硝 酸
【教学目标】
记住硝酸的物理性质.
掌握并能灵活运用硝酸的化学性质.
【知识讲解】
物理性质
纯净硝酸是无色,易挥发,有刺激性气味的液体,密度比水大.因为它的晶体为分子
晶体,所以它的熔沸点较低.因为硝酸分子为强极性分子,所以它能以任意比溶于水.常用浓硝酸的质量分数大约是69%.98%以上的浓硝酸叫"发烟硝酸".浓硝酸为挥发性酸,打开瓶盖露置于空气中,瓶口上方观察到白雾.
化学性质
硝酸溶于水发生完全电离:HNO3=H NO3-,常用浓硝酸中,硝酸也是以离子形成存
在于水溶液中,因此硝酸具有酸的通性.硝酸是一种强酸,除具有酸的通性外还有它本身的特性.
硝酸的不稳定性
4HNO3 △ 2H2O 4NO2↑ O2↑
或光照
硝酸的浓度越大越易分解,温度越高分解越快,光越强分解越快.为了防止硝酸的分
解,必须把它盛在棕色瓶里密封贮放在黑暗而且温度低的地方.常用浓硝酸略带黄色,是因为少部分硝酸分解而产生的NO2气体溶解在硝酸中的缘故.
如果将浓硝酸加热分解产生的气体收集起来再溶于水时,该混合气可被水完全吸收,无残留气体.这是因为收集到的气体中=4:1溶于水时,发生反应:4NO2 O2 2H2O=4HNO3,恰好均被完全吸收.
硝酸的氧化性
硝酸是一种很强的氧化剂,不论稀硝酸还是浓硝酸都有氧化性.硝酸越浓氧化性越强.
同浓度的硝酸温度越高氧化性越强.硝酸能氧化除Pt,Au之外的绝大多数金属,还能氧化许多非金属(如碳,硫,磷),及具有还原性的物质(如H2S,Na2SO3,SO2,HBr,HI,Fe2 ,Sn2 ,松节油,锯未等).如:
铜,汞,银等不活泼金属与浓硝酸剧烈反应,一般认为生成硝酸盐和二氧化氮而与稀硝酸反应通常需加热,产生金属硝酸盐和一氧化氮,在反应中硝酸均既表现氧化性又表现酸性.
Cu 4HNO3(浓)= Cu (NO3)2 2NO2↑ 2H2O ……………………①
3Cu 8HNO3(稀) △ 3Cu (NO3)2 2NO↑ 4H2O …………………②
上述两反应均可用离子方程式表示为:
Cu 4H 2NO3-=Cu2 2NO2↑ 2H2O
3 Cu 4H 2NO3-=2Cu3 2NO↑ 4H2O
值得注意的是切不可以还原产物的价态来判断硝酸氧化性的强弱,必须肯定浓硝酸氧化性强于稀硝酸氧化性.同时必须切实知道反应中作为氧化剂的硝酸的物质的量等于产生气体(氮的氧化物)的物质的量,即使产生NO2和NO的混合气体亦是如此.
反应①可用作实验室制取NO2气体,用平底烧瓶分液漏斗,双孔塞组合实验装置,由于反应剧烈,可控制滴加浓硝酸的速率控制产生NO2的速率,只能用向上排空气法收集NO2气体,多余的NO2气体可用碱液吸收.该制取应在通风橱中进行.反应②可作为实验室制取NO的反应,装置选择固 液 △ 气的装置,只能用排水法收集.
铝,铁遇冷的浓硝酸产生钝化现象,即浓硝酸将它们表面氧化成一层薄而致密的氧化物薄膜,阻止了进一步反应的缘故.
王水(浓硝酸和浓盐酸体积比)能使Pt,Au溶解.
碳,硫,磷等非金属单质在热而浓的硝酸中剧烈反应:
C 4HNO3(浓) △ CO2↑ 4NO2↑ 2H2O
S 6HNO3(浓) △ H2SO4 6 NO2↑ 4H2O
P 5HNO3(浓) △ H3PO4 5 NO2↑ H2O
P4 20HNO3(浓) △ 4H3PO4 20 NO2↑ 4H2O
某些还原性的化合物能被硝酸氧化:
3Na2SO3 2HNO3(稀)=3Na2SO4 2NO↑ H2O
3H2S 2HNO3=3S 2NO 4H2O
6KI 8HNO3(稀)=6KNO3 I2 2NO↑ 4H2O
例1,1.92gCu片与定量的浓HNO3作用,当收集到NO2和NO气体共1.12L时(标准状况),金属铜恰好全部作用.则反应中消耗HNO3_______mol被还原的HNO3________mol,转移电子________mol.
解析:ne=nCu×2=×2=0.06mol
=0.05mol
×2 0.05mol=0.11mol
答案:0.11,0.05,0.06.
例2,现有下列三个方案用于制取硝酸铜,要求:①不污染环境 ②原料利用率高.请对下列三个方案加以评价.
方案一:用铜屑与浓硝酸作用.
方案二:用铜屑与中等浓度的硝酸作用,生成的NO和NO2气体用NaOH吸收.
方案三:先将铜屑在空气中灼热,使其完全氧化,再用硝酸溶解上述产物.
解析:方案一的制备反应为:Cu 4HNO3(浓) △ Cu (NO3)2 2NO2↑ 2H2O.制备1mol Cu (NO3)2需4mol HNO3,反应放出的NO2未处理,对环境有污染.方案二的制备除含方案一反应外还有反应:3Cu 8HNO3=3Cu (NO3)2 2NO↑ 4H2O,制备1mol Cu (NO3)2需～4mol HNO3.反应放出的NO2和NO可基本被吸收,对环境污染较小.方案三的制备反应也有两个:2Cu O2 △ 2CuO, CuO 2HNO3=Cu (NO3)2 H2O,制备1mol Cu (NO3)2需2molHNO3,对环境的污染也较小.
答案:由上综合分析可知,方案三最合理.
三,硝酸的工业制法(氨的催化氧化法)
氨氧化生成一氧化氮
两个阶段
一氧化氮氧化生成二氧化氮,二氮化氮被水吸收而生成硝酸
反应方程式:
4NH3 5O2 催化剂 4NO 6H2O
2NO O2 = 2NO2
3NO2 H2O = 2HNO3 NO
尾气吸收剂:氢氧化钠溶液.(NO NO2 NaOH=2NaNO2 H2O)
注意点:在吸收反应进行过程中补充一些空气,使吸收生成的NO再氧化为NO2,NO2
溶于水又生成HNO3和NO,经过多次的氧化和吸收,二氧化氮可以完全地被水吸收,能够尽可能多地转化为硝酸.因此起始物和反应终产物物质的量间关系为:1molNH3 转化 1molHNO3.
例3,工业上由氮气制得氨气,氨再经催化氧化最终制得硝酸,如用去标准状况下560m3空气中的氮气(按N2占空气体积的4/5计算),则理论上可制得12mol/ L的硝酸多少立方米(设反应过程中氮损失16%)
解析:生成硝酸的体积为V
N2 2NH3 2HNO3
1 2
V×103L/m3×12mol/L
V=2.8m3
答:理论上可制得2.8m312mol/L的硝酸.
