张伟随笔硝酸酸雨及其防治

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封面故事:广州长隆野生动物世界的天鹅湖中的黑天鹅,它们喜欢吃油麦菜叶子。

硝酸、酸雨及其防治

硝酸,是一种氧化性很强的酸,这是它给人的强烈印象,通过什么去反映这些性质呢?

1强氧化性

首先,我们分析了活泼金属铁、铝,在常温及加热下和浓、稀硝酸反应的情况,其中,铁还有过量与不足的问题,分析这类问题,可以按照氧化性强弱、还原性强弱顺序来进行,实际情况可能更复杂。

铁、铝常温下被浓硝酸氧化,表面生成致密的氧化膜,如铝表面生成的是一层薄而透明的坚韧的氧化铝保护膜,厚度可达50埃到埃之间(1埃=10的负10次方米),如果用铝制容器长期存放腌制食品,氯离子会代替氧离子,从而破坏保护层。钝化是真真正正的化学反应。加热时,不再钝化,发生常规的氧化还原反应,生成三价金属的硝酸盐,氮的氧化物和水。浓硝酸的还原产物,常见的有二氧化氮,稀硝酸和这两种金属反应,常温即可顺利进行,产物是三价金属的硝酸盐和一氧化氮,并无氢气产生。

至于更活泼的金属如镁和锌与硝酸反应的产物更复杂,我们不做要求,在信息题或者氧化还原方程中再去研究。不过,在这里,我可以引用《无机化学丛书第四卷氮磷砷分族》的内容,介绍给大家:浓硝酸和锌反应,产物是硝酸锌、二氧化氮和水,6~8mol/L的硝酸和锌反应,产物是硝酸锌、一氧化氮和水,2mol/L的硝酸和锌反应,产物是硝酸锌、一氧化二氮和水,而很稀的硝酸和锌反应,产物是硝酸锌,硝酸铵和水。值得注意的是,硝酸和金属反应极其复杂,产物往往不是单一的某一种,所以,我们做题的时候,很多时候都是基于一种简单的理想状况。

关于过量的铁和稀硝酸反应的情况,可以认为,硝酸的氧化性较强,强于三价铁离子,一开始硝酸将铁氧化为三价铁离子,等硝酸的浓度降到一定的程度,铁离子开始和铁单质发生价态归中的氧化还原反应,生成亚铁离子。

硝酸的强氧化性,还可以用硝酸和铜反应的实验来说明。浓硝酸和铜反应非常迅速,溶液立即变成蓝绿色,产生大量的红棕色气体,说明产物是硝酸铜,二氧化氮和水,而稀硝酸和铜反应就缓和得多,得到蓝色溶液,生成无色气体在空气中变成红棕色,说明产物是硝酸铜和一氧化氮。在铜单质还有剩余,而硝酸已经耗完的溶液中加入稀硫酸,氢离子的出现,帮助硝酸根离子再次体现氧化性,将继续和剩余的铜反应。

在硝酸和金属的反应中,硝酸体现的是强氧化性和酸性,硝酸可以氧化绝大多数的金属,如果将浓硝酸和浓盐酸按照体积比1:3混合,制得王水,可以溶解金和铂,分别形成配位化合物。

硝酸的强氧化性,还表现在和非金属单质的反应上。例如,浓硝酸和单质碳加热时,可以生成二氧化碳、一氧化氮和水,单质硫如果和它反应,产物是硫酸和一氧化氮(参考《无机化学丛书》第四卷氮磷砷分族第75页)。对于其它还原剂,如硫离子、亚硫酸根离子、碘离子、亚铁离子等,都可以被硝酸氧化。

同学们在大学学习标准电极电势之后,可以自己查询酸性或碱性环境下的氧化还原电对的标准电极电势,数字越小的还原剂的还原性越强,数字越大的氧化剂的氧化性越强。比方说,在酸性介质中,硝酸根/四氧化二氮电对的标准电极电势为+0.eV,硝酸根/一氧化氮的标准电极电势是+0.96eV,而溴单质/溴离子的标准电极电势为+1.,碘单质/碘离子的标准电极电势为+0.,氯气/氯离子的标准电极电势为+1.eV,也就是说,硝酸做氧化剂时,无论生成二氧化氮和一氧化氮,因为其标准电极电势低于氯气和溴的那两个电对,不能将氯离子和溴离子氧化为单质,但是高于碘单质/碘离子电对,所以,可以将碘离子氧化为碘单质。

