高一化学硝酸教学课件

高一化学硝酸教学课件目录硝酸的基本性质硝酸的制备方法硝酸的化学反应了解硝酸的物理和化学性质，掌握其分子结构特学习实验室和工业制备硝酸的不同方法深入分析硝酸与各种物质的反应机理点硝酸的应用与环境影响安全防护与实验注意事项探索硝酸的工业应用和环境保护意识第一章硝酸的基本性质硝酸简介化学式外观特征₃HNO无色液体由氢、氮、氧三种元素组成的三元强具有强烈刺激性气味，遇光分解变黄酸化学特性强酸+强氧化剂具有酸性和氧化性的双重特征注意硝酸具有强腐蚀性，接触皮肤会造成严重烧伤，实验时必须佩戴防护用品！硝酸的物理性质83℃

1.51∞沸点密度水溶性g/cm³纯硝酸在标准大气压下的浓硝酸的密度，密度大于与水以任意比例混溶，溶沸腾温度，比水的沸点低水，说明分子间作用力强解过程强烈放热硝酸的这些物理性质决定了它在实验室和工业生产中的特殊用途浓硝酸因密度较大，常用作分层试剂；其易溶于水的特性使得制备不同浓度的硝酸溶液变得简单硝酸的化学性质概述酸性表现•与碱反应生成盐和水•与金属氧化物反应生成硝酸盐•能使酸碱指示剂变色•pH值远小于7硝酸是强酸，在水中几乎完全电离，酸性比醋酸、磷酸等弱酸强得多氧化性表现•与金属反应生成氮氧化物硝酸既是酸又是氧化剂，这种双重特性使其在化学反应中表现出复杂而有趣的•氧化非金属单质行为模式•氧化某些化合物•浓硝酸氧化性更强硝酸中的氮元素处于+5价最高氧化态，表现出强氧化性，这是硝酸的独特之处硝酸分子结构结构特点硝酸分子中，氮原子与三个氧原子形成共价键，其中一个是双键，两个是单键分子具有极性，使得硝酸易溶于极性溶剂如水氮原子的最高氧化态（+5）决定了硝酸的强氧•平面三角形结构化性•氮原子处于中心分子间氢键的存在使硝酸具有较高的沸点和粘度，这也解释了为什么浓硝酸比稀硝酸更•三个氧原子围绕排布粘稠•含有极性共价键硝酸的酸性反应硝酸作为强酸，能够与多种碱性物质发生中和反应这类反应是硝酸最基本的化学行为，在实验室和工业生产中应用广泛与金属氧化物反应₃₃₂₂CuO+2HNO→CuNO+H O黑色氧化铜溶解，生成蓝色硝酸铜溶液与氢氧化物反应₃₃₂NaOH+HNO→NaNO+H O典型的中和反应，生成硝酸钠和水与碳酸盐反应₃₃₃₂₂₂CaCO+2HNO→CaNO+H O+CO↑产生二氧化碳气体，反应剧烈硝酸的氧化反应硝酸的氧化性是其最重要的化学特征之一与金属反应时，硝酸不仅表现出酸性，更重要的是其强氧化性使得反应产物与一般酸不同浓硝酸与铜反应机理₃₃₂₂₂Cu+4HNO浓→CuNO+2NO↑+2H O硝酸中的N+5被还原，铜被氧化为Cu2+产生红棕色二氧化氮气体浓度不同，还原产物不同123稀硝酸与铜₃₃₂₂3Cu+8HNO稀→3CuNO+2NO↑+4H O产生无色一氧化氮，遇空气变红棕色重点硝酸与金属反应通常不产生氢气，而是产生氮的氧化物，这是区别于其他酸的重要特征！第二章硝酸的制备方法实验室制备硝酸制备原理利用固体硝酸盐与浓硫酸在加热条件下发生复分解反应，生成硝酸蒸气，经冷凝收集得到硝酸₃₂₄₃₄反应方程式KNO+H SO→HNO↑+KHSO实验装置特点•使用圆底烧瓶作反应容器•需要冷凝管收集产品•温度控制在100-150℃•产品为稀硝酸安全提醒•反应在通风橱中进行工业制备硝酸（奥斯特瓦尔德法）奥斯特瓦尔德法是目前工业上制备硝酸的主要方法，以氨为原料，经过催化氧化、氧化吸收等步骤制得硝酸这种方法效率高、成本低，是现代化学工业的重要工艺01原料准备₃氨气（NH）和空气混合，氨气含量控制在10-12%，以保证反应的安全性和经济性02催化氧化在铂网催化剂作用下，氨气被氧化生成一氧化氮，反应温度约800-900℃03二次氧化一氧化氮与空气中的氧气化合生成二氧化氮，这是一个放热的自发反应04吸收制酸二氧化氮被水吸收生成硝酸和一氧化氮，一氧化氮循环利用奥斯特瓦尔德法的关键步骤第一步氨的催化氧化第二步一氧化氮氧化第三步吸收制酸₃₂₂₂₂₂₂₃4NH+5O→4NO+6H