浅谈硝酸的氧化性

2015-03-26李慧

新课程·中旬 2015年1期

关键词：硝酸分析

李慧

摘要：众所周知，硝酸是一种强氧化性酸。除具有酸的通性外，氧化性是它最主要的特性，且随其浓度的增加，氧化性加强，故也称作一种强氧化剂。

关键词：硝酸；氧化性；分析

一、硝酸的不稳定性和贮存方法

实验一：把少量的浓硝酸（浓度69%）装入试管后加热。观察现象：有红棕色并有刺激性气味的气体产生。这种现象说明：硝酸不稳定，易分解。

纯净的硝酸或浓硝酸在正常温度下见光就会分解，受热时分解得更快。反应方程式为：

大量实验证明：硝酸越浓，就越容易分解。而分解放出的二氧化氮溶于硝酸使硝酸呈黄色。所以将硝酸盛在棕色瓶里，存放在低温、黑暗处，可防止硝酸分解。

二、硝酸与金属反应

1.硝酸的浓度与它的氧化能力

实验二：在两支放有铜片的试管里，分别加入浓度为69%的浓硝酸和浓度为16%的稀硝酸。

据科学资料介绍：上述反应中当硝酸的浓度为8摩/升以上时，还原的主要产物是NO2，而我们加入试管中的浓硝酸（69%）超过了8摩/升，所以有红棕色气体NO2生成。这是因为硝酸越浓，氧化性越强，反应过程中生成的低价氮的化合物在强的氧化气氛中不能存在，继续被氧化成了高价氮的氧化物NO2。在加入稀硝酸的试管中，稀硝酸的氧化性比较弱，氮的低价氧化物能够存在，所以主要产物是NO2。而该气体到试管口却变成了红棕色气体，原因是它与空气中的氧气发生了反应，生成了二氧化氮。

两者电位接近，所以在同一反应中，产生NO2和NO的机会相近，在溶液中能达到以下平衡：

3NO2+H2O？葑2HNO3+NO+138.1千焦

结合上述实验二，当浓硝酸跟铜反应时，最初可能生成一氧化氮，但由于硝酸浓度较大，使平衡强烈地向左移动，所以主要产物为二氧化氮；当稀硝酸与铜反应时，由于硝酸浓度小，平衡向右移动，主要产物是一氧化氮。

大量事实证明，在金属活动性顺序中，位于氢后的金属铜、汞、银等，跟浓硝酸反应时，主要得到二氧化氮；跟稀硝酸反应时，主要得到一氧化氮。所以说，当硝酸与铜、汞、银等金属反应时，浓硝酸比稀硝酸的氧化性强。

2.不同浓度的硝酸与镁、锌等金属的反应

实验三：在两支放有锌片的试管里分别加入浓度为30%的稀硝酸和5%的稀硝酸。

观察现象：前者有气体产生，后者没有。两者反应的方程式分别为：

这就说明：当活泼金属锌、镁等跟稀硝酸反应时，硝酸浓度HNO3不同，还原产物不同；前者有气体（NO2）产生，而后者则有铵盐生成。

铁与稀硝酸的反应与上述情况类似。上图示铁与不同浓度HNO3反应时的还原产物，从上图中可以看出，当其他条件一致时，如温度、还原剂一致时，在浓硝酸（密度为1.35）中，主要产物是NO2，随着HNO3浓度逐渐下降，产物NO2逐渐减少，而一氧化氮的相对含量逐渐增多。当密度是1.30时，主要产物是NO，其次是NO2及少量N2O；当密度是1.15时，NO与NH3的相对含量几乎相当；HNO3的密度为1.05时，NH3成为主要的产物。

实验四：在放有上述金属片的试管中分别加入浓度为80%的浓硝酸。

观察结果：无现象发生。

这说明Fe、CO、Ni、Al等金属遇到浓硝酸会产生钝化现象。是因为在常温下，浓硝酸跟这些金属接触，能够使金属表面生成一薄层致密的氧化物保护膜阻止内部金属继续跟硝酸反应。

Sn、Sb、W、V等金属跟浓硝酸作用，生成金属氧化物，而不是硝酸盐。因为这些金属氧化物不溶于硝酸反应不再继续发生，Au、Pt、Ir、Rb等金属跟浓、稀硝酸都不反应，因为它们特别的稳定，不易被氧化。

王水的组成和它的氧化性：浓硝酸和浓盐酸的混合物（物质的量之比为1：3）叫做王水，二者的反应为：

所以，王水中含有硝酸、氯气和氯化亚硝酰等一系列强氧化剂，同时，还有高浓度的氯离子。王水的氧化能力比硝酸强，一些不溶于硝酸的金属，如，铂、金都可以被王水溶解。反应的化学方程式如下：

金和铂不溶于单独的浓硝酸，而溶于王水，这是因为高浓度的氯离子与金属离子形成稳定的络离子，从而使金或铂的标准电位减少，有利于反应向金属溶解的方向进行。

由以上可以看出，凡有硝酸参与的反应都很复杂，往往同时生成多种还原产物，硝酸除了氧化性外，还有一种硝化性。

三、硝酸與非金属反应

浓硝酸不仅能与金属反应，而且还能与许多非金属反应。

实验五：把一块红热的木炭浸入发热的发烟硝酸里，实验装置见图B。

观察现象：木炭燃烧得更加剧烈，同时放出红棕色的二氧化氮（NO2）气体。反应的化学方程式如下：