2酸性

硝酸是强酸之一,体现酸性,可以和碱、碱性氧化物、金属等反应,只是要注意,这些反应对象中,如果有还原性的物质,硝酸还会体现氧化性。

3不稳定性

硝酸见光或者受热会分解,产生二氧化氮、氧气和水,所以,保存硝酸使用棕色的试剂瓶和玻璃塞,不用橡胶塞,是因为橡胶的结构,我们在有机化学中会学习,天然橡胶的成分是聚异戊二烯,含有碳碳双键,容易被硝酸氧化而腐蚀。避光、冷暗处保存硝酸即可。

4工业制备硝酸

我们在高一学习了这么多种元素,从钠、铁、铝到氯、硅、硫、氮,价类二维图都是指导我们研究元素化合物的实用工具。从氮气开始制备硝酸,相信大家可以设计出很多方案。

同学们根据自己所学的反应,设计的方案为,第一步,将氮气和氢气合成氨气,第二步,将氨气进行催化氧化反应,生成一氧化氮,第三步,一氧化氮直接被氧气氧化为二氧化氮,第四步,二氧化氮溶于水,就可以得到硝酸,如果将二氧化氮、氧气以4:1的体积比溶于水中,生成硝酸的原子利用率最高。也有同学直接将氮气和氧气在高温和放电的情况下生成一氧化氮,后面的步骤差不多,这也是一种方法,至于工业上最后用什么方法,肯定会考虑环保、成本、经济效益等问题。

5酸雨

学完了硫酸、硝酸,有一个环境问题,也就是酸雨,就不得不说了。

首先,我播放了我在校园内做的一个测定广州夏天的雨水是否是酸雨的实验视频,结果证明,广州的雨水,pH达到6.48,非常合格,不是酸雨,因为酸雨的pH5.6。

那么酸雨是怎么形成的呢?酸雨中成分复杂,形成原因各异。比如,含硫的矿物、煤炭燃烧时生成二氧化硫,后者溶于水形成亚硫酸,继而被氧化为硫酸,而汽车发动机的高温致使空气中的氮气和氧气转化为一氧化氮,随后又转化为二氧化氮,这些氮的氧化物形成硝酸型酸雨,等等。

我们可以在含硫矿石燃烧时,加入生石灰氧化钙,使二氧化硫转化为硫酸钙,变废为宝,可以用碱液吸收氮的氧化物,制得氮肥,在汽车的尾气出口安装催化转化器,使氮氧化物和一氧化氮反应生成氮气和二氧化碳。

中国是负责任的大国,我们承诺的碳达峰和碳中和,一定会提前完成,目前,清洁能源正在逐步代替传统化石能源,环境问题也越来越引起重视,但是酸雨的预防和治理仍不能松懈。我们学生能做的就是,和家人一起提倡绿色出行,多坐地铁、公交、高铁,或者骑单车,步行,少开私家车,特别是广州这种人口密度很大的城市。

本节课问过问题的同学名单:

高一1班:于心昊、梁宇熙、谢庭浩、张天舒、许玉婷、余丰;

高一2班:白锦鹏、林宏涛、马铭、黄小容、陈自豪;

高一3班:李润彤、刘粤港、郑思霓、向子阳、陈嘉滢、刘浩文;

高一4班:许鑫羽、张熠珺、龚子馨、甘泾滔、蔡沛峻、冉佳鹭、梁粤茹、丁灏、陈鸿皓、钟天睿;

往期回顾

回忆录系列

01高中时代同学的作文《都市友情》(.6.30)

02我读高二的时候的一些回忆(.7.24)

班同学优点录(.12.13)

04怀念高中生活(一)我的高中老师和高中同学(.12.14)

05怀念高中生活(二)高中毕业赠言选(.12.18)

06游览武汉动物园(年13岁时)(.12.19)

