硝酸
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硝酸(分子式:HNO3)是一种强酸,是三大强酸其一,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-3,约16mol·L-1,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 | |||
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IUPAC名 Nitric acid | |||
别名 | 硝镪水 | ||
识别 | |||
CAS号 | 7697-37-2 ![]() | ||
PubChem | 944 | ||
ChemSpider | 919 | ||
SMILES |
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InChI |
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InChIKey | GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYAO | ||
Gmelin | 1576 | ||
3DMet | B00068 | ||
UN编号 | 2031 | ||
EINECS | 231-714-2 | ||
ChEBI | 48107 | ||
RTECS | QU5775000 | ||
KEGG | D02313 | ||
MeSH | Nitric+acid | ||
性质 | |||
化学式 | HNO3 | ||
摩尔质量 | 63.012 g·mol⁻¹ | ||
外观 | 无色清澈液体 | ||
密度 | 1.51 g/cm³ | ||
熔点 | -42 °C(231 K) | ||
沸点 | 83 °C(356 K)(纯酸) (68%aq沸点120.5℃) | ||
溶解性(水) | 完全混溶 | ||
偶极矩 | 2.17±0.02D | ||
危险性 | |||
欧盟危险性符号 | |||
警示术语 | R:R8-R35 | ||
安全术语 | S:S1/2-S23-S26-S36-S45 | ||
NFPA 704 | |||
闪点 | 不可燃 | ||
相关物质 | |||
相关化学品 | 亚硝酸 五氧化二氮 | ||
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。 |
歷史编辑
硝酸和硫酸一样由公元8世纪阿拉伯鍊金術士阿布·穆薩·賈比爾·伊本·哈揚(Jabir ibn Hayyan)在乾餾綠矾和硝石混合物時發現,也是一種化學肥料。[1]因為硝酸是在硝石中發現的,所以含氧氮酸不叫氮酸,叫硝酸。
自然存在编辑
雷雨时能产生少量的硝酸。打雷時放出的能量讓空氣中的N2和O2發生反應,產生NO:
NO2和水反應產生硝酸:
- 在无氧時:
- 在含氧時:
结构编辑
硝酸是平面分子,其中心原子N原子为sp2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 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 键,多出来的1个电子在离域Π键裡。[來源請求]
物理性质编辑
純硝酸為無色、容易揮發的液體,沸點約為83℃,凝固点约为-42℃,密度为1.51g/ml。可以与水以任意比例互溶。硝酸是二氧化氮溶於水生成的,但由於二氧化氮溶於水並不會完全水解成硝酸,會有少量的二氧化氮分子存在,因此硝酸水溶液呈淡黃色,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:
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,如硝酸甘油的制备。(實際上我們會使用浓硫酸,产生大量NO2+),成本較低而且較容易處理,與其他更強的脫水劑,例如P4O10,也可以產生大量的硝醯陽離子,这是硝化反应能进行的本质。
- (水中)
- (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:
因此硝酸一定要盛放在棕色瓶中,並置於阴凉处保存。硝酸能溶解许多种金属(例如银),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,金属与濃硝酸反应多生成NO2,與稀硝酸反應下生成如NO等較低價化合物。
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質的量按1:3混合,即为王水,能溶解金、铂等稳定金属。
硝酸盐大多易遇热分解,生成氧气、氮氧化物、金属氧化物(也可能生成亚硝酸盐等)。
硝酸铵中的硝酸根與銨根,平均能量大於有其平均價數之一氧化二氮,在固態時發生均化反應(因為動力學原因,在溶液內不發生)(NH4NO3)即加热或撞击分解生成一氧化二氮和水,一般使用現代合成炸藥引爆,威力與TNT相去不遠,但成本極低。因此被用于国防工业及工程上而被譽為國防工業之母(主要製造硝基含能化合物(現代合成炸藥)。硝酸钾就是黑火药的成分之一)。
制备编辑
(ΔH=−114kJ/mol)
(ΔH=−117kJ/mol)
反复把生成的气体通入水中,即可得到较纯的硝酸,不过工业上一般使用稀硝酸吸收二氧化氮。这样制得的硝酸浓度通常为68%。其原料二氧化氮是由氨氧化而得,因此硝酸工业与製氨工业密不可分。
純硝酸製備编辑
其二步反应是硫酸氢盐与硝酸盐反应,值得注意的是,因为反应温度更高,所以硝酸会分解,影响产率。
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。
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(硝酸和蛋白質接觸後,會導致黄蛋白反应而變性)。此外,濃硝酸需以深色玻璃瓶盛裝,避免受到光照反應釋出有毒的NO2。
与金属的反应编辑
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:
稀硝酸(约6mol/L)与金属反应,主要生成一氧化氮气体:
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。
参見编辑
注释编辑
- ^ Nitric Acid. [2020-09-15]. (原始内容存档于2010-01-29).
- ^ P. W. Atkins, Molecules, 1987, ISBN 0-7167-5019-8