化學教案－硝酸

硝酸

物理性質:

1.    純硝酸是無色油狀液體, 開蓋時有煙霧, 揮發性酸.

2.    M.p. -42℃, b.p. 83℃. 密度: 1.5 g/cm3, 與水任意比互溶.

3.    常見硝酸a%=63%-69.2% c=14-16mol/L. 呈棕色(分析原因) 發煙硝酸.

 化學性質:

1.    強腐蝕性: 能嚴重損傷金屬、橡膠和肌膚, 因此不得用膠塞試劑瓶盛放硝酸.

2.    不穩定性: 光或熱

4HNO₃ =====4NO₂ + O₂ + 2H₂O

所以, 硝酸要避光保存.

3.    強酸性: 在水溶液里完全電離, 具有酸的通性.

4.    強氧化性: 濃度越大, 氧化性越強.

1. 與金屬反應:

[實驗] 在兩支試管里分別盛有銅片, 向兩支試管理再分別加入濃硝酸和稀硝酸.

Cu + 4HNO₃(濃) ==Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ ↑+ 2H₂O

3Cu + 8HNO₃(稀) ==3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

Ag + 2HNO₃(濃) ==AgNO₃ + NO₂ ↑+H₂O

3Ag + 4HNO₃(稀) ==3AgNO₃ + NO ↑+ 2H₂O

硝酸能與除金、鉑、鈦等外的大多數金屬反應.

通常濃硝酸與金屬反應時生成NO₂, 稀硝酸(<6mol/L)則生成NO.

鈍化反應: 常溫下濃硝酸可使鐵、鋁、鉻(都可呈+3價金屬化合物)表面形成具有保護性的氧化膜而鈍化. 而稀硝酸則與它們反應.

Fe + 4HNO₃(稀) ==Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

王水: 1體積濃硝酸與3體積濃鹽酸的混合溶液.可溶解金、鉑.

Au + HNO₃ + 4HCl ==HauCl₄ + NO + 2H₂O

M + HNO₃(12∽14mol/L) ↗NO₂為主.

M + HNO₃(6∽8mol/L) ↗NO為主

M + HNO₃(約2mol/L)↗N₂O為主, M較活潑.

M + HNO₃(<2mol/L) ↗NH₄⁺為主(M活潑)

M + HNO₃還可能有H₂產生(M活潑)

2. 與非金屬反應: 濃硝酸; 需要加熱.

C + 4HNO₃(濃) ==CO₂ ↑+ 4NO₂↑ + 2H₂O (實驗演示)

H₂S + 8HNO₃(濃) ==H₂SO₄ + 8NO₂↑ + 4H₂O

3H₂S + 2HNO₃(稀) ==3S + 2NO + 4H₂O (冷)

SO₂ + 2HNO₃(濃) ==H₂SO₄ + 2NO₂

3SO₂ + 2HNO₃(稀) + 2H₂O ==3H₂SO₄ + 2NO

H₂S、SO₂以及S^2-、SO₃^2-都不能與硝酸共存.

3. 與有機物反應: 生成硝基化合物和硝酸酯.

1.      硝酸的制法:

[設問] 生成硝酸的措施有哪些? 對比優缺點.(三種)

1.      實驗室制法: 微熱

NaNO₃(s) + H₂SO₄(濃) ==NaHSO₄ + HNO₃

[討論] 1. 反應溫度

2. 反應裝置:

3. 收集裝置:

2.      氨氧化法制硝酸:

4NH₃ + 5O₂ ====4NO + 6H₂O (氧化爐中)

2NO + O₂ ==2NO₂ (冷卻器中)

3NO₂ + H₂O =2HNO₃ + NO (吸收塔)

4NO₂ + O₂ + 2H₂O ==4HNO₃ (吸收塔)

過程: (1)先將液氨蒸發, 再將氨氣與過量空氣混合后通入裝有鉑、銠合金網的氧化爐中, 在800℃左右氨很快被氧化為NO. 該反應放熱可使鉑銠合金網(催化劑)保持赤熱狀態.

2.      (2)由氧化爐里導出的NO和空氣混合氣在冷凝器中冷卻, NO與O₂反應生成NO₂.

(3) 再將NO₂與空氣的混合氣通入吸收塔. 由塔頂噴淋水, 水流在塔內填充物迂回流下. 塔底導入  的NO₂和空氣的混合氣, 它們在填充物上迂回向上. 這樣氣流與液流相逆而行使接觸面增大, 便于氣體吸收.

從塔底流出的硝酸含量僅達50%, 不能直接用于軍工、染料等工業, 必須將其制成98%以上的濃硝酸. 濃縮的方法主要是將稀硝酸與濃硫酸或硝酸鎂混合后, 在較低溫度下蒸餾而得到濃硝酸, 濃硫酸或硝酸鎂在處理后再用.

尾氣處理: 燒堿吸收氮的氧化物, 使其轉化為有用的亞硝酸鹽(有毒)即”工業鹽”.

NO + NO₂ + 2NaOH ==2NaNO₂ + H₂O

1.      硝酸鹽:

特點: 外觀美麗(由金屬離子決定); KNO₃無色、Cu(NO₃)₂^.6H₂O寶石藍色.

水溶性好

有明顯的氧化性, 穩定性不好.分解有氧氣.

[實驗] 1. KNO₃的熱分解:

2. 硝酸銅的熱分解并檢驗氣體.

2KNO₃ ==2KNO₂ + O₂

2Cu(NO₃)₂ ==2CuO + 4NO₂ + O₂

2AgNO₃ ==2Ag + 2NO₂ + O₂

檢驗方法: 硝酸鹽溶液經濃縮后, 加入濃硫酸和銅屑并加熱, 可逸出紅棕色氣體.