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硝酸

硝酸

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详情介绍:

  硝酸是一种具有强氧化性、腐蚀性的强酸,属于一元无机强酸,是六大无机强酸之一,也是一种重要的化工原料。在工业上可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等;在有机化学中,浓硝酸与浓硫酸的混合液是重要的硝化试剂,其水溶液俗称硝镪水或氨氮水。所属的危险符号是O(Oxidizing agent 氧化剂)与C(Corrosive 腐蚀品)。硝酸的酸酐是五氧化二氮(N2O5)。

  化学性质
  不稳定性
  浓硝酸不稳定,遇光或热会分解而放出二氧化氮,分解产生的二氧化氮溶于硝酸,从而使外观带有浅黄色。但稀硝酸相对稳定。
  反应方程式:4HNO=光照=4NO↑+O2↑+2H2O
  4HNO=△=4NO↑+O2↑+2H2O
  酯化反应(强酸性)
  硝酸可以与醇发生酯化反应生成对应的硝酸酯,在机理上,硝酸参与的酯化反应过去被认为生成了碳正离子中间体,但许多文献将机理描述为费歇尔酯化 反应(Fischer esterification),即“酸脱羟基醇脱氢”与羧酸的酯化机理相同。
  硝酸在水溶液中能够完全电离,产生大量氢离子:

  硝酸作为氮元素的高价(+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。(实际上我们会使用浓硫酸,产生大量NO2),成本较低而且较容易处理,与其他更强的脱水剂,例如P4O10,也可以产生大量的硝酰阳离子,这是硝化反应能进行的本质。
  硝酸的酯化反应被用来生产硝化纤维,方程式见下:
  3nHNO3+ [C6H7O2(OH)3]n——→ [C6H7O2(O-NO2)3]n+ 3nH2O
  硝化甘油的制作,方程式见下:

  硝化反应
  浓硝酸或发烟硝酸与脱水剂(浓硫酸、五氧化二磷)混合可作为硝化试剂对一些化合物引发硝化反应,硝化反应属于亲电取代反应(electrophilic substitution),反应中的亲电试剂为硝鎓离子,脱水剂有利于硝鎓离子的产生。
  常见的硝化反应是苯的硝化:

  这种反应常被利用来生产2,4,6—三硝基甲苯(即TNT),方程式:

  氧化还原反应
  硝酸分子中氮元素为高价态(+5)因此硝酸具有强氧化性,其还原产物因硝酸浓度的不同而有变化,从总体上说,硝酸浓度越高,平均每分子硝酸得到的电子数越少,浓硝酸的还原产物主要为二氧化氮,稀硝酸主要为一氧化氮,更稀的硝酸可以被还原为一氧化二氮、氮气、硝酸铵等,需要指出的是,上述只是优势产物,实际上随着反应的进行,硝酸浓度逐渐降低,所有还原产物都可能出现。
  硝酸有关电势图见下:(标况 E/V)
  HNO3—0.798.9→NO2—1.08→HNO2—1.04→NO—1.582→N2O—1.77→N2—0.27→NH4+
  HNO3—0.97→NO
  HNO3—1.25→N2O
  HNO3—0.88→N2
  典型反应
  浓硝酸:

  稀硝酸:

  很稀硝酸:

  极稀硝酸:

  反应注意事项
  1、纯硝酸可以发生自偶电离:

  2、由于硝酸的强氧化性,所以不可以通过硝酸来制取氢气,氢离子刚从硝酸中置换出来为氢气,就被硝酸根离子氧化了。
  原理如右:

  (浓硝酸)

  (稀硝酸)
  3、硝酸的强氧化性不是来自硝酸根离子(硝酸根离子本身无氧化性),而是在酸性条件下的硝酸根离子才会有强氧化性。(例:在硝酸亚铁溶液中滴加盐酸,溶液颜色由绿变黄,滴加硫氰化钾溶液,溶液变为血红色。证明亚铁离子()被再一次氧化成铁离子()。
  4、硝酸的氧化性与其浓度成正比。稀硝酸与金属反应生成一氧化氮,浓硝酸与金属反应同样也会生成一氧化氮,但浓硝酸的氧化性比稀硝酸强,一氧化氮刚反应出来,就被硝酸根离子在氢离子存在的情况下氧化成二氧化氮。方程式如下:

  碘化氢与不同浓度的硝酸反应,把碘离子分别氧化成碘单质和碘酸根离子:

  (稀硝酸)

  (浓硝酸)

  毒理防范
  危险性
  与硝酸蒸气接触有很大危险性。硝酸溶液及硝酸蒸气对皮肤和粘膜有强刺激和腐蚀作用。浓硝酸烟雾可释放出五氧化二氮(硝酐)遇水蒸气形成酸雾,可迅速分解而形成二氧化氮,浓硝酸加热时产生硝酸蒸气,也可分解产生二氧化氮,吸入后可引起急性氮氧化物中毒。人在低于12ppm(30mg/m3)左右时未见明显的损害。吸入可引起肺炎。大鼠吸入LC50 49 ppm/4小时。国外报道3例吸入硝酸烟雾后短时间内无呼吸道症状。4-6h后进行性呼吸困难。入院后均有发绀及口、鼻流出泡沫液体。给机械通气及氧气吸入。在24h内死亡。经尸检,肺组织免疫组织学分析及电镜检查表明细胞损伤可能由于二氧化氮的水合作用产生自由基所引起的,此种时间依赖的作用可能是迟发性肺损伤症状的部分原因。 吸入硝酸烟雾可引起急性中毒。口服硝酸可引起腐蚀性口腔炎和胃肠炎,可出现休克或肾功能衰竭等。
  危险性类别:酸性腐蚀品、氧化剂、易制爆、强腐蚀(含量高于70%)/氧化剂(含量不超过70%)。
  侵入途径:吸入、食入。
  健康危害:吸入硝酸气雾产生呼吸道刺激作用,可引起急性肺水肿。口服引起腹部剧痛,严重者可有胃穿孔、腹膜炎、喉痉挛、肾损害、休克以及窒息。眼和皮肤接触引起灼伤。 慢性影响 长期接触可引起牙齿酸蚀症。
  环境危害:对环境有害。
  燃爆危险:助燃。与可燃物混合会发生爆炸。

  急救措
  皮肤接触:立即脱去污染的衣着,用大量流动清水冲洗20~30分钟。如有不适感,就医。
  眼睛接触:立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗10~15分钟。如有不适感,就医。
  吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。呼吸、心跳停止,立即进行心肺复苏术。就医。
  食入:用水漱口,给饮牛奶或蛋清。就医。
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