化学 －硝酸 -化学教案

硝酸

物理性质:

1.    纯硝酸是无色油状液体, 开盖时有烟雾, 挥发性酸.

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

3.    常见硝酸a%= 63%-69.2% c= 14-16mol/L. 呈棕色(分析原因) 发烟硝酸.

 化学性质:

1.    强腐蚀性: 能严重损伤金属、橡胶和肌肤, 因此不得用胶塞试剂瓶盛放硝酸.

2.    不稳定性: 光或热

4HNO₃ ===== 4NO₂ + O₂ + 2H₂O

所以, 硝酸要避光保存.

3.    强酸性: 在水溶液里完全电离, 具有酸的通性.

4.    强氧化性: 浓度越大, 氧化性越强.

1. 与金属反应:

[实验] 在两支试管里分别盛有铜片, 向两支试管理再分别加入浓硝酸和稀硝酸.

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

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

Ag + 2HNO₃(浓) == AgNO₃ + NO₂ ↑+H₂O

3Ag + 4HNO₃(稀) == 3AgNO₃ + NO ↑+ 2H₂O

硝酸能与除金、铂、钛等外的大多数金属反应.

通常浓硝酸与金属反应时生成NO₂, 稀硝酸(<6mol/L)则生成NO.

钝化反应: 常温下浓硝酸可使铁、铝、铬(都可呈+3价金属化合物)表面形成具有保护性的氧化膜而钝化. 而稀硝酸则与它们反应.

Fe + 4HNO₃(稀) == Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

王水: 1体积浓硝酸与3体积浓盐酸的混合溶液.可溶解金、铂.

Au + HNO₃ + 4HCl == HauCl₄ + NO + 2H₂O

M + HNO₃(12∽14mol/L) ↗NO₂为主.

M + HNO₃(6∽8mol/L) ↗NO为主

M + HNO₃(约2mol/L)↗N₂O为主, M较活泼.

M + HNO₃(<2mol/L) ↗NH₄⁺为主(M活泼)

M + HNO₃还可能有H₂产生(M活泼)

2. 与非金属反应: 浓硝酸; 需要加热.

C + 4HNO₃(浓) == CO₂ ↑+ 4NO₂↑ + 2H₂O (实验演示)

H₂S + 8HNO₃(浓) == H₂SO₄ + 8NO₂↑ + 4H₂O

3H₂S + 2HNO₃(稀) == 3S + 2NO + 4H₂O (冷)

SO₂ + 2HNO₃(浓) == H₂SO₄ + 2NO₂

3SO₂ + 2HNO₃(稀) + 2H₂O == 3H₂SO₄ + 2NO

H₂S、SO₂以及S^2-、SO₃^2-都不能与硝酸共存.

3. 与有机物反应: 生成硝基化合物和硝酸酯.

1.      硝酸的制法:

[设问] 生成硝酸的措施有哪些? 对比优缺点.(三种)

1.      实验室制法: 微热

NaNO₃(s) + H₂SO₄(浓) == NaHSO₄ + HNO₃

[讨论] 1. 反应温度

2. 反应装置:

3. 收集装置:

2.      氨氧化法制硝酸:

4NH₃ + 5O₂ ==== 4NO + 6H₂O (氧化炉中)

2NO + O₂ == 2NO₂ (冷却器中)

3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO (吸收塔)

4NO₂ + O₂ + 2H₂O == 4HNO₃ (吸收塔)

过程: (1)先将液氨蒸发, 再将氨气与过量空气混合后通入装有铂、铑合金网的氧化炉中, 在800℃左右氨很快被氧化为NO. 该反应放热可使铂铑合金网(催化剂)保持赤热状态.

2.      (2)由氧化炉里导出的NO和空气混合气在冷凝器中冷却, NO与O₂反应生成NO₂.

(3) 再将NO₂与空气的混合气通入吸收塔. 由塔顶喷淋水, 水流在塔内填充物迂回流下. 塔底导入的NO₂和空气的混合气, 它们在填充物上迂回向上. 这样气流与液流相逆而行使接触面增大, 便于气体吸收.

从塔底流出的硝酸含量仅达50%, 不能直接用于军工、染料等工业, 必须将其制成98%以上的浓硝酸. 浓缩的方法主要是将稀硝酸与浓硫酸或硝酸镁混合后, 在较低温度下蒸馏而得到浓硝酸, 浓硫酸或硝酸镁在处理后再用.

尾气处理: 烧碱吸收氮的氧化物, 使其转化为有用的亚硝酸盐(有毒)即”工业盐”.

NO + NO₂ + 2NaOH == 2NaNO₂ + H₂O