-年间张伟参加的羽毛球比赛比分(.12.26)

年孝感学院“迎新杯”女子篮球赛详细比分

09遂溪一中高一羽毛球锦标赛第1期(高一2班)

10遂溪一中高一羽毛球锦标赛第2期(高一1班)

11遂溪一中高一羽毛球锦标赛第3期(高一3班)

12遂溪一中高一羽毛球锦标赛第4期(高一1、2、3班混合团体赛)

13遂溪一中高一2班英语舞台剧《现代白雪公主》

14遂溪一中级高一实验二班百科知识竞赛试题第一期(年6月)

15遂溪一中级高一实验二班百科知识竞赛试题第二期(年7月)

16遂溪一中三段视频:羽毛球比赛/课后游戏/生日聚会

年高考前遂溪一中高三11班临别赠言

年高考前遂溪一中高三12班临别赠言

19-学年高一10班和高一11班班费收支明细

20-学年理科班高一11班到高二11班班费收支明细

21年遂溪一中高二11班羽毛球大奖赛

22.5.18高二11班家长会

23.10.31高二11班家长会

24遂溪一中届高三11、12班毕业照

文学作品系列

神魔武侠小说《中华英雄传》

标题

字数

1

少年友情

2

年少的约定

3

平行时空

4

长明山学艺

5

流星蝴蝶剑

6

天涯明月刀1

天涯明月刀天涯明月刀天涯明月刀

18

田野恋歌

19

武林群英赴襄阳

20

设阵迎敌

21

襄阳十三结义

22

明月凌霜剑

23

忘羡霜月糖

24

迷失灵石

随笔

1

老爸往前冲!

2

大学回忆之勤工俭学

3

亲情

4

西瓜

5

理发

6

湖北米粑粑

7

自行车

8

“不见了”的经历

9

赞同垃圾回收

10

童年回忆

11

衣服

12

住房

13

我的读与写

14

通讯

15

狗狗的回眸

16

登山

17

小鬼迪克

18

乞力马扎罗的雪

19

萍聚

20

我的阅读时间去哪里了

21

梦中的奶奶

22

25岁的天空

23

有所食

24

蝴蝶梦

25

假如时光可以倒流

26

我喜欢的杂志

27

重返羽毛球场

28

我骑车带安娜去旅行

29

我去过的羽毛球场

30

我的高中住校生活

31

三少爷

32

爷爷的葬礼

33

奶奶的80岁生日

34

儿时钓虾的快乐

35

我怎么用思维导图

36

科技预言几则之一

37

我书写方程式和

画流程图的方法

38

小朋友摔跤了

39

儿时的理想

40

青蛙的故乡

41

家乡走街串巷的小贩

42

慈母心

43

戏里人生

44

凤还巢

45

远眺

46

47

图书馆

48

有机化学的学习方法

49

解忧便利店第1期

50

朋友

51

坐飞机的经历

52

健身

53

三百六十五公里路

54

小时候看过的动画片

55

科技博览1

56

科技博览2

57

我从来不记书上有的东西

58

四季花开

59

我去现场看体育比赛的经历

60

莲藕排骨汤

61

爷爷奶奶的阁楼

62

幽灵山庄

63

人有三急

64

心相印手牵手

65

家乡的菜市场

66

雁过长空

67

考研

68

我组织学生参加的体育比赛

69

化学错题本怎么制作和使用

70

爱的教育

71

牛娃的道歉

72

考试

73

神灵

74

用超级记忆法2

75

看电影

76

疾病的教育

77

可爱的早晨

78

我去打过羽毛球的球馆

79

超市

80

教室

81

儿时我在武汉过的暑假

82

老有所依

83

回头望一望

84

同学

85

元素化合物复习构想

86

年高考化学全国I卷做题感想

87

年高考化学全国II卷做题感想

88

年高考化学全国III卷做题感想

89

游览武汉动物园

90

猫咪的故事

91

西关小独轮

92

三年

93

爱你的母校

94

我要上场打排球

95

感悟附中

96

勿以恶小而为之-化学教我们怎么做人

97

中国台北9天感动之旅

98

看到清华大学


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