硝酸
| 此條目需要补充更多来源。 (2017年11月5日) |
硝酸（英語：Nitric acid ）為強酸，化学式HNO₃，水溶液俗称硝镪水。硝酸是重要的化工原料。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%，一大气压沸点为121.6℃，密度1.42g·cm−3，约16mol·L−1，溶质重量百分比够大（市售浓度最高为98%以上）的叫发烟硝酸。
| 硝酸 | |||
|---|---|---|---|
| | |||
| IUPAC名 Nitric acid | |||
| 别名 | 硝镪水 | ||
| 识别 | |||
| CAS号 | 7697-37-2 | ||
| PubChem | 944 | ||
| ChemSpider | 919 | ||
| SMILES |
| ||
| InChI |
| ||
| 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 氧化性 O 腐蚀性 C | |||
| H-术语 | H272, H300, H310, H330, H373, H411 | ||
| P-术语 | P210, P220, P260, P305+351+338, P310, P370+378 | ||
| NFPA 704 | 0 4 0 OX | ||
| 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，也是化學肥料。[1]硝酸在硝石中發現，故叫硝酸不叫氮酸。
自然存在 编辑
雷雨时能生成少量硝酸。打雷放出的能量讓空氣中的N2和O2高温反應，生成NO：
NO2和水反應生成硝酸：
- 无氧時：
- 含氧時：
实验室中，用火焰可以产生少量硝酸，如用高压电与火花隙进行弧光放电效率更高，在工业中曾经用于伯克兰-艾德法。但因效率低，电能消耗大而不再使用。
结构 编辑
硝酸是平面分子，中心的氮原子为sp2杂化。羟基的氢原子与另外一粒氧原子形成氢键，分子呈平面结构，而且氮的三根键长都不相同。氮原子垂直于分子平面的一條p轨道是满的，它与未连接氫的两粒氧原子上的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。
硝酸是含氧酸，去掉一粒氢原子的结构是硝酸根，一般带一粒负电荷（硝酸根离子）。硝酸根有对称的平面等边三角形结构，4粒原子形成大 键，多出来的1粒电子在离域Π键裡。[來源請求]
物理性质 编辑
純硝酸為無色、易揮發液體，沸點約83℃，凝固点约−42℃，密度为1.51g/ml。可以与水互溶。硝酸是二氧化氮溶於水生成，但二氧化氮溶於水並不會完全水解成硝酸，會有少量二氧化氮分子留存，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。
- 發煙硝酸
- 70％硝酸
化学性质 编辑
纯硝酸可以自偶电离：2HNO₃ ⇌ H₂O＋NO₂⁺＋NO₃⁻
硝酸作为氮的最高价（＋5）水化物，其酸性很强，一般情况认为硝酸在水溶液中完全电离。硝酸可以与醇酯化反应，如制备硝酸甘油。（實際會用浓硫酸生成大量NO₂⁺），成本較低且較易處理，與其他更強的脫水劑，例如P₄O₁₀，也可以生成大量硝醯陽離子，这是硝化反应的本质。
- 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有强氧化力及腐蚀力，溶液越浓其氧化力越强。硝酸經光照分解成水、NO2和O2，方程式如下：
- 4HNO₃ → 4NO₂＋O₂＋2H₂O
一定要盛放在棕色瓶中，並置於阴凉处保存。硝酸能溶解多种金属（例如银），生成盐、水、氮氧化物。随着溶液變稀，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、H₂。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钝化，只在表面形成致密的氧化膜，不会繼續反应。
浓硝酸和浓盐酸的物質量按1比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（中途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，在固態時均化反應（動力學所限，在溶液內不反應）（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，因此用于国防工业及工程而獲美譽「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）。
HNO₃＋NaOH → NaNO₃＋H₂O
制备 编辑
历史上，曾使用伯克兰-艾德法，但因能耗大、效率低，后被取代。
现代工业用二氧化氮与水混合制备硝酸：奧士華法。其原料二氧化氮是由氨氧化而得，硝酸工业与製氨工业密不可分。
(ΔH=−114kJ/mol)
(ΔH=−117kJ/mol)
反复把生成的气体通入水中即可得到甚纯的硝酸，不过工业一般用稀硝酸吸收二氧化氮。这样制得的硝酸浓度通常为68%。
製備純硝酸 编辑
NaNO₃＋H₂SO₄ → NaHSO₄＋HNO₃
其二步反应是硫酸氢盐与硝酸盐反应，值得注意的是，反应温度更高，硝酸会分解，影响产率。
人体影响 编辑
硝酸不论浓稀溶液都有氧化力和腐蚀力，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，會引起黄蛋白反应而變性）。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NO2。
与金属反应 编辑
- 2HCl（水）＋Zn（固） → ZnCl₂（水）＋H₂（氣）
硝酸根（NO₃⁻）的氧化力比氢离子（H⁺）强，硝酸与金属反应不会生成氢气。
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（固）＋4HNO₃（水） → Zn(NO₃)₂（水）＋2NO₂（氣）＋2H₂O（液）
稀硝酸（约6mol/L）与金属反应，主要生成一氧化氮气体：
- 3Zn（固）＋8HNO₃（水） → 3Zn(NO₃)₂（水）＋2NO（氣）＋4H₂O（液）
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。但硝酸、水、氮氧化物、亚硝酸、连二次硝酸等物质间的多對平衡，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。[來源請求]
工业用途 编辑
硝酸在工业和实验室都是很常用的酸。
作为硝酸盐和硝酸酯的必需原料，硝酸用来制取硝酸铵、硝酸钾等一系列硝酸盐类氮肥；也用来制取三硝基甲苯（TNT）、硝化甘油等硝酸酯类或含硝基的炸药。
参見 编辑
注释 编辑
- ^ . [2020-09-15]. （原始内容存档于2010-01-29）.
- ^ P. W. Atkins, Molecules, 1987, ISBN 0-7167-5019-8