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硝酸

2021-07-16 12:27:04

资料专题:硝酸基本信息汇总表

硝酸(分子式:HNO3)是一种强,是三酸两碱其一,其水溶液俗称硝镪水。纯硝酸为无色液体,沸点83℃,味苦,在-42℃时凝结为无色晶体,与水混溶,有强氧化性和腐蚀性。其不同浓度水溶液性质有别,市售浓硝酸为共沸物,溶质质量分数为69.2%,一大气压下沸点为121.6℃,密度为1.42g·cm,约16mol·L,溶质重量百分比足够大(市售浓度最高为98%以上)的,称为发烟硝酸,硝酸是一种重要的化工原料。

硝酸的酸酐是五氧化二氮(N2O5)。

历史

硝酸和硫酸一样由公元8世纪阿拉伯炼金术士阿布·穆萨·贾比尔·伊本·哈扬(Jabir ibn Hayyan)在干馏绿矾和硝石混合物时发现,也是一种化学肥料。 因为硝酸是在硝石中发现的, 所以含氧氮酸不叫氮酸,叫硝酸页面存档备份,存于互联网档案馆

自然存在

雷雨时能产生少量的硝酸。打雷时放出的能量让空气中的N2和O2发生反应,产生NO:

N2 + O2 → 2NO2NO + O2 → 2NO2N2 + 2O2 → 2NO2

NO2和水反应产生硝酸和一氧化氮:

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

有些海鞘(Ciona intestinalis)也能分泌硝酸御敌。

结构

硝酸是平面分子,其中心原子N原子为sp杂化。由于羟基上的氢原子与另外一个氧原子形成了氢键,分子才呈平面结构,而且N的三根键长都不相同。N原子垂直于分子平面的一个p轨道是满的,它与未连接H的两个氧原子上的p轨道共轭,形成Π34{\displaystyle \Pi _{3}^{4}}大Π键。分子内氢键也是硝酸沸点较低的原因。

硝酸去掉一个氢原子的结构是硝酸根,一般带一个负电荷(硝酸根离子)。硝酸根具有对称的平面等边三角形结构,4个原子形成大Π46{\displaystyle \Pi _{4}^{6}}键,多出来的1个电子在离域Π键里。

硝酸去掉一个羟基的结构是硝基-NO2。硝基的正离子叫硝酰正离子。

物理性质

纯硝酸为无色、容易挥发的液体,沸点约为83℃,凝固点约为-42℃,密度为1.51g/ml。可以与水以任意比混溶。硝酸是二氧化氮溶于水生成的,但由于二氧化氮溶于水并不会完全水解成硝酸,会有少量的二氧化氮分子存在,因此硝酸水溶液呈淡黄色,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。

  • 发烟硝酸

  • 70%硝酸

化学性质

资料专题:硝酸化学性质

制备

工业上用二氧化氮与水混合制备硝酸:奥士华法

4NH3(g)+5O2(g)→4NO(g)+6H2O(g)(铂铑催化)(ΔH=−905.2kJ)

2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)(ΔH=−114kJ/mol)

3NO2(g)+H2O(l)→2HNO3(aq)+NO(g)(ΔH=−117kJ/mol)

总式:NH3(g)+2O2(g)→H2O(l)+HNO3(aq)(铂铑催化)

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氧化而得,因此硝酸工业与制氨工业密不可分。

纯硝酸制备

制造纯硝酸则是把浓硫酸与硝酸盐混合加热,反应式为:

NaNO3+H2SO4→NaHSO4+HNO3

工业用途

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

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

一般的与活泼金属反应,生成氢气:

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。

参考

注释

资料专题:硝酸注释