硝酸

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
IUPAC名 Nitric acid
别名	硝镪水
识别
CAS号	7697-37-2
PubChem	944
ChemSpider	919
SMILES	O[N+](=O)[O-]
InChI	1/HNO3/c2-1(3)4/h(H,2,3,4)
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
警示术语	R：R8-R35
安全术语	S：S1/2-S23-S26-S36-S45
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，所有数据均出自一般条件（25 ℃，100 kPa）下。

硝酸的酸酐是五氧化二氮（N₂O₅）。

歷史

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

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：

${\displaystyle {\ce {N2 + O2 -> 2NO}}}$ 

${\displaystyle {\ce {2NO + O2 -> 2NO2}}}$ 

${\displaystyle {\ce {N2 + 2O2 -> 2NO2}}}$ 

NO₂和水反應產生硝酸：

在无氧時：${\displaystyle {\ce {3NO2 + H2O -> 2HNO3 + NO}}}$ 

在含氧時：${\displaystyle {\ce {4NO2 + O2 + 2H2O -> 4HNO3}}}$ 

有些海鞘（Ciona intestinalis）也能分泌硝酸御敌^[2]。

结构

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${\displaystyle \Pi _{3}^{4}}$ 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${\displaystyle \Pi _{4}^{6}}$ 键，多出来的1个电子在离域Π键裡。^{[來源請求]}

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

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。

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  發煙硝酸

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  70％硝酸

化学性质

纯硝酸可以发生自偶电离：${\displaystyle {\ce {2HNO3 <=> H2O + NO2+ + NO3-}}}$ 

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。

${\displaystyle {\ce {HNO3 + H2O -> H3O+ + NO3-}}}$ （水中）

${\displaystyle {\ce {HO - NO2 + 2H2SO4 -> NO2+ + 2HSO4- + H3O+}}}$  （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：

${\displaystyle {\ce {4HNO3 -> 4NO2 + O2 + 2H2O}}}$ 

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）。

由於硝酸也屬於強酸，所以可以和鹼發生酸鹼中和反應。

${\displaystyle {\ce {HNO3 + NaOH -> NaNO3 + H2O}}}$ 

上為硝酸和氫氧化鈉的複分解反應。

制备

工业上用二氧化氮与水混合制备硝酸：奧士華法

${\displaystyle {\ce {4NH3(g) + 5O2(g) -> 4NO(g) + 6H2O(g)}}}$ （鉑銠催化）(ΔH=−905.2kJ/mol)

${\displaystyle {\ce {2NO(g) + O2(g) -> 2NO2(g)}}}$  (ΔH=−114kJ/mol)

${\displaystyle {\ce {3NO2(g) + H2O(l) -> 2HNO3(aq) + NO(g)}}}$ (ΔH=−117kJ/mol)

總式：${\displaystyle {\ce {NH3(g) + 2O2(g) -> H2O(l) + HNO3(aq)}}}$ （鉑銠催化）

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

製造純硝酸則是把濃硫酸與硝酸鹽混合加熱，反應式為：

${\displaystyle {\ce {NaNO3 + H2SO4 -> NaHSO4 + HNO3}}}$ 

其二步反应是硫酸氢盐与硝酸盐反应，值得注意的是，因为反应温度更高，所以硝酸会分解，影响产率。

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

一般的酸与活泼金属反应，生成氢气：

${\displaystyle {\ce {2HCl(aq) + Zn(s) -> ZnCl2(aq) + H2(g)}}}$ 

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：

${\displaystyle {\ce {Zn(s) + 4HNO3(aq) -> Zn(NO3)2(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l)}}}$ 

稀硝酸（约6mol/L）与金属反应，主要生成一氧化氮气体：

${\displaystyle {\ce {3Zn(s) + 8HNO3(aq) -> 3Zn(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l)}}}$ 

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。

参見

• 硝酸盐
• 亚硝酸、连二次硝酸
• 镪水——硫酸、盐酸、硝酸

注释

1. . [2020-09-15]. （原始内容存档于2010-01-29）. 
2. P. W. Atkins, Molecules, 1987, ISBN 0-7167-5019-8