O2NO+O→2NO3NO+H O→2HNO+NO催化剂铂网（Pt）条件降温至50℃左右条件常温，加压条件800-900℃，常压反应自发进行，放热NO循环使用提高原料利用率氨气转化率可达95%以上低温有利于反应向右进行得到约60%的硝酸工艺优点奥斯特瓦尔德法的成功在于巧妙地利用了氨的易氧化性和氮氧化物的化学性质铂催化剂的选择性高，能够在高温下保持稳定，是该工艺的关键技术现代工业中还采用了热量回收、循环利用等节能减排技•原料便宜易得术•工艺成熟稳定•能耗相对较低•产品质量稳定工业硝酸生产装置主要设备组成技术特点连续化生产24小时不间断运行，提高生产效率氧化反应器自动化控制采用DCS系统精确控制温度、压力、流量环保处理尾气处理系统减少氮氧化物排放装有铂网催化剂，进行氨的催化氧化反应能量回收利用反应热预热原料，降低能耗冷却塔产能数据现代大型硝酸装置日产能可达1000吨以上，产品浓度60-68%₂将高温反应气体冷却，促进NO氧化为NO吸收塔₂用水吸收NO制得硝酸，多级吸收提高效率热交换器回收反应热量，提高能源利用效率第三章硝酸的化学反应详解硝酸与金属的反应分类硝酸与金属的反应是一个复杂的氧化还原过程，反应产物和反应激烈程度取决于硝酸浓度、金属活性、反应温度等多种因素活泼金属稀硝酸中等活性金属+₂₂产生N O、NO等还原产物，极少产生H₂稀硝酸产生NO，浓硝酸产生NO₃₃₂例Mg+HNO很稀→MgNO+₂₂是教学中最常见的反应类型N O+H O、的特殊性不活泼金属Fe Al遇浓硝酸钝化，表面形成致密氧化膜Au、Pt等贵金属不与硝酸反应₃常温下几乎不反应但能与王水（HNO+HCl）反应硝酸与非金属反应硝酸的强氧化性不仅体现在与金属的反应中，对非金属单质同样表现出强烈的氧化能力与碳反应₃₂₂₂C+4HNO浓→CO+4NO+2H O碳被氧化为二氧化碳，硝酸被还原为二氧化氮与硫反应₃₂₄₂₂S+6HNO浓→H SO+6NO+2H O硫被氧化为硫酸，反应剧烈并产生大量红棕色气体实验注意与磷反应₂•反应产生有毒NO气体₃₃₄₂₂•必须在通风橱中进行P+5HNO浓→H PO+5NO+H O•控制反应速度避免过于剧烈磷被氧化为磷酸，反应需要加热才能进行•戴好防护用品这些反应充分说明了硝酸作为强氧化剂的特点，在有机合成和无机制备中都有重要应用硝酸与有机物的反应硝酸与有机物的反应主要包括硝化反应和氧化反应两大类硝化反应是制备硝基化合物的重要方法，在炸药、药物、染料等工业中具有重要意义芳香族化合物硝化脂肪族化合物反应硝化甘油制备苯的硝化甲烷的硝化甘油三硝酸酯₆₆₃₆₅₂₂₄₃₃₂₂₃₅₃₃₃₅₂₃₂C H+HNO→C HNO+H OCH+HNO→CH NO+H OC H OH+3HNO→C HONO+3HO需要浓硫酸作催化剂，温度控制在50-60℃需要高温高压条件，工业应用较少使用混酸（浓硝酸+浓硫酸），反应危险性极高反应条件与安全温度控制过高会导致产物分解爆炸浓度要求通常使用浓硝酸和浓硫酸混酸反应速度需要缓慢滴加，避免局部过热安全防护远离明火，防止撞击和摩擦硝酸的还原反应在氧化还原反应中，硝酸常常作为氧化剂，其中的氮元素从+5价被还原到较低价态还原产物的种类取决于硝酸的浓度和还原剂的强弱价价+5→+4₃₂HNO→NO浓硝酸的常见还原产物红棕色气体，有刺激性价价+5→+2₃HNO→NO稀硝酸的典型还原产物无色气体，遇空气变红棕色价价+5→+1₃₂HNO→N