硝酸

开放分类：化学化学品各种化学名称无机化学

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硝酸硝酸也是一种重要的强酸（五大强酸：盐酸、硫酸、硝酸、氢溴酸、氢碘酸），它的特点是具有强氧化性和腐蚀性。除了金和铂以外，其他金属都能被它溶解。 硝酸和硫酸一样由公元8世纪阿拉伯炼金术士阿布·穆萨·贾比尔·伊本·哈杨（Jabir ibn Hayyan）在干馏绿矾和硝石混合物时发现。雷雨中存在少量的硝酸。硝酸是平面分子，其中心原子N原子为sp2杂化。

纠错 编辑摘要 目录

• 1 概述
• 2 沿革
• 3 结构
• 4 化学性质
• 5 稀硝酸生产

• 1 概述
• 2 沿革
• 3 结构
• 4 化学性质
• 5 稀硝酸生产
• 6 浓硝酸生产
• 7 用途
• 8 贮存和运输
• 9 相关条目
• 10 参考资料

硝酸也是一种重要的强酸（五大强酸：盐酸、硫酸、硝酸、氢溴酸、氢碘酸），它的特点是具有强氧化性和腐蚀性。除了金和铂以外，其他金属都能被它溶解。 硝酸和硫酸一样由公元8世纪阿拉伯炼金术士阿布·穆萨·贾比尔·伊本·哈杨（Jabir ibn Hayyan）在干馏绿矾和硝石混合物时发现。雷雨中存在少量的硝酸。硝酸是平面分子，其中心原子N原子为sp2杂化。

硝酸 - 概述

硝酸【中文名称】硝酸
【别名】硝镪水
【英文名称】Nitric acid
【结构或分子式】 HNO3
【相对分子量或原子量】63.01
【CAS号】7697-37-2
【密度】1.51 g/cm³
【熔点】-42℃(231 K)
【沸点】83 °C (356 K) (纯酸)(68%aq沸点是120.5°C)
【性状】无水纯硝酸是无色发烟液体，易分解出二氧化氮，因而呈红棕色。一般商品带有微黄色，发烟硝酸是红褐色液体。具有刺激性。
【溶解性】易溶于水
【分子偶极距】2.17±0.02D
【酸酐】五氧化二氮 N2O5

硝酸 - 沿革

硝酸早在17世纪中叶，德国人J.R.格劳贝尔用硝石和浓硫酸作用制得硝酸，反应式为：

NaNO₃+H₂SO₄─→HNO₃+NaHSO₄

1895年，英国人J.W.S.瑞利将空气通过电弧,使氮和氧在高温下直接化合成一氧化氮,再进一步加工成硝酸。1903年,挪威建成世界第一座电弧法生产硝酸的工厂(1905年投产）。此法生产过程简单,原料取之不尽,但耗电过多，每吨硝酸能耗为50.4GJ。1939年，美国威斯康星大学采用热法固定空气中的氮，也因能耗大而未工业化。1908年，德国建成以氨为原料的日产3t硝酸的工厂。1913年，合成氨法诞生，氨产量迅速增大。由于从氨制硝酸成本低，氨成为硝酸生产的主要原料(见合成氨工业发展史)。

硝酸 - 结构

硝酸硝酸是平面分子，其中心原子N原子为sp2杂化。由于羟基上的氢原子与另外一个氧原子形成了氢键，分子才呈平面结构，而且N的三根键长都不相同。N原子垂直于分子平面的一个p轨道是满的，它与未连接H的两个氧原子上的p轨道共轭，形成大π键。分子内氢键也是硝酸沸点较低的原因。

硝酸去掉一个氢原子的结构是硝酸根，一般带一个负电荷（硝酸根离子）。硝酸根具有对称的平面等边三角形结构，4个原子形成大π键，多出来的1个电子在离域π键里。
硝酸去掉一个羟基的结构是硝基-NO2。硝基的正离子叫硝酰正离子。

