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硝酸的[[酸酐]]是[[五氧化二氮]]({{氮}}{{sub|2}}{{氧}}{{sub|5}})。 |
硝酸的[[酸酐]]是[[五氧化二氮]]({{氮}}{{sub|2}}{{氧}}{{sub|5}})。 |
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== 历史 == |
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硝酸和硫酸一样由公元8世纪[[阿拉伯]][[鍊金 |
硝酸和硫酸一样由公元8世纪[[阿拉伯]][[鍊金术]]士[[贾比尔|阿布·穆萨·賈比尔·伊本·哈揚]](Jabir ibn Hayyan)在[[乾餾]][[硫酸亚铁|绿矾]]和[[硝石]]混合物时发现,也是一种[[:肥料#.E7.84.A1.E6.A9.9F.E8.82.A5.E6.96.99|化学肥料]]。<ref>{{Cite web|title=Nitric Acid|url=http://www.windows.ucar.edu/tour/link%3D/physical_science/chemistry/nitric_acid.html%26edu%3Dhigh|accessdate=2020-09-15|archiveurl=https://web.archive.org/web/20100129224026/http://www.windows.ucar.edu/tour/link%3D/physical_science/chemistry/nitric_acid.html%26edu%3Dhigh|archivedate=2010-01-29|dead-url=yes}}</ref>因为硝酸是在[[硝石]]中发现的,所以[[含氧酸|含氧氮酸]]不叫氮酸,叫硝酸。 |
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== 自然存在 == |
== 自然存在 == |
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雷雨时能产生少量的硝酸。打雷 |
雷雨时能产生少量的硝酸。打雷时放出的能量让空气中的N<sub>2</sub>和O<sub>2</sub>发生反应,产生[[一氧化氮|NO]]: |
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:N<sub>2</sub> + O<sub>2</sub> → 2NO |
:N<sub>2</sub> + O<sub>2</sub> → 2NO |
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:2NO + O<sub>2</sub> → 2NO<sub>2</sub> |
:2NO + O<sub>2</sub> → 2NO<sub>2</sub> |
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:N<sub>2</sub> + 2O<sub>2</sub> → 2NO<sub>2</sub> |
:N<sub>2</sub> + 2O<sub>2</sub> → 2NO<sub>2</sub> |
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NO<sub>2</sub>和水反 |
NO<sub>2</sub>和水反应产生硝酸和一氧化氮: |
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:3NO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O → 2HNO<sub>3</sub> + NO |
:3NO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O → 2HNO<sub>3</sub> + NO |
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硝酸是[[平面三角形分子构型|平面]]分子,其中心原子N原子为sp{{sup|2}}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<math> \Pi_3^4 </math>大Π键。分子内[[氢键]]也是硝酸沸点较低的原因。 |
硝酸是[[平面三角形分子构型|平面]]分子,其中心原子N原子为sp{{sup|2}}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<math> \Pi_3^4 </math>大Π键。分子内[[氢键]]也是硝酸沸点较低的原因。 |
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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,{{Fact|4个原子形成大<math> \Pi_4^6 </math>键,多出来的1个电子在离域Π键 |
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,{{Fact|4个原子形成大<math> \Pi_4^6 </math>键,多出来的1个电子在离域Π键里。|time=2011-11-09T13:11:09+00:00}} |
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硝酸去掉一个羟基的结构是'''[[硝基]]'''-NO<sub>2</sub>。硝基的正离子叫[[硝鎓离子|硝酰正离子]]。 |
硝酸去掉一个羟基的结构是'''[[硝基]]'''-NO<sub>2</sub>。硝基的正离子叫[[硝鎓离子|硝酰正离子]]。 |
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== 物理性质 == |
== 物理性质 == |
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纯硝酸为无色、容易[[揮发性|揮发]]的[[液体]],沸点约为83℃,凝固点约为-42℃,[[密度]]为1.51g/ml。可以与水以任意比例互溶。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]]呈淡黃色,也会挥发出棕红色的NO{{sub|2}}。一般的浓硝酸指的是16mol/L的HNO{{sub|3}}水溶液,密度为1.42g/ml。 |
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Fuming nitric acid 40ml.jpg| |
Fuming nitric acid 40ml.jpg|发烟硝酸 |
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Nitric acid 70 percent.jpg|70%硝酸 |
Nitric acid 70 percent.jpg|70%硝酸 |
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纯硝酸可以发生自偶电离:2HNO<sub>3</sub>⇌H<sub>2</sub>O+NO<sub>2</sub><sup>+</sup>+NO<sub>3</sub><sup>-</sup> |
纯硝酸可以发生自偶电离:2HNO<sub>3</sub>⇌H<sub>2</sub>O+NO<sub>2</sub><sup>+</sup>+NO<sub>3</sub><sup>-</sup> |
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硝酸作为氮的最高价(+5)水化物,具有[[强酸|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。( |
硝酸作为氮的最高价(+5)水化物,具有[[强酸|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。(实际上我们会使用浓[[硫酸]],产生大量[[硝鎓离子|NO{{sub|2}}{{sup|+}}]]),成本较低而且较容易处理,与其他更强的脫水剂,例如P<sub>4</sub>O<sub>10</sub>,也可以产生大量的硝醯阳离子,这是[[硝化反应]]能进行的本质。 |
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:HNO{{sub|3}} + H{{sub|2}}O → H{{sub|3}}O{{sup|+}} + NO{{sub|3}}{{sup|-}} (水中) |
:HNO{{sub|3}} + H{{sub|2}}O → H{{sub|3}}O{{sup|+}} + NO{{sub|3}}{{sup|-}} (水中) |
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:HO-NO{{sub|2}} + 2H{{sub|2}}SO{{sub|4}} → NO{{sub|2}}{{sup|+}} + 2HSO{{sub|4}}{{sup|-}} + H{{sub|3}}O{{sup|+}} (浓硫酸中) |