O很稀硝酸或强还原剂条件下无色气体，略有甜味价价+5→0₃₂HNO→N极稀硝酸和强还原剂作用无色无味气体记忆口诀浓硝酸见铜，红棕气体冲；稀硝酸见铜，无色气体捧遇空气变红棕，氧化还原要懂第四章硝酸的应用与环境影响硝酸的主要应用硝酸作为重要的化工原料，在现代工业中有着极其广泛的应用从农业肥料到国防工业，从精细化工到电子工业，硝酸都发挥着不可替代的作用肥料工业炸药工业化学试剂电子工业₄₃硝酸铵（NH NO）是重要的氮硝化甘油、TNT、硝化纤维素等爆实验室中用作强酸和氧化剂，金属半导体制造中用于硅片清洗和蚀肥，含氮量高达35%硝酸钾、硝炸物的制备都需要硝酸军用和民表面处理，有机合成中的硝化试刻，印刷电路板制造中用于铜的蚀酸钙等复合肥料为植物提供速效氮用爆破、采矿作业中广泛使用硝酸剂分析化学中用于样品的消解和刻高纯度电子级硝酸要求极高的源，促进作物生长全球硝酸产量类炸药制备过程需要严格的安全金属离子的分离检测纯度和稳定性的80%用于肥料生产控制硝酸对环境的影响硝酸在环境中的负面影响不容忽视，主要表现在大气污染和水体污染两个方面酸雨形成硝酸是酸雨的主要成分之一工业排放的氮氧化物在大气中氧化形成硝酸，降雨时形成酸雨，pH值可低至4以下1•腐蚀建筑物和文物•破坏森林生态系统•酸化土壤和水体水体富营养化硝酸盐进入水体后成为氮素营养源，导致藻类过度繁殖，消耗水中溶解氧，影响水生生物生存2•湖泊和河流水质恶化•鱼类大量死亡•水体生态系统失衡土壤酸化长期使用硝酸类肥料会导致土壤pH值下降，影响土壤微生物活动和作物根系发育3环保措施•土壤板结•养分流失工业废气处理安装脱硝设备•作物产量下降科学施肥合理使用氮肥废水处理去除硝酸盐离子监测预警建立环境监测体系硝酸的安全防护硝酸具有强腐蚀性和氧化性，处理不当会造成严重的人身伤害和财产损失掌握正确的安全防护知识是每个化学工作者的基本要求个人防护装备实验室安全要求储存运输安全防护眼镜防止酸液溅入眼部通风良好在通风橱中操作阴凉干燥避光保存，防止分解防酸手套丁腈橡胶或PVC材质避免明火硝酸能助燃，严禁接触火源密封良好防止挥发和污染防护服耐酸碱实验服防止撞击轻拿轻放，避免剧烈震动远离可燃物与有机物、金属粉末分开储存防护鞋耐腐蚀安全鞋紧急洗眼备有洗眼器和冲洗设备标识清楚贴有危险品标识呼吸防护处理浓硝酸时佩戴防毒面具急救药品准备碱性溶液中和限量储存根据使用量合理储备紧急处理如果硝酸溅到皮肤，立即用大量清水冲洗15-20分钟，然后用稀碳酸氢钠溶液中和，严重时及时就医！实验演示硝酸与铜的反应实验目的•观察硝酸的氧化性•了解反应产物的特点•掌握反应方程式•培养实验观察能力实验用品•试管、胶头滴管•铜片、稀硝酸•浓硝酸预期现象•稀硝酸产生无色气体，遇空气变红棕色•浓硝酸直接产生红棕色气体⁺•溶液变蓝色（Cu²）实验演示硝酸制备实验通过实验室制备硝酸的演示，让同学们了解硝酸的制备原理和实验技能，同时强化安全操作意识准备阶段收集阶段检查实验装置气密性冷凝硝酸蒸气准备硝酸钾和浓硫酸收集无色硝酸产品调试加热和冷却系统测定产品浓度1234反应阶段处理阶段缓慢加热至100-150℃停止加热，自然冷却观察硝酸蒸气产生处理废料和废气控制反应速度清洗实验器材注意事项与安全提示温度控制避免温度过高导致硝酸分解通风良好在通风橱中进行，防止吸入有害气体防护用品佩戴防护眼镜、手套和实验服缓慢操作避免反应过于剧烈紧急处理准备紧急冲洗和中和设备教学重点通过实验让学生理解化学反应原理，培养实验技能和安全意识，为今后的化学学习打下坚实基础硝酸的储存与运输硝酸作为危险化学品，其储存和运输有严格的规定和要求正确的储运方式不仅关系到产品质量，更关系到人员安全和环境保护储存条件要求分类储存原则温度控制储