硝酸 - 化学性质

硝酸硝酸作为氮的最高价(+5)水化物，具有很强的酸性，一般情况下认为硝酸的水溶液是完全电离的。硝酸可以与醇发生酯化反应，如硝化甘油的制备。只有在与浓硫酸混合时，硝酸才能产生大量NO2+，这是硝化反应能进行的本质。
HNO3 + H2O → H3O+ + NO3- （水中）
HO-NO2 + 2H2SO4 → NO2+ + 2HSO4- + H3O+ （浓硫酸中）

硝酸的水溶液无论浓稀均具强氧化性及腐蚀性，溶液越浓其氧化性越强。硝酸在光照条件下分解成水、NO2和O2，因此硝酸一定要盛放在棕色瓶中，并置于阴凉处保存。硝酸能溶解许多种金属（可以溶解银），生成盐、水、氮氧化物。随着溶液浓度的减小，其还原产物逐渐由高价向低价过渡，从最浓到最稀可生成NO2、 NO、N2O、N2、NH4NO3。还原产物一般是混合物，金属与浓硝酸反应多生成NO2，与稀硝酸反应下生成如NO等较低价化合物，只有很稀的冷硝酸才会与金属镁、锰及钙反应生成氢气，其他金属在一般情况下不会与硝酸反应生成氢气。

硝酸铁等金属遇冷的浓硝酸可以发生钝化现象，只在表面形成一层致密的氧化膜，不会完全反应掉。浓硝酸和浓盐酸的物质的量按1:3混合，即为王水，能溶解金等稳定金属。
硝酸盐大多易热分解，生成氧气、氮氧化物、金属氧化物（也能生成硝酸盐或金属单质，视金属的稳定性而定）。硝酸铵(NH4NO3)加热或撞击分解生成一氧化二氮和水。因此被用于国防工业及工程上（硝酸钾就是黑火药的成分之一）。

硝酸具有强氧化性,在常温下能与除金、铂、钛以外的所有金属反应,生成相应的硝酸盐,无论是浓硝酸还是稀硝酸在常温下都能与铜发生反应,这是盐酸与硫酸无法达到的.但浓硝酸在常温下会与铁、铝发生钝化反应,使金属表面生成一层致密的氧化物薄膜,阻止硝酸继续氧化金属,浓硝酸与金属反应,一部分硝酸分子被还原为二氧化氮;稀硝酸与金属反应,一部分硝酸分子会被还原为一氧化氮.同时生成的还原氢再次被氮元素氧化成水.而另一部分硝酸分子将被氧化的金属酸化生成硝酸盐和水.注意，当被氧化物的电位势与硝酸还原成二氧化氮的电位势相近或高于时硝酸无论浓稀一律生成一氧化氮。（如果能反应的话）

硝酸与金属反应的特点：（1）硝酸与金属反应时，一般没有H2产生；因为它氧化能力极强，会先将金属氧化,自身还原为NO、NO2,再与金属氧化物反应成盐。（2）与Cu,Ag等不活泼金属反应时，浓硝酸的还原产物为NO2，稀硝酸的还原产物为NO；（3）活泼金属与稀硝酸反应时可将稀硝酸还原为N2O N2 NH3等；（4）常温下，Fe,Al，Be在浓硝酸中钝化. 补充：浓硝酸与浓盐酸以体积之比为1：3的比例混合可产生能溶解铂和金的强酸------王水 65%以上浓硝酸和非金属反应会生成相应的酸和二氧化氮，如 S+2HNO3（浓）====H2SO4+NO2↑ P+3HNO3（浓）====H3PO4+NO2↑ 其所生成酸的浓度可由摩尔体积查得：65%硝酸为14.57mol/L 对应生成硫酸浓度约为81.63%

硝酸硝酸与氨作用生成硝酸铵，它也是一种化肥，含氮量比硫酸铵高，对于各种土壤都有较高的肥效。硝酸铵在气候比较潮湿时容易结块，使用时不太方便。有些人看到硝酸铵结块后，就用铁锤来砸碎，这是万万做不得的事情。因为硝酸铵受到冲击就可能发生爆炸。