:HO-NO{{sub|2}} + 2H{{sub|2}}SO{{sub|4}} → NO{{sub|2}}{{sup|+}} + 2HSO{{sub|4}}{{sup|-}} + H{{sub|3}}O{{sup|+}} (浓硫酸中) |
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硝酸的水溶液无论浓稀均具强[[非金属性|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、NO{{sub|2}}和O{{sub|2}},方程式如下: |
硝酸的水溶液无论浓稀均具强[[非金属性|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、NO{{sub|2}}和O{{sub|2}},方程式如下: |
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:4HNO{{sub|3}} → 4NO{{sub|2}} + O{{sub|2}} + 2H{{sub|2}}O |
:4HNO{{sub|3}} → 4NO{{sub|2}} + O{{sub|2}} + 2H{{sub|2}}O |
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因此硝酸一定要盛放在棕色瓶中, |
因此硝酸一定要盛放在棕色瓶中,并置于阴凉处保存。硝酸能溶解许多种[[金属]](例如[[银]]),生成[[盐 (化学)|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NO{{sub|2}}、NO、N{{sub|2}}O、N{{sub|2}}、NH{{sub|4}}NO{{sub|3}}。还原产物一般是混合物,金属与濃硝酸反应多生成NO{{sub|2}},与稀硝酸反应下生成如NO等较低价化合物。 |
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[[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。 |
[[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。 |
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浓硝酸和浓[[盐酸]]的物 |
浓硝酸和浓[[盐酸]]的物质的量按1:3混合,即为[[王水]],能溶解[[金]]、[[铂]]等稳定金属。 |
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[[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)。 |
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[[硝酸铵]]中的硝酸根 |
[[硝酸铵]]中的硝酸根与銨根,平均能量大于有其平均价数之一氧化二氮,在固态时发生均化反应(因为动力学原因,在溶液内不发生)(NH<sub>4</sub>NO<sub>3</sub>)即加热或撞击分解生成[[一氧化二氮]]和[[水]],一般使用现代合成炸药引爆,威力与TNT相去不远,但成本极低。因此被用于国防工业及工程上而被誉为国防工业之母(主要制造硝基含能化合物(现代合成炸药)。[[硝酸钾]]就是[[黑火药]]的成分之一)。 |
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由 |
由于硝酸也属于[[强酸]],所以可以和鹼发生[[中和反应|酸鹼中和]]反应。 |
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HNO<sub>3</sub>+NaOH→NaNO<sub>3</sub>+H<sub>2</sub>O |
HNO<sub>3</sub>+NaOH→NaNO<sub>3</sub>+H<sub>2</sub>O |
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上 |
上为硝酸和[[氢氧化钠|氫氧化钠]]的[[复分解反应]]。 |
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== 制备 == |
== 制备 == |
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工业上用[[二氧化氮]]与[[水]]混合制备硝酸:[[ |
工业上用[[二氧化氮]]与[[水]]混合制备硝酸:[[奥士华法]] |
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4NH<sub>3(g)</sub>+5O<sub>2(g)</sub>→4NO<sub>(g)</sub>+6H<sub>2</sub>O<sub>(g)</sub>([[鉑]][[銠]]催化)(ΔH=−905.2kJ/mol) |
4NH<sub>3(g)</sub>+5O<sub>2(g)</sub>→4NO<sub>(g)</sub>+6H<sub>2</sub>O<sub>(g)</sub>([[鉑]][[銠]]催化)(ΔH=−905.2kJ/mol) |
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第124行: | 第124行: | ||
3NO<sub>2(g)</sub>+H<sub>2</sub>O<sub>(l)</sub>→2HNO<sub>3(aq)</sub>+NO<sub>(g)</sub> (ΔH=−117kJ/mol) |
3NO<sub>2(g)</sub>+H<sub>2</sub>O<sub>(l)</sub>→2HNO<sub>3(aq)</sub>+NO<sub>(g)</sub> (ΔH=−117kJ/mol) |
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总式:NH<sub>3(g)</sub>+2O<sub>2(g)</sub>→H<sub>2</sub>O<sub>(l)</sub>+HNO<sub>3(aq)</sub>([[鉑]][[銠]]催化) |
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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[[ |
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]]密不可分。 |
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=== 纯硝酸制备 === |
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制造纯硝酸则是把[[濃硫酸]]与[[硝酸鹽]]混合加热,反应式为: |
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NaNO<sub>3</sub>+H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>→NaHSO<sub>4</sub>+HNO<sub>3</sub> |
NaNO<sub>3</sub>+H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>→NaHSO<sub>4</sub>+HNO<sub>3</sub> |
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第143行: | 第143行: | ||
== 人体影响 == |
== 人体影响 == |
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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 |
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,濃硝酸需以深色玻璃瓶盛裝,避免受到光照反应释出有毒的[[二氧化氮|NO<sub>2</sub>]]。 |
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== 与金属的反应 == |
== 与金属的反应 == |
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[[Category:无机氮化合物]] |
[[Category:无机氮化合物]] |
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[[Category:硝酸盐|*]] |
[[Category:硝酸盐|*]] |
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[[Category:腐蝕性化 |
[[Category:腐蝕性化学品]] |
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[[Category:易制爆化学品]] |
[[Category:易制爆化学品]] |
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[[Category:氮-氧化合物]] |
[[Category:氮-氧化合物]] |