硝酸是三大强酸之一,它是一种重要的化工原料,常用来制备氮肥、染料、塑料、炸药、硝酸盐等。硝酸除具有酸的通性外,还具有强氧化性。本专题主要介绍硝酸的性质及硝酸的制备方法,使大家对硝酸的性质及制法有一个全面的了解。
【重点难点】 1、硝酸的性质; 2、硝酸的制备方法。
【知识讲解】 一、硝酸的性质 1、硝酸的物理性质 纯硝酸为无色、易挥发,有刺激味的液体,能任意比例溶于水。工业硝酸的质量分数约为69%,常因含有少量NO2而略显黄色。
2、硝酸的化学性质 ⑴硝酸是一元强酸,具有酸的通性。 ①使指示剂变色。例如:稀HNO3使紫色石蕊溶液变红。但要注意,由于浓硝酸具有强氧化性,能够使紫色石蕊溶液褪色。 ②与碱反应。如:HNO3+NaOH=NaNO3+H2O。 ③与碱性氧化物反应。如:2HNO3+CaO=Ca(NO3)2+2H2O。 ④与弱酸盐反应。如:2HNO3+Na2CO3=2NaNO3+CO2↑+H2O。 ⑤与金属反应。由于硝酸具有强氧化性,因此,与酸反应时一般不产生H2。 ⑵不稳定性: 硝酸在加热或见光时会分解,且浓度越大分解速率越快,反应方程式为: 4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O 硝酸溶液的黄色是由其分解产物NO2溶入其中所致,若向其中通入空气可以除之: 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 说明:硝酸的存放 长期存放的浓HNO3呈黄色,这是由于HNO3分解产生的NO2溶于硝酸的缘故。为了防止硝酸的分解,硝酸应盛于配有玻璃塞的棕色瓶内,放置在黑暗低温处。 ⑶强氧化性: 硝酸是一种强氧化性酸(强氧化性由中心元素 N 表现出来),能氧化绝大多数金属(除Pt、Au)或非金属,以及很多还原性化合物(如:I-、SO2、H2S、Fe2+等)。 ①与金属的反应情况 A、钝化:Al、Fe遇冷、浓HNO3会钝化(生成一薄层致密的氧化膜)。 说明:大量的浓硝酸可用铝槽车装运,这是由于冷的浓硝酸能将Al、Fe等金属钝化,使它们表面形成一层薄而致密的氧化膜,阻止了反应的进一步发生。 B、一般规律: 氧化产物:金属被氧化到最高价。 还原产物:硝酸被还原,一般均不产生H2。 若在金属活动性顺序表中排在H元素后面的不活泼金属,如Cu、Hg、Ag与浓硝酸反应时还原产物为NO2,与稀硝酸反应时还原产物为NO。 若排在H元素前面的活泼金属与硝酸反应时还原产物很复杂,随浓度的变化而变化,可能产生NO2、NO、N2O、N2或NH4NO3等产物。 学习时重点掌握Cu与硝酸的反应情况: Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 思考:铜与浓HNO3反应时,放出NO2气体,与稀HNO3反应时,放出NO气体。能否由此说明稀HNO3比浓HNO3的氧化能力更强。 硝酸与金属反应时,硝酸被还原的程度取决于硝酸的浓度和还原剂的强弱.对于同一种还原剂来说,硝酸越稀被还原的程度越大。因为当HNO3的浓度在8mol·L-1以上时,HNO3氧化性很强,在此过程中生成的氮的低价氧化物在强的氧化气氛中不能存在,继续被氧化成高价的氮的氧化物,所以产物为NO2。当硝酸较稀时,它的氧化性较弱,氮的低价氧化物也能够存在,所以主要产物是NO。浓HNO3与Cu反应放出NO2气体要比稀HNO3与Cu反应放出NO气体剧烈的多,所以浓HNO3氧化能力比稀HNO3氧化能力更强。 C、王水:浓盐酸和浓硝酸按体积比3:1的混合物,可溶解硝酸不能溶解的Pt、Au。 ②与非金属反应: 规律:非金属被氧化到最高价对应的酸。如: C+4HNO3CO2↑+2H2O+4NO2↑ (H2CO3不稳定,受热分解成CO2和 H2O) S+6HNO3H2SO4+6NO2↑+2H2O P+5HNO3H3PO4+5NO2↑+H2O ③与还原性的化合物反应:
二、 硝酸的工业制法 (1)氨催化氧化成NO 4NH3+5O24NO+6H2O 设备:氧化炉 (2)一氧化氮进一步被空气中的氧气氧化成二氧化氮。 2NO+O2=2NO2 (3)用水吸收NO2生成HNO3 3NO2+H2O=2HNO3+NO 设备:吸收塔 (放出的NO被氧化后再被吸收) 由吸收塔得到的是50%的HNO3,经Mg(NO3)2或浓H2SO4处理再蒸馏浓缩,可得到96%以上的浓HNO3。 (4)尾气处理:用NaOH吸收尾气 2NaOH+NO+NO2=2NaNO2+H2O
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