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硝酸(分子式:HNO3)是一種強酸,常溫下為無色液體。易溶於水,有強氧化性和腐蝕性。其不同濃度水溶液性質有別,高濃度(≥98%)硝酸因溶有二氧化氮而顯棕紅色,在空氣中可揮發出HNO3,故稱發煙硝酸。硝酸是一種重要的化工原料。
物理性質
純硝酸為無色、容易揮發的液體,沸點約為83°C,凝固點約為-42°C,密度為1.51g/ml。可以與水以任意比混溶。濃硝酸因溶有NO2而顯棕紅色,也會揮發出棕紅色的NO2。一般的濃硝酸指的是16mol/L的HNO3水溶液,密度為1.42g/ml。
化學性質
硝酸作為氮的最高價(+5)水化物,具有很強的酸性,一般情況下認為硝酸的水溶液是完全電離的。硝酸可以與醇發生酯化反應,如硝化甘油的製備。只有在與濃硫酸混合時,硝酸才能產生大量NO2+,這是硝化反應能進行的本質。
HNO3 + H2O → H3O+ + NO3- (水中)
HO-NO2 + 2H2SO4 → NO2+ + 2HSO4- + H3O+ (濃硫酸中)
硝酸的水溶液無論濃稀均具強氧化性及腐蝕性,溶液越濃其氧化性越強。硝酸在光照條件下分解成水、NO2和O2,因此硝酸一定要盛放在棕色瓶中,並置於陰涼處保存。硝酸能溶解許多種金屬(可以溶解銀),生成鹽、水、氮氧化物。隨著溶液濃度的減小,其還原產物逐漸由高價向低價過渡,從最濃到最稀可生成NO2、NO、N2O、N2、NH4NO3。還原產物一般是混合物,金屬與濃硝酸反應多生成NO2,與稀硝酸反應下生成如NO等較低價化合物,只有很稀的冷硝酸 才會與金屬鎂、錳及鈣反應生成氫氣,其他金屬在一般情況下不會與硝酸反應生成氫氣。
鐵等金屬遇冷的濃硝酸可以發生鈍化現象,只在錶面形成一層緻密的氧化膜,不會完全反應掉。濃硝酸和濃鹽酸的物質的量按1:3混合,即為王水,能溶解金等穩定金屬。
硝酸鹽大多易熱分解,生成氧氣、氮氧化物、金屬氧化物(也能生成硝酸鹽或金屬單質,視金屬的穩定性而定)。硝酸銨(NH4NO3)加熱或撞擊分解生成一氧化二氮和水。因此被用於國防工業及工程上(硝酸鉀就是黑火藥的成分之一)。
硫酸,分子式為H2SO4,是一種無色粘稠高密度的強腐蝕性液體。是一種重要的化工原料,也是一種常見的化學試劑。
物理性質
純硫酸是無色、粘稠的油狀液體,並不易揮發。
檢驗
中學範圍內,能使石蕊變紅的,即表示該物質帶有酸性的,證明其有H+;加BaCl2溶液生成白色沉澱,再加稀硝酸,沉澱不消失,證明其有SO42-證明是硫酸。
濃硫酸是黏稠油狀液體,具有吸水性,強氧化性以及脫水性。
脫水性
脫水性是指硫酸能將碳水化合物中的水份脫去(嚴格地說是把有機物中的氫、氧元素按水的組成比脫去),留下黑色的碳。例如將濃硫酸滴在方糖上,白色的糖逐漸轉成黑色。
C6H12O6 → 6 C + 6 H2O
稀釋硫酸
硫酸溶於水放出大量熱,可使水沸騰,因此稀釋硫酸時應將濃硫酸沿杯壁緩慢倒入水中,同時不斷攪拌,切不可將水倒入硫酸中,這樣會導致水因為密度小於濃硫酸浮在濃硫酸上,並且沸騰使得濃硫酸濺出傷人。
濃硫酸的氧化性質
稀硫酸具有酸的一般性質,能與鋅(Zn)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鎂(Mg)等活潑金屬反應,釋出氫氣(H2),但只有濃硫酸會與銅(Cu)產生反應。
濃硫酸是強氧化劑,在反應過程中,它被還原為二氧化硫(SO2),硫的氧化數由+6降至+4。
氧化金屬
熱的濃硫酸可以氧化大部分金屬。例如,它可與鋅和銅反應,生成二氧化硫氣體。
銅的氧化作用 半反應式:
Cu → Cu2+ + 2e-
濃硫酸的還原作用 半反應式:
SO42- + 2e- + 4H+ → SO2 + 2 H2O
2 SO42- + 2e- + 4H+ → SO42- + SO2 + 2 H2O
2 H2SO4 + 2e- → SO42- + SO2 + 2 H2O
把上述兩個半反應式合併,便得到濃硫酸與銅的氧化還原反應的平衡方程式:
Cu + 2 H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2 H2O
氧化非金屬
熱的濃硫酸可以氧化非金屬,例如碳和硫。
C + 2 H2SO4 → CO2 + 2 SO2 + 2 H2O
S + 2 H2SO4 → 3 SO2 + 2 H2O
在上述反應,碳和硫的氧化數由0升至+4。