溅于皮肤能引起烧伤，并染成黄色斑点。一般带微黄色。发烟硝酸是红褐色液体，在空气中猛烈发烟并吸收水分。不稳定，遇光或热分解放出二氧化氮。其水溶液具有导电性。浓硝酸是强氧化剂，能使铝钝化。与许多金属能剧烈反应。浓硝酸和有机物、木屑等相混能引起燃烧。腐蚀性很强，能灼伤皮肤，也能损害粘膜和呼吸道。与蛋白质接触，即生成一种鲜明的黄蛋白酸黄色物质。硝酸是无机化学工业中三大强酸之一，具有酸类的通性。

炸药和硝酸有密切的关系。最早出现的炸药是黑火药，它的成分中含有硝酸钠（或硝酸钾）。后来，由棉花与浓硝酸和浓硫酸发生反应，生成的硝酸纤维素是比黑火药强得多的炸药。

硝酸 - 稀硝酸生产

硝酸稀硝酸是以氨为原料进行生产的。
生产步骤：分为氨的接触氧化和氧化氮吸收两步。
①氨的接触氧化　在催化剂存在和一定温度下氨与空气中的氧作用生成一氧化氮，反应式为：

4NH₃+5O₂─→4NO+6H₂O+226kJ

此反应十分迅速。催化剂有以铂为主体的铂铑网（见金属催化剂）和以铁、钴的氧化物为主体的非铂催化剂(见金属氧化物催化剂),工业上广泛采用的是铂铑网。反应温度为800～900°C，氨氧化率可达95％～98％，混合气中氨含量为9.5％～12％(体积),若氨含量达到爆炸极限（16％～25％体积）将引起爆炸。

②氧化氮的吸收　先将一氧化氮氧化成二氧化氮，反应式为：

2NO+O₂─→2NO₂+57kJ

此反应与通常的化学反应不同，温度越高，反应速度越慢。然后用水吸收二氧化氮生成硝酸，反应式为：

反应中放出的一氧化氮返回吸收过程，再氧化成二氧化氮。这是体积缩小、放热的可逆反应，故增加压力和降低温度对反应有利。由于该反应受化学平衡限制，在通常的氧化氮气体浓度时，只能获得稀硝酸。常压吸收下的浓度不超过50％HNO₃，加压吸收下的浓度不超过70％HNO₃。

吸收后的气体中还残留有氧化氮，含量多少取决于操作压力和温度。为了防止污染环境，有些国家规定氧化氮排放浓度为200～300ppm。80年代,工业生产上有两种尾气处理方法。①溶液吸收法：采用较早，以碳酸钠、氢氧化钠等碱性物质或硫酸亚铁等盐类的水溶液作吸收剂，流程简单，易于操作，但难以将氧化氮含量降到200ppm以下,故仅适用于尾气中氧化氮含量较高的常压吸收流程。②催化还原法：有催化剂存在时利用氨、甲烷等使氧化氮还原为氮和水，此法不能回收氧化氮，但装置紧凑，操作方便，可以将尾气中氧化氮含量降到200ppm以下。

硝酸生产流程设备图生产流程
根据氨氧化和氧化氮吸收两部分的压力不同，稀硝酸生产流程分为三种类型：　①常压法，全部过程在常压下操作。特点是：氨氧化率高，铂催化剂损失较低，设备结构简单；但吸收塔容积大，成品硝酸浓度较低，尾气中氧化氮排放浓度较高。②全压法，全部过程在加压下操作,因采用压力不同分为中压（250～500kPa）和高压（710～1420kPa）两种流程。特点是：氧化氮吸收率高、成品硝酸浓度高、吸收塔容积小、能量回收率高；但加压下氨氧化率稍低、铂催化剂损失较多。③综合法，氨氧化和氧化氮吸收分别在常压和压力下操作，具有常压法和全压法的优点。近年来，新建的大型硝酸生产装置大多采用双加压硝酸流程。这种流程氨氧化在360～560kPa（绝对压力）下操作，氧化氮吸收在850～1550kPa（绝对压力）下操作。氨气、空气分别经过滤处理，在混合器中均匀混合,于800°C左右氧化温度下从上而下通过氨氧化器（俗称氧化炉，的铂网进行反应。出氨氧化器的高温氧化氮气体经回收热能和冷却,由氧化氮压缩机加压到吸收压力，冷却后进入吸收塔，被水吸收制得稀硝酸。因酸中有氧化氮溶解，故在漂白塔中用空气将氧化氮吹出,即得成品硝酸。吸收塔出口的尾气经过透平膨胀机回收能量后放空。合成氨装置的大型化和高浓度复合肥料的迅速增长，促进了稀硝酸生产技术的发展，其方向是提高操作压力、提高成品硝酸浓度、降低尾气中氧化氮浓度、充分回收能量，以求自给以及扩大生产规模。80年代中期最大的单系列硝酸装置为日产1500t(以100％HNO₂计)。

