硝酸物理性质:(分子式:HNO3)是一种强酸,常温下为无色液体。易溶于水,有强氧化性和腐蚀性。其不同浓度水溶液性质有别,,在空气中可挥发出HNO3,故称发烟硝酸,硝酸是一种重要的化工原料,纯硝酸为无色、容易挥发的液体,沸点约为83 °C,凝固点约为-42 °C,密度为1.51g/ml。可以与水以任意比混溶。浓硝酸因溶有NO2而显棕红色,也会挥发出棕红色的NO2。一般的浓硝酸指的是16mol/L的HNO3水溶液,密度为1.42g/ml。
化学性质[编辑]
纯硝酸可以发生自偶电离:2HNO3<==>H2O+NO2++NO3-
硝酸作为氮的最高价(+5)水化物,具有很强的酸性,一般情况下认为硝酸的水溶液是完全电离的。硝酸可以与醇发生酯化反应,如硝化甘油的制备。(实际上我们会使用浓硫酸,产生大量NO2+),成本较低而且较容易处理,与其他更强的脱水剂,例如P4O10,也可以产生大量的硝酰阳离子,这是硝化反应能进行的本质。
- HNO3 + H2O → H3O+ + NO3- (水中)
- HO-NO2 + 2H2SO4 → NO2+ + 2HSO4- + H3O+ (浓硫酸中)
硝酸的水溶液无论浓稀均具强氧化性及腐蚀性,溶液越浓其氧化性越强。硝酸在光照条件下分解成水、NO2和O2,方程式如下:
- 4HNO3 → 4NO2 + O2 + 2H2O
因此硝酸一定要盛放在棕色瓶中,并置于阴凉处保存。硝酸能溶解许多种金属(可以溶解银),生成盐、水、氮氧化物。随着溶液浓度的减小,其还原产物逐渐由高价向低价过渡,从最浓到最稀可生成NO2、NO、N2O、N2、NH4NO3。还原产物一般是混合物,金属与浓硝酸反应多生成NO2,与稀硝酸反应下生成如NO等较低价化合物。
铁、铝、铬等金属遇冷的浓硝酸可以发生钝化现象,只在表面形成一层致密的氧化膜,不会完全反应掉。
浓硝酸和浓盐酸的物质的量按1:3混合,即为王水,能溶解金等稳定金属。
硝酸盐大多易热分解,生成氧气、氮氧化物、金属氧化物(也可能生成亚硝酸盐等)。
硝酸铵中的硝酸根与铵根,平均能量大于有其平均价数之一氧化二氮,在固态时发生均化反应(因为动力学原因,在溶液内不发生)(NH4NO3)即加热或撞击分解生成一氧化二氮和水,一般使用现代合成炸药引爆,威力与TNT相去不远,但成本极低。因此被用于国防工业及工程上而被誉为国防工业之母(主要制造硝基含能化合物(现代合成炸药)。硝酸钾就是黑火药的成分之一)。
制备
- 4 NH3 (g) + 5 O2 (g) → 4 NO (g) + 6 H2O (g) (ΔH = −905.2 kJ)
- 2 NO (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g) (ΔH = −114 kJ/mol)
- 3 NO2 (g) + H2O (l) → 2 HNO3 (aq) + NO (g) (ΔH = −117 kJ/mol)
反复把生成的气体通入水中,即可得到较纯的硝酸。其原料二氧化氮是由氨氧化而得,因此硝酸工业与制氨工业有不可割裂的联系。
工业用途[编辑]
硝酸是在工业上和实验室中都很常用的一种酸。
作为硝酸盐和硝酸酯的必需原料,硝酸被用来制取一系列硝酸盐类氮肥,如硝酸铵、硝酸钾等;也用来制取硝酸酯类或含硝基的炸药,如三硝基甲苯(TNT)、硝化甘油。
由于它同时具有氧化性和酸性,硝酸也被用来精炼金属:即先把不纯的金属氧化成硝酸盐,排除杂质后再还原。
人体影响[编辑]
硝酸不论浓稀溶液都有氧化性和腐蚀性,因此对人很危险,仅溅到皮肤上也会引起严重烧伤。皮肤接触硝酸后会慢慢变黄,最后变黄的表皮会起皮脱落(硝酸和蛋白质接触后,会导致黄蛋白反应而变性)。此外,浓硝酸需以深色玻璃瓶盛装,避免受到光照反应释出有毒的NO2。
与金属的反应[编辑]
- 2HCl(aq) + Zn(s) → ZnCl2(aq) + H2(g)
而硝酸与金属反应,不会生成氢气。 这是因为硝酸根(NO3-)的氧化性比氢离子(H+)强。
浓硝酸(约16mol/L)与金属反应,主要生成红棕色的二氧化氮气体:
- Zn(s) + 4HNO3(aq) → Zn(NO3)2(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l)
稀硝酸(约6mol/L)与金属反应,主要生成一氧化氮气体:
- 3Zn(s) + 8HNO3(aq) → 3Zn(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l)
更稀的硝酸(约2mol/L以下)与金属反应,产物从一氧化二氮到氮气到铵根离子不等。
普遍认为,硝酸与金属反应时,各还原产物(NO2、NO、N2O、N2、NH3)都可以生成。 但由于硝酸、水、氮氧化物、亚硝酸、连二次硝酸等物质间的多个平衡,不同浓度硝酸的还原产物有很大差异。
极稀硝酸和活泼金属生成氢气的说法,没有得到证实。