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1. 硝酸的制备
工业制造硝酸的主要方法是氨的催化氧化法。在高温和有催化剂时氨被空气氧化成NO,NO进一步被氧气氧化成NO2,NO2被水吸收就成为硝酸。
实验室中用硝酸盐与浓硫酸反应制备硝酸。
NaNO3+H2SO4=NaHSO4+HNO3
利用HNO3的挥发性将其从混合物中蒸馏出来。此法只能利用H2SO4的一个氢离子,因为第二步反应需要在500℃左右进行,高温下硝酸会发生分解。
NaNO3+NaHSO4=Na2SO4+HNO3
2. 结构和性质
硝酸为平面分子(图12-9),N采取sp²杂化,H-O-N键角为102°,分子中N与2个端O之间有离域Ⅱ43键。HNO3形成分子内氢。键,故其熔、沸点低,易挥发。
图12-9 HNO3和NO3-的结构与π键
HNO3不稳定,加热或光照分解为NO2和O2。浓硝酸能使铁、铝、馅钝化。HNO3氧化性较强,随着浓度降低其还原产物氧化数减小。浓硝酸的还原产物主要是NO2,稀硝酸的还原产物主要是NO。稀硝酸与活泼金属作用,可议全成NO、N2O、N2,更稀时还可以有NH4+。
由于动力学因素,稀硝酸不能将KI氧化,而稀亚硝酸能将KI氧化。
NO2对硝酸作氧化剂的反应有催化作用,一般认为是NO2起着如下传递电子的作用
反应总的结果为
HNO2+H++e-=H2O+NO2
发烟硝酸有强氧化性,原因为在发烟硝酸中溶解较多的NO2。下面两个实验可说明NO2对硝酸的氧化反应有催化作用:铜和浓硝酸反应,开始反应速度很慢而随后逐渐加快;若向浓硝酸中加入少量NaNO2可加速铜和硝酸的反应。
HNO3为重要的化工原料,用于做氧化剂、有机合成试剂。
3.王水
王水是浓硝酸和浓盐酸按体积比约1:3的混合物,能够溶解金和铂等惰性金属。
王水能够溶解金和铂,主要是由于C-浓度大,与金属形成稳定的配离子使金属的还原能力增强。
4.硝酸盐
硝酸盐为离子化合物,多数易溶于水,如AgNO3、Pb(NO3)2。硝酸盐中的离子键越强,盐的熔、沸点越高,部分一价金属硝酸盐的熔点列于表12-1。
表12-1部分一价金属硝酸盐的熔点
硝酸盐的热稳定性和分解产物与阳离子的极化能力有关。阳离子的极化能力越强,硝酸盐越不稳定,分解反应越容易进行。
(1)碱金属和碱土金属(不包括锂、镀和镁)硝酸盐,阳离子极化能力弱,盐受热分解生成亚硝酸盐和氧气。例如
2KNO3=2KNO2+O2
(2)活泼性在镁与铜之间的金属(包括锂、铍、镁和铜)硝酸盐,热分解时生成金属氧化物、二氧化氮和氧气。例如
2Cu(NO3)2=2CuO+4NO2+O2
(3)活泼性比铜差的金属的硝酸盐,热分解时生成金属单质、二氧化氮和氧气。例如
2AgNO3=2Ag+2NO2+O2
(4)具有还原性阳离子的硝酸盐,在分解过程中阳离子被氧化。例如
(5)有结晶水的硝酸盐,若金属离子的极化能力较强,受热分解时将发生水解反应,可能还伴随有硝酸的分解反应。例如
文章来源:《无机化学核心教程(第二版)》
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