高中化学必修1333硝酸 人类活动对氮循环和环境的影响.docx
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高中化学必修1333硝酸人类活动对氮循环和环境的影响
第3课时 硝酸 人类活动对氮循环和环境的影响
[核心素养发展目标] 1.能从物质类别、氮元素的价态的角度预测分析硝酸的性质，促进证据推理和模型认知化学核心素养的发展。
2.了解硝酸对人类发展的贡献，了解人类活动对氮循环和环境的影响，增强节约资源、保护环境的可持续发展的意识。
一、硝酸的性质
1.实验探究硝酸的性质
实验操作
实验现象
实验结论
瓶口有白雾产生，可闻到强烈的刺激性气味
浓硝酸具有挥发性，有刺激性气味
两支试管中都有气体产生，铜片逐渐溶解，A试管中反应剧烈，产生红棕色气体，溶液呈绿色；B试管中反应缓慢，产生无色气体，且气体在试管上部变为浅红棕色，溶液呈蓝色
浓硝酸和稀硝酸都能与铜发生反应，前者生成NO2，后者生成NO
A试管中无明显现象，B试管中产生无色气体，且气体在试管上部变为浅红棕色，溶液呈浅黄色
铁在浓硝酸中钝化；铁与稀硝酸反应生成NO和Fe（NO3）3。
2.硝酸的物理性质
纯硝酸为无色、有刺激性气味的液体，沸点低，易挥发，在空气中呈“白雾”状，质量分数为95%以上的浓硝酸称为“发烟硝酸”。
3.硝酸的化学特性
（1）硝酸的强氧化性
浓硝酸中的＋5价氮元素具有很强的得电子能力。
浓硝酸和稀硝酸都具有很强的氧化性，且浓度越大氧化性越强，还原剂一般被其氧化为最高价态。
请写出下列反应的化学方程式：
①铜与浓硝酸：
Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O。
②铜与稀硝酸：
3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。
③铁与稀硝酸（HNO3过量）：
Fe＋4HNO3（稀）===Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O。
④碳与浓硝酸共热：
C＋4HNO3（浓）
CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
⑤硫与浓硝酸共热：
S＋6HNO3（浓）
H2SO4＋6NO2↑＋2H2O。
（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。
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－、S2－、SO
等均能被硝酸氧化。
（2）硝酸的不稳定性
①见光或受热易分解，其化学方程式为4HNO3（浓）
4NO2↑＋O2↑＋2H2O。
②长期存放的浓硝酸呈黄色是因为其分解生成的NO2溶于硝酸中；实验室常将浓硝酸保存在棕色试剂瓶中，并放在阴凉处。
（1）如何除去浓硝酸中的“黄色”？
提示 浓硝酸显黄色的原因是其分解生成的NO2溶于硝酸中，若在浓硝酸中通入足量的氧气，发生反应4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3，使NO2转化为硝酸，即可除去浓硝酸中的“黄色”。
（2）足量的铜与浓硝酸反应，浓硝酸能否完全被还原？
其还原产物可能是什么？
提示 浓硝酸不可能完全被还原，因生成的硝酸铜溶液中仍有NO
；在反应过程中，硝酸的浓度逐渐减小，还原产物可能是NO2和NO的混合物。
（3）铁与稀硝酸反应的产物与二者用量有何关系？
请用离子方程式说明。
提示 ①硝酸过量：
Fe＋4H＋＋NO
===Fe3＋＋NO↑＋2H2O
②铁过量：
3Fe＋8H＋＋2NO
===3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O
二、人类活动对氮循环和环境的影响
1.人类活动对自然界氮循环的影响
（1）人类的固氮活动使活化氮的量大大增加。
（2）汽车数量的迅速增加，由汽车排放到大气中的氮氧化物逐渐增加。
2.人类活动对环境的影响
（1）大气污染物——氮氧化物
①大气中的氮氧化物主要来源于化石燃料的燃烧和植物体的焚烧，以及农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。
②汽车尾气中的碳氢化合物和氮氧化物被排放到大气中后，在强烈的阳光紫外线照射下发生反应，形成有毒的光化学烟雾。
③氮氧化物与水反应生成硝酸和亚硝酸形成酸雨。
（2）水体富营养化
当进入水体的氮的含量增大时，会造成水体的富营养化，导致藻类“疯长”并迅速地覆盖在水面上。
水体中的氮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。
（1）如何减少人类活动对氮循环的影响？
提示 减少使用化石燃料；加大对工业废水、农业废水的处理。
（2）如何减少氮氧化物对环境的影响？
提示 ①控制进入大气、陆地和海洋的有害物质的数量，如减少化石燃料的使用等。
②增强生态系统对有害物质的吸收能力，如保护森林、植树造林等。
相关链接
几种常见的污染环境的“罪魁祸首”
（1）酸雨：
与SO2及NOx有关。
（2）温室效应：
与CO2等有关。
（3）光化学烟雾：
与NOx及碳氢化合物有关。
（4）臭氧层破坏：
与NOx及氟氯烃有关。
（5）赤潮、水华：
与含氮、磷的大量污水有关。
三、氮及其化合物间的相互转化
1.氮及其化合物知识结构图
2.氮及其化合物的重要性质与转化
写出下列反应的化学方程式：
（1）自然界中产生硝酸
