硝酸
| 硝酸 | |
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| IUPAC名 Nitric acid |
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| 别名 | 硝镪水 |
| 识别 | |
| CAS号 | 7697-37-2 |
| SMILES |
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| RTECS | QU5775000 |
| 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 °C） |
| 溶解度（水） | 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 |
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| 警示术语 | R：R8-R35 |
| 安全术语 | S：S1/2-S23-S26-S36-S45 |
| NFPA 704 |
 0
4
0
OX
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| 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（分子式：HNO3）是一种强酸，纯硝酸为无色液体，沸点83℃，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，市售浓硝酸为恒沸溶液，浓度69.2%，沸点121.6℃，密度为1.42g·cm-3，约16mol·L-1，溶解了过量NO2的浓硝酸呈红棕色称为发烟硝酸，硝酸是一种重要的化工原料。
目录 |
历史 [编辑]
硝酸和硫酸一样由公元8世纪阿拉伯炼金術士阿布·穆薩·賈比爾·伊本·哈揚（Jabir ibn Hayyan）在乾餾绿矾和硝石混合物时发现，也是一種性藥。[1]
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：
- N2 + O2 → 2NO
- 2NO + O2 → 2NO2
- N2 + 2O2 → 2NO2
NO2和水反應產生硝酸和一氧化氮：
- 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
有些海鞘（Ciona intestinalis）也能分泌硝酸御敌[2]。
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键里。[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 [编辑]
純硝酸為無色、容易揮發的液體，沸點約為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。（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。
- 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，並置於阴凉处保存。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，只有很稀的冷硝酸 才會與金屬鎂、錳及鈣反應生成氫氣，其他金屬在一般情況下不會與硝酸反應生成氫氣。
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（也能生成硝酸盐或金属单质，视金属的稳定性而定）。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]
- 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。
與金屬的反應 [编辑]
一般酸與金屬反應後會生成氫氣，如：
- 2HCl(aq) + Mg(s) → MgCl2(aq) + H2(g)
但硝酸與金屬的反應較為特別(因為硝酸會參與氧化還原反應)
濃硝酸：當濃硝酸與金屬發生反應時，會產生棕色的二氧化氮氣體(此二氧化氮是一氧化氮再與空氣中氧進一步反應。)現看看它與鎂的反應：
- Mg(s) + 4HNO3(aq) → Mg(NO3)2(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l)
稀硝酸：大多數金屬與稀硝酸發生反應會被氧化，稀硝酸被還原成無色的一氧化氮氣體 (NO)。現看看稀硝酸與鎂的反應：
- 3Mg(s) + 8HNO3(aq) → 3Mg(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l)
極稀硝酸：只有極稀的硝酸才呈現酸性。例如，當它與鎂反應時形成氫氣。
- Mg(s) + 2HNO3(aq) → Mg(NO3)2(aq) + H2(g)
注：硝酸和金属单质反应，生成的金属阳离子呈最高价
参看 [编辑]
注释 [编辑]
- ^ http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/physical_science/chemistry/nitric_acid.html&edu=high
- ^ P. W. Atkins, Molecules, 1987, ISBN 0-7167-5019-8
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