| 硝酸 | |
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| IUPAC名 Nitric acid | |
| 別名 | 硝鏹水 |
| 識別 | |
| CAS號 | 7697-37-2 
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| PubChem | 944 |
| ChemSpider | 919 |
| SMILES |
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| InChI |
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| InChIKey | GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYAO |
| Gmelin | 1576 |
| 3DMet | B00068 |
| UN編號 | 2031 |
| EINECS | 231-714-2 |
| ChEBI | 48107 |
| RTECS | QU5775000 |
| KEGG | D02313 |
| MeSH | Nitric+acid |
| 性質 | |
| 化學式 | HNO3 |
| 摩爾質量 | 63.012 g·mol⁻¹ |
| 外觀 | 無色清澈液體 |
| 密度 | 1.51 g/cm³ |
| 熔點 | -42 °C（231 K） |
| 沸點 | 83 °C（356 K）（純酸) (68%aq沸點120.5℃） |
| 溶解性（水） | 完全混溶 |
| 偶極矩 | 2.17±0.02D |
| 危險性 | |
歐盟危險性符號 氧化性 O 腐蝕性 C | |
| 警示術語 | R：R8-R35 |
| 安全術語 | S：S1/2-S23-S26-S36-S45 |
| NFPA 704 |
 0
4
0
OX
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| 閃點 | 不可燃 |
| 相關物質 | |
| 相關化學品 | 亞硝酸 五氧化二氮 |
| 若非註明，所有數據均出自一般條件（25 ℃，100 kPa）下。 | |
硝酸（分子式：HNO3）是一種強酸，是三大強酸其一，其水溶液俗稱硝鏹水。純硝酸為無色液體，沸點83℃，味苦，在-42℃時凝結為無色晶體，與水混溶，有強氧化性和腐蝕性。其不同濃度水溶液性質有別，市售濃硝酸為共沸物，溶質質量分數為69.2%，一大氣壓下沸點為121.6℃，密度為1.42g·cm−3，約16mol·L−1，溶質重量百分比足夠大（市售濃度最高為98%以上）的，稱為發煙硝酸，硝酸是一種重要的化工原料。
歷史
硝酸和硫酸一樣由公元8世紀阿拉伯鍊金術士阿布·穆薩·賈比爾·伊本·哈揚（Jabir ibn Hayyan）在乾餾綠礬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
雷雨時能產生少量的硝酸。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）也能分泌硝酸禦敵[2]。
結構
硝酸是平面分子，其中心原子N原子為sp2雜化。由於羥基上的氫原子與另外一個氧原子形成了氫鍵，分子才呈平面結構，而且N的三根鍵長都不相同。N原子垂直於分子平面的一個p軌道是滿的，它與未連接H的兩個氧原子上的p軌道共軛，形成大Π鍵。分子內氫鍵也是硝酸沸點較低的原因。
硝酸去掉一個氫原子的結構是硝酸根，一般帶一個負電荷（硝酸根離子）。硝酸根具有對稱的平面等邊三角形結構，4個原子形成大鍵，多出來的1個電子在離域Π鍵裡。[來源請求]
硝酸去掉一個羥基的結構是硝基-NO2。硝基的正離子叫硝酰正離子。
物理性質
純硝酸為無色、容易揮發的液體，沸點約為83℃，凝固點約為-42℃，密度為1.51g/ml。可以與水以任意比例互溶。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，也會揮發出棕紅色的NO2。一般的濃硝酸指的是16mol/L的HNO3水溶液，密度為1.42g/ml。
-
發煙硝酸
-
70％硝酸
化學性質
純硝酸可以發生自偶電離：2HNO3⇌H2O+NO2++NO3-