①N2＋O2
2NO（自然固氮）；
②2NO＋O2===2NO2；
③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
（2）工业上制备硝酸
①N2＋3H2
2NH3（人工固氮）；
②4NH3＋5O2
4NO＋6H2O；
③2NO＋O2===2NO2；
④3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。
（3）硝酸在反应中只表现酸性
2HNO3＋Na2CO3===2NaNO3＋CO2↑＋H2O（其他合理也可）。
（4）浓硝酸在反应中只表现氧化性
C＋4HNO3（浓）
CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
（5）稀硝酸在反应中既表现氧化性，又表现酸性
3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。
（6）氯化铵与消石灰混合加热
2NH4Cl＋Ca（OH）2
CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。
认识无机物的主要角度
1.下列对于硝酸的认识，不正确的是（ ）
A.浓硝酸在见光或受热时会发生分解
B.金属与硝酸反应不产生氢气
C.可用铁和铝制品盛装冷的浓硝酸
D.铜与硝酸的反应属于置换反应
[答案] D
[解析] 浓硝酸在见光或受热时会发生分解反应生成氧气、二氧化氮和水，A项正确；硝酸是氧化性酸，金属与硝酸反应不产生氢气，B项正确；常温下铁和铝在浓硝酸中钝化，因此可用铁和铝制品盛装冷的浓硝酸，C项正确；铜与硝酸反应生成硝酸铜、氮的氧化物和水，不属于置换反应，D项错误。
2.（2019·广州高一检测）下列反应中硝酸既表现出氧化性又表现出酸性的是（ ）
A.氧化铝和硝酸B.少量氧化铁和硝酸
C.硫化氢和硝酸D.铜和浓硝酸
[答案] D
[解析] HNO3中N元素价态降低，表现HNO3的氧化性。
反应中生成盐，表现出HNO3的酸性。
Al2O3与HNO3反应生成Al（NO3）3和水，Fe2O3与HNO3反应生成Fe（NO3）3和水，都只表现HNO3的酸性。
Cu与浓HNO3反应：
Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O，既表现出氧化性又表现出酸性。
3.化学反应中，有时“一种物质过量，另一种物质仍不能完全反应”。
下列反应中不存在此类情况的是（ ）
A.铁片与过量浓硝酸（常温）
B.铜粉与过量浓硝酸（常温）
C.浓盐酸与过量二氧化锰（共热）
D.浓硫酸与过量铜片（共热）
[答案] B
[解析] A项，常温下铁片在浓硝酸作用下钝化，不能完全反应；B项，硝酸过量时，铜粉完全反应，符合题意；C项，加热时二氧化锰与浓盐酸反应，随着反应的进行浓盐酸逐渐变稀，稀盐酸与二氧化锰不反应；D项，随着反应的进行，浓硫酸逐渐变稀，浓硫酸变稀后，不与铜反应。
4.将Cu、Zn混合物投入稀硝酸中，充分反应后，锌有剩余，则反应后的混合物中肯定不存在的是（ ）
①Cu ②Cu（NO3）2 ③HNO3 ④Zn（NO3）2
A.①②B.②③C.①③D.②④
[答案] B
[解析] 若Zn有剩余，则说明反应后的溶液中不存在HNO3、Cu（NO3）2，因为锌与二者发生反应：
3Zn＋8HNO3（稀）===3Zn（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，Cu（NO3）2＋Zn===Zn（NO3）2＋Cu，B项正确。
5.向100mL12mol·L－1的浓硝酸中加入足量的铜片，充分反应后，被还原的硝酸的物质的量为（ ）
A.0.3mol
B.0.6mol
C.小于0.6mol
D.介于0.3mol和0.6mol之间
[答案] D
[解析] 因为Cu是足量的，随着反应的进行，浓硝酸会逐渐变稀，所以本题涉及的反应有两个：
Cu＋4HNO3（浓）===Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O①
3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O②
采用极限分析法：
若只发生反应①，则被还原的HNO3物质的量为
×1.2mol＝0.6mol；若只发生反应②，则被还原的HNO3的物质的量为
×1.2mol＝0.3mol。
6.氮及其化合物的变化关系如下所示。
则下列说法不正确的是（ ）
A.路线①②③是工业生产硝酸的主要途径
B.路线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是雷电固氮生成硝酸的主要途径
C.上述所有反应都是氧化还原反应
D.氮气可在足量的氧气中通过一步反应生成NO2
[答案] D
[解析] 氮气和氧气在放电条件下反应生成NO，NO与O2反应生成NO2，氮气与氧气不能一步转化为NO2，D错误。
7.下列环境问题与产生的主要原因不相符的是（ ）
①“光化学烟雾”主要是由汽车排放的氮氧化物所引起的
②“酸雨”主要是由空气中CO2的浓度增大引起的
③“温室效应”主要是由空气中CO2浓度增大引起的
④“赤潮”主要是由于水体中N、P等元素含量过高而引起的
A.只有①②B.只有②③
C.全部D.只有②
[答案] D
[解析] “酸雨”主要是由空气中SO2或NOx的浓度增大引起的。
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