存温度不超过35℃，避免高温分解远离可燃物与有机物、金属粉末等分开存放避光保存硝酸见光分解，容器应为棕色或存放暗处隔离碱性物质避免与氨、碱类物质接触按浓度分类不同浓度的硝酸分区存放防潮密封使用密封性能好的容器，防止挥发限量储存根据使用需求合理控制储存量通风良好储存区域通风条件良好，防止气体积聚运输安全规定专用车辆使用危险品专用运输车辆包装要求使用符合标准的耐酸包装容器路线规划避开人口密集区和重要设施应急准备配备应急处理设备和材料标识要求重要提醒硝酸的储存和运输必须严格遵守国家危险化学品管理条例，建立完善的安全管理制度，定期进行安全检查和人员培训，确保储运过程的安全可控•危险品标识•腐蚀性标志•氧化性标志•禁火标识知识点小结通过本节课的学习，我们全面了解了硝酸的各个方面让我们对重要知识点进行系统回顾和总结基本性质制备方法强酸性、强氧化性、易分解、易溶于水奥斯特瓦尔德法工业制备，实验室蒸馏制备安全防护化学反应个人防护、实验安全、储运管理酸性反应、氧化反应、硝化反应环境影响工业应用酸雨、水体污染、土壤酸化肥料、炸药、试剂、电子工业硝酸是化学世界中的双面天使，既能造福人类，又能带来危害关键在于我们如何正确认识和合理使用它课堂互动题现在让我们通过一些问题来检验学习效果，巩固所学知识请同学们认真思考，积极参与选择题硝酸与铜反应生成的气体是？₂A.氢气H B.一氧化氮NO₂C.二氧化氮NO₂D.氧气O₂答案稀硝酸产生NO，浓硝酸产生NO，故B、C都可能正确，取决于硝酸浓度填空题工业制备硝酸采用奥斯特瓦尔德法，第一步氨的催化氧化反应中使用的催化剂是_____？答案铂Pt或铂网思考题计算题为什么铁和铝在常温下能够与稀硝酸反应，却不能与浓硝

6.4g铜与足量稀硝酸反应，生成NO的体积是多少？标准状酸反应？况下提示考虑钝化现象的发生条件和机理提示先写出反应方程式，然后根据化学计量数计算拓展阅读化学学习不应局限于课本知识，让我们拓展视野，了解硝酸在现代科技发展中的新应用和相关的前沿研究航天工业中的应用新能源材料制备环保技术创新硝酸作为液体火箭推进剂的氧化剂，与肼类燃料组成双组元推在太阳能电池制造中，硝酸用于硅片的纹理化处理，提高光吸最新的脱硝技术利用选择性催化还原SCR和选择性非催化还₂进剂红烟硝酸（含NO的硝酸）因其自燃特性被广泛应用收效率在锂电池正极材料制备中，硝酸参与镍钴锰三元材料原SNCR技术，将硝酸类污染物转化为无害的氮气和水生物于导弹和卫星推进系统近年来，绿色推进剂的研发正在寻求的合成氢燃料电池的质子交换膜制备也需要硝酸参与脱氮技术利用微生物将硝酸盐还原，为水处理提供了绿色解决硝酸的替代品方案前沿研究方向绿色合成开发环境友好的硝酸制备工艺精密制造高纯度电子级硝酸的提纯技术循环利用废硝酸的回收和再生利用催化技术新型催化剂降低生产能耗安全技术硝酸生产和使用的安全保障体系思考随着科技的发展，硝酸的应用领域在不断扩大，但环境保护的要求也越来越严格如何在发展中实现经济效益与环境效益的平衡，是我们这一代人需要思考的重要问题结束语硝酸化学世界的双刃剑通过今天的学习，我们深入了解了硝酸这一重要化学物质硝酸既是推动人类文明进步的重要工业原料，也可能对环境和人类健康造成威胁这提醒我们掌握科学知识只有深入理解化学原理，才能正确运用化学知识服务人类注重安全操作严格遵守实验规程，培养良好的安全意识和操作习惯保护生态环境在利用化学物质的同时，必须考虑环境保护和可持续发展化学是一门既古老又年轻的学科，它连接着过去与未来，理论与实践希望同学们能够带着好奇心和责任感，在化学的海洋中遨游，为人类的美好未来贡献自己的力量感谢同学们的认真学习！让我们共同努力，成为有知识、有责任、有担当的新时代青年！。