反应的化学方程式，并指出含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应。

①N₂+3H₂2NH₃，还原反应；

②4NH₃+5O₂4NO+6H₂O，氧化反应；

③2NO+O₂===2NO₂，氧化反应；

④3NO₂+H₂O===2HNO₃+NO，氧化反应、还原反应。

1.判断正误

(1)硝酸可与Na₂SO₃反应生成SO₂(　　)

(2)稀硝酸可溶解Fe(OH)₂生成Fe(NO₃)₂和水(　　)

(3)碳、铜与浓硝酸反应时，浓硝酸只表现强氧化性(　　)

(4)在常温下Fe和Al在浓硫酸和浓硝酸中发生钝化，说明常温下浓硫酸和浓硝酸与Fe和Al不反应(　　)

(5)王水是浓硝酸和浓盐酸体积比为1∶3的混合物，其氧化性比浓硝酸强(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√

2.(2024·苏州高一下期中)下列有关浓HNO₃的说法不正确的是(　　)

A.具有挥发性

B.见光易分解

C.常温下能与铜反应

D.常温下不能与Fe反应

答案　D

解析浓HNO₃具有挥发性，见光易分解，浓HNO₃常温下能与铜反应，生成硝酸铜、二氧化氮和水，常温下Fe遇浓HNO₃发生钝化，钝化属于化学反应， 故选D。

3.向浅绿色的Fe(NO₃)₂溶液中逐滴加入少量稀盐酸时，溶液的颜色变化应该是(　　)

A.颜色变浅B.变为红色

C.没有改变D.变为黄色

答案　D

解析　Fe(NO₃)₂溶液中加入稀盐酸时，H⁺和N结合成具有强氧化性的稀硝酸，将浅绿色的Fe²⁺氧化成黄色的Fe³⁺，故选D。

硝酸的氧化性

(1)硝酸与金属反应不能生成氢气。硝酸浓度不同，其还原产物不同，一般情况下，浓硝酸被还原为NO₂，稀硝酸被还原为NO。

(2)硝酸能与大多数金属(金、铂等除外)反应，将金属氧化为高价态金属的硝酸盐。将浓硝酸与浓盐酸以1∶3的体积比混合，所得混合物称为王水，它能溶解一些不溶于硝酸的金属，如Pt、Au等。但在常温下，浓硝酸能使铁、铝钝化。

(3)热的浓硝酸可将非金属单质(碳、硫、磷等)氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸。

(4)硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如SO₂、FeO、Fe²⁺、Br^-、I^-、S^2-、S等均能被硝酸氧化。

二、酸雨及防治

1.酸雨

(1)二氧化硫和氮氧化物的来源

SO₂：煤、石油和某些金属矿物的燃烧或冶炼；

NO_x：机动车发动机中，N₂与O₂反应生成NO_x。

(2)酸雨的形成

二氧化硫、氮氧化物以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于雨水形成酸雨。正常雨水由于溶解了CO₂，其pH约为5.6，而酸雨的pH小于5.6。

2.酸雨的危害与防治

(1)危害：酸雨能直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化，加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。

(2)防治

①消除污染源，改变能源结构，开发利用清洁能源。

②对酸性物质的排放加以控制，对排放的二氧化硫、氮氧化物等物质采取吸收、回收处理等措施。

1.判断正误

(1)汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气都含有氮氧化物(　　)

(2)安装煤炭燃烧过程的固硫装置主要是为了提高煤的利用率(　　)

(3)大量燃烧化石燃料排放的废气中含大量的CO₂，从而使雨水的pH<5.6(　　)

答案　(1)√　(2)×　(3)×

2.(1)现有雨水样品1份，每隔一段时间测定该雨水样品的pH，所得数据如下：

分析数据，回答下列问题：

①雨水样品的pH变化的原因是(用化学方程式表示)。 

②如果将刚取样的上述雨水与自来水相混合，pH将变，原因是(用化学方程式表示)。

(2)下列可以减少酸雨产生的途径是(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.①②③B.②③④⑤

C.①③⑤D.①③④⑤

答案　(1)①SO₂+H₂OH₂SO₃、2H₂SO₃+O₂===2H₂SO₄②小　Cl₂+2H₂O+SO₂===H₂SO₄+2HCl(或H₂SO₃+HClO===H₂SO₄+HCl)

