一、硝酸的性質
1、硝酸的物理性質
硝酸是無色、易揮發、有刺激性氣味的液體。
2、硝酸的化學性質
不穩定性:
濃硝酸見光或受熱易分解,生成的二氧化氮溶解在硝酸中,所以長期存放的濃硝酸往往呈黃色。
實驗室常將濃硝酸保存在棕色試劑瓶(細口瓶)中,并放置在陰涼處。
思考:一瓶變黃色的濃硝酸,怎樣除去其中溶解的二氧化氮。
可以通入適量的氧氣或空氣。
酸性:
硝酸是一種一元強酸,具有酸的通性。能使石蕊顯紅色,但濃硝酸會使之變紅色后褪色。
強氧化性:
實驗:濃硝酸、稀硝酸與銅的反應
操作過程:在橡膠塞的側面挖一個凹槽,嵌入一根下端繞成螺旋狀的銅絲。取兩只具支試管,分別加入2mL濃硝酸和稀硝酸,用橡膠塞塞緊試管口,將玻璃導管伸入NaOH溶液中除去產生的有毒氣體。將銅絲往下插入與硝酸接觸,觀察現象。然后將銅絲往上提,終止反應。
實驗現象及分析:
稀硝酸中銅絲逐漸變細,反應逐漸加快,有氣泡產生,氣體在試管上部變為淺紅棕色,溶液變藍色。
濃硝酸中反應劇烈,銅絲逐漸變細,產生大量紅棕色氣體,溶液變綠色。取少量綠色溶液,加入適量水后變藍色。
稀硝酸、濃硝酸都能與銅反應,濃硝酸反應更快;稀硝酸產生的氣體接觸空氣后變紅棕色,說明生成的是一氧化氮,濃硝酸中直接產生紅棕色的氣體,說明生成的是二氧化氮;稀硝酸反應后溶液是藍色,說明生成了硝酸銅,濃硝酸反應后溶液是綠色,加水處理后變藍色,說明也生成了硝酸銅(二氧化氮溶解使溶液顯綠色)。
分析反應中元素化合價的升降,硝酸均表現出了強氧化性。稀硝酸的還原產物是一氧化氮,濃硝酸的還原產物是二氧化氮。硝酸同時表現出酸性。
思考:
(1)稀硝酸和濃硝酸的氧化性的本質是什么?誰的氧化性更強?
它們的氧化性都是 5價氮元素的強氧化性。
濃硝酸的還原產物一般是 4價的二氧化氮,稀硝酸的還原產物一般是 2價的一氧化氮,這并不能說明稀硝酸的氧化性更強,事實是濃硝酸的反應更劇烈,說明濃硝酸的氧化性更強,一般硝酸越濃氧化性越強。
(2)將過量的銅加入一定量的濃硝酸中充分反應后,金屬銅有剩余,推測反應過程中產生的氣體可能有哪些?反應停止后,再加入少量的稀硫酸,金屬銅能不能溶解。
反應開始劇烈,生成紅棕色的氣體,隨著反應的進行,硝酸變稀,產生的氣體由紅棕色的氣體逐漸變無色,溶液也逐漸變藍色。生成的氣體是二氧化氮和一氧化氮的混合氣。
加入少量稀硫酸后,稀硫酸可提供氫離子,與溶液中的硝酸根離子繼續與銅反應產生無色氣體。
(3)實驗中NaOH溶液的作用是什么?
處理產生的氮氧化物,防止其污染環境。
(4)如果將銅換成鋅(Zn)、鋁(Al)、鐵(Fe)、銀(Ag)、鉑(Pt)、金(Au)等金屬,分別與濃硝酸和稀硝酸反應情況怎樣。
絕大部分金屬都能溶于硝酸,發生類似的反應,如Zn、Ag等。
鐵、鋁在與濃硝酸反應時,會在表面氧化生成一層致密的氧化膜,阻止酸與內部的金屬進一步反應,金屬發生鈍化。濃硫酸也有相同的作用,工業上可用鐵或鋁制的容器盛裝濃硫酸、濃硝酸。但如果加熱或加水稀釋,鈍化作用會消失。
以Fe為例,并注意Fe是變價金屬:
Pt、Au等金屬很不活潑,不溶于硝酸,但可溶于王水。將濃硝酸與濃鹽酸按體積比1:3混合,可得到王水。
(5)硝酸能不能與C、S等非金屬單質反應。
非金屬碳、硫、磷等均可被濃硝酸氧化。
常見的一些還原性物質,如-2和 4價S、 2價Fe、-1價I等,均能被硝酸氧化。
二、硝酸的工業制法
硝酸是重要的化工原料,用于制化肥、農藥、染料等。
工業制硝酸的流程原理如圖:
三、酸雨及防治
1、二氧化硫和氮氧化物的來源
二氧化硫:煤、石油等化石燃料和某些金屬礦物的燃燒或冶煉。
氮氧化物:機動車發動機工作時,氮氣與氧氣反應生成一氧化氮。
它們均是有毒的氣體,會引起呼吸道疾病,危害人體健康,嚴重時會使人死亡。
2、酸雨的形成
二氧化硫、氮氧化物以及它們在大氣中發生反應后的生成物溶于雨水形成酸雨。正常雨水由于溶解了CO2,其pH約為5.6,而酸雨的pH<5.6。可用pH計測量雨水的pH。
3、酸雨的危害
酸雨的危害很大,能直接損傷農作物,破壞森林和草原,使土壤、湖泊酸化,加速建筑物、橋梁、工業設備、運輸工具和電纜的腐蝕。
(4)酸雨的防治
二氧化硫和二氧化氮都是有用的化工原料,在它們排放之前將其回收處理,轉化成有用的物質。
鈣基固硫法:將生石灰和含硫的煤混合燃燒,S元素轉化為硫酸鈣。
用堿性物質吸收:回收同時得到有用的副產品。
催化轉化法:利用它們的氧化性,將它們轉化成無毒的物質。
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