硝酸作為氮的最高價(+5)水化物，具有很強的酸性，一般情況下認為硝酸的水溶液是完全電離的。硝酸可以與醇發生酯化反應，如硝酸甘油的製備。（實際上我們會使用濃硫酸，產生大量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，這是硝化反應能進行的本質。
- HNO3 + H2O → H3O+ + NO3- （水中）
- HO-NO2 + 2H2SO4 → NO2+ + 2HSO4- + H3O+ （濃硫酸中）
硝酸的水溶液無論濃稀均具強氧化性及腐蝕性，溶液越濃其氧化性越強。硝酸在光照條件下分解成水、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，並置於陰涼處保存。硝酸能溶解許多種金屬（例如銀），生成鹽、水、氮氧化物。隨着溶液濃度的減小，其還原產物逐漸由高價向低價過渡，從最濃到最稀可生成NO2、NO、N2O、N2、NH4NO3。還原產物一般是混合物，金屬與濃硝酸反應多生成NO2，與稀硝酸反應下生成如NO等較低價化合物。
鐵、鋁、鉻等金屬遇冷的濃硝酸可以發生鈍化現象，只在表面形成一層緻密的氧化膜，不會完全反應掉。
濃硝酸和濃鹽酸的物質的量按1:3混合，即為王水，能溶解金、鉑等穩定金屬。
硝酸鹽大多易遇熱分解，生成氧氣、氮氧化物、金屬氧化物（也可能生成亞硝酸鹽等）。
硝酸銨中的硝酸根與銨根，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)即加熱或撞擊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。因此被用於國防工業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）。硝酸鉀就是黑火藥的成分之一）。
HNO3+NaOH→NaNO3+H2O
製備
4NH3(g)+5O2(g)→4NO(g)+6H2O(g)（鉑銠催化）(ΔH=−905.2kJ/mol)
2NO(g)+O2(g)→2NO2(g) (ΔH=−114kJ/mol)
3NO2(g)+H2O(l)→2HNO3(aq)+NO(g) (ΔH=−117kJ/mol)
總式：NH3(g)+2O2(g)→H2O(l)+HNO3(aq)（鉑銠催化）
反覆把生成的氣體通入水中，即可得到較純的硝酸。其原料二氧化氮是由氨氧化而得，因此硝酸工業與製氨工業密不可分。
純硝酸製備
NaNO3+H2SO4→NaHSO4+HNO3
其二步反應是硫酸氫鹽與硝酸鹽反應，值得注意的是，因為反應溫度更高，所以硝酸會分解，影響產率。
工業用途
硝酸是在工業上和實驗室中都很常用的一種酸。
作為硝酸鹽和硝酸酯的必需原料，硝酸被用來製取一系列硝酸鹽類氮肥，如硝酸銨、硝酸鉀等；也用來製取硝酸酯類或含硝基的炸藥，如三硝基甲苯（TNT）、硝化甘油。
由於它同時具有氧化性和酸性，硝酸也被用來精煉金屬：即先把不純的金屬氧化成硝酸鹽，排除雜質後再還原。
人體影響
硝酸不論濃稀溶液都有氧化性和腐蝕性，因此對人很危險，僅濺到皮膚上也會引起嚴重燒傷。皮膚接觸硝酸後會慢慢變黃，最後變黃的表皮會起皮脫落（硝酸和蛋白質接觸後，會導致黃蛋白反應而變性）。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
- 2HCl(aq) + Zn(s) → ZnCl2(aq) + H2(g)
而硝酸與金屬反應，不會生成氫氣。這是因為硝酸根（NO3-）的氧化性比氫離子（H+）強。
濃硝酸（約16mol/L）與金屬反應，主要生成紅棕色的二氧化氮氣體：
- Zn(s) + 4HNO3(aq) → Zn(NO3)2(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l)
稀硝酸（約6mol/L）與金屬反應，主要生成一氧化氮氣體：
- 3Zn(s) + 8HNO3(aq) → 3Zn(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l)
更稀的硝酸（約2mol/L以下）與金屬反應，產物從一氧化二氮到氮氣到銨根離子不等。
普遍認為，硝酸與金屬反應時，各還原產物（NO2、NO、N2O、N2、NH3）都可以生成。 但由於硝酸、水、氮氧化物、亞硝酸、連二次硝酸等物質間的多個平衡，不同濃度硝酸的還原產物有很大差異。
極稀硝酸和活潑金屬生成氫氣的說法，沒有得到證實。
參考
注釋
- ↑ Nitric Acid. [2020-09-15].
- ↑ P. W. Atkins, Molecules, 1987, ISBN 0-7167-5019-8