硝酸 - 浓硝酸生产

浓硝酸硝酸与水混合，在硝酸浓度为68.4％时形成共沸混合物（称共沸酸），故浓硝酸不能由稀硝酸简单蒸馏制得。工业上生产浓硝酸有三种方法：①间接浓缩法，利用脱水剂萃取蒸馏稀硝酸,此法基于脱水剂与水的结合力大于硝酸与水结合力的原理，当硝酸-水-脱水剂三元混合物沸腾时，液面上的蒸汽分压降低,硝酸蒸气分压增加，从而制得浓硝酸。常用的脱水剂有硝酸镁、浓硫酸。②直接合成法，于1932年开发，在一定温度和压力下，液态四氧化二氮和氧气、水直接反应。反应式为：

2N₂O₄+2H₂O+O₂─→4HNO₃+59kJ

此法包括氨的氧化、氧化氮氧化产物的冷凝和硝酸合成三个步骤。与制取稀硝酸一样，都是以氨为原料，但有两点主要区别：一是除去多余的水，由生成硝酸的总反应式可知：

NH₃+2O₂─→HNO₃+H₂O

只需将氨氧化反应生成水的 2/3除去，即可制得浓硝酸；二是需要制备液态四氧化二氮，先利用氧化氮气体中的氧将一氧化氮氧化成二氧化氮，残余的再用浓硝酸氧化，反应式为：

2HNO₃+NO─→3NO₂+H₂O

然后在 -10°C下二氧化氮叠合并被冷凝成四氧化二氮。③超共沸酸的蒸馏，此法包括氨的氧化、超共沸酸的制取和直接蒸馏等步骤。

硝酸 - 用途

硝酸硝酸是在工业上和实验室中都很常用的一种酸。
作为硝酸盐和硝酸酯的必需原料，硝酸被用来制取一系列硝酸盐类氮肥，如硝酸铵、硝酸钾等；也用来制取硝酸酯类或含硝基的炸药，如三硝基甲苯（TNT）、硝化甘油。
由于它同时具有氧化性和酸性，硝酸也被用来精炼金属：即先把不纯的金属氧化成硝酸盐，排除杂质后再还原。硝酸能使铁钝化而不致继续被腐蚀。可供制氮肥、王水、硝酸盐、硝化甘油、硝化纤维素、硝基苯、梯恩梯、苦味酸等把甘油放在浓硝酸和浓硫酸中，生成硝化甘油。这是一种无色或黄色的透明油状液体，是一种很不稳定的物质，受到撞击会发生分解，产生高温，同时生成大量气体。气体体积骤然膨胀，产生猛烈爆炸。所以硝化甘油是一种烈性炸药。
军事上用得比较多的是梯恩梯（英文TNT的译音）炸药。它是由甲苯与浓硝酸和浓硫酸反应制得的，是一种黄色片状物，具有爆炸威力大、药性稳定、吸湿性小等优点，常用做炮弹、手榴弹、地雷和鱼雷等的炸药，也可用于采矿等爆破作业。

硝酸 - 贮存和运输

贮存稀硝酸通常采用立式不锈钢制贮槽，浓硝酸贮槽多为卧式铝制容器。贮槽设置在室内或车间附近的露天场所，但要防止日光曝晒，以免引起浓硝酸分解，影响成品等级。硝酸通常利用公路、铁路运输，容量少的用玻璃瓶装好,再装在木箱或金属罐内，外面需有危险品标记。
 

硝酸 - 相关条目

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硝酸 - 参考资料