(2)C

解析(1)①酸雨随放置时间变长pH变小，其原因是雨水中的H₂SO₃被空气中的氧气氧化所致：SO₂+H₂OH₂SO₃、2H₂SO₃+O₂===2H₂SO₄。

②雨水与自来水混合，应考虑SO₂与Cl₂或H₂SO₃与HClO的反应：SO₂+2H₂O+Cl₂===H₂SO₄+2HCl或H₂SO₃+HClO===H₂SO₄+HCl。因此雨水与自来水混合后溶液pH将变小。

(2)减少酸雨的产生需减少SO₂的排放，将煤转化为清洁能源(如煤的气化和液化)，燃料脱硫、固硫，开发不含硫的新能源(如氢能、核能等)，都是有力措施，因此①③⑤正确。

SO₂、NO_x的消除方法

(1)SO₂的消除方法

①钙基固硫法：将生石灰和含硫的煤混合燃烧，S转化为CaSO₄。

反应原理：CaO+SO₂₃、2CaSO₃+O₂===2CaSO₄。

总反应：2CaO+2SO₂+O₂₄。

②氨水脱硫法：将SO₂通过氨水并被氧化生成氮肥(NH₄)₂SO₄。

反应原理：2NH₃·H₂O+SO₂===(NH₄)₂SO₃+H₂O、2(NH₄)₂SO₃+O₂===2(NH₄)₂SO₄。

③碱液吸收法：SO₂+2NaOH===Na₂SO₃+H₂O。

(2)NO_x的消除

①碱液吸收法

2NO₂+2NaOH===NaNO₃+NaNO₂+H₂O、

NO₂+NO+2NaOH===2NaNO₂+H₂O。

NO₂、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO₂)≥n(NO)。

②催化转化法

NON₂：4NH₃+6NO5N₂+6H₂O，NO_x+CO―→N₂+CO₂：2NO+2CON₂+2CO₂。

1.(2024·邯郸高一月考)酸雨是对pH小于5.6的降水的统称。下列说法错误的是(　　)

A.空气中的SO₂溶于水，最终形成酸雨

B.工业废水任意排放是造成酸雨的主要原因

C.汽车排放的尾气、硝酸厂和化肥厂的废气都含有能形成酸雨的氮氧化物

D.为了减少酸雨的形成，必须减少SO₂的排放量，可对燃料进行脱硫处理

答案　B

解析二氧化硫与水反应生成亚硫酸，亚硫酸能被氧化为硫酸，从而形成酸雨，A项正确；工业废水任意排放会造成水污染，与酸雨的形成无必然关系，B项错误。

2.下列事实与硝酸性质的对应关系错误的是(　　)

A.打开浓硝酸的试剂瓶，瓶口有白雾——挥发性

B.用棕色试剂瓶保存浓硝酸——不稳定性

C.稀硝酸使紫色石蕊溶液变红——酸性

D.稀硝酸使黑色氧化铜固体溶解——强氧化性

答案　D

解析浓硝酸具有挥发性，挥发出的HNO₃(g)溶于水蒸气中产生白雾，A正确；HNO₃见光或受热易分解，故实验室常用棕色试剂瓶保存浓硝酸，并置于阴凉处，B正确；稀硝酸中含有H⁺，使紫色石蕊溶液变红，体现其酸性，C正确；稀硝酸与CuO反应生成Cu(NO₃)₂和H₂O，体现了稀硝酸的酸性，D错误。

3.下列关于硝酸说法正确的是(　　)

A.NO₂溶于水生成硝酸，所以NO₂是酸性氧化物

B.冷的稀硝酸可以保存在铝或铁制容器中

C.浓硝酸久置溶液会变黄是因为硝酸分解产生的NO₂又溶于硝酸

D.硝酸与铜的反应中，硝酸只表现氧化性

答案　C

解析　NO₂与水反应生成硝酸和NO，所以NO₂不是酸性氧化物，A错误；稀硝酸具有强氧化性，能与活泼金属铝、铁反应，所以冷的稀硝酸不能保存在铝或铁制容器中，B错误；铜与硝酸反应时，氮元素的化合价部分降低，被还原，硝酸表现酸性和强氧化性，D错误。

4.某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体是NO，设计了如图实验，实验过程中同时用石灰水吸收产生的氮氧化物获得应用广泛的Ca(NO₂)₂，实验装置如图所示。(已知：NO+NO₂+2OH^-===2N+H₂O、2NO₂+2OH^-===N+N+H₂O)

(1)实验之前通入N₂的目的是。 

(2)在(1)操作后将装置A中铜丝插入稀硝酸，溶液显蓝色，有无色气体生成，

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