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硝酸和硝酸鹽的檢驗法及用途


化學家 / 2018-05-16

    1.物理性質(zhì)純硝酸是一種易揮發(fā)、有刺激性氣味的液體,能以任何比率溶解于水.它在86C時沸騰,沸騰時有部分硝酸分解.常用的濃硝酸的濃度大約是65%.濃度為98%的硝酸在空氣里有“發(fā)煙”的現(xiàn)象,所以叫做發(fā)煙硝酸.這是因為硝酸里放出的硝酸蒸氣與空氣中水蒸氣相遇,生成了極微小的硝酸液滴的緣故。

    2.化學性質(zhì)硝酸是一種強酸,在稀水溶液里能完全電離出氫離子,具有酸類的通性.例如能使藍色石蕊試紙變紅:能跟堿性氧化物、堿類和鹽類起反應(yīng),如:

2H++CUO=CU+++H2O

H++OH-=H2O

2H++CO3--=H2CO3

               →H2O+CO2↑

     此外,硝酸還具有如下一些性質(zhì):

     (1)不穩(wěn)定性:純硝酸或濃硝酸很不穩(wěn)定,在常溫下見光就會分解成氮的氧化物、水和氧氣,如受熱分解得更快:

4HNO3=(見光或受熱)=2H2O+4NO2↑+O2↑

分解生成的棕色的二氧化氮氣體溶解在溶液里,使溶液常呈黃色.因此為了防止硝酸的分解,必須把硝酸盛在棕色瓶里,并且放在黑暗而溫度較低的地方。

硝酸鹽檢驗試紙    (2)氧化反應(yīng):硝酸是一種強氧化劑,它能氧化許多非金屬,有時氧化很劇烈甚至引起燃燒.例如把一小塊燃燒得紅熱的炭

放入熱的發(fā)煙硝酸里(圖57),炭就會被硝酸氧化,使燃燒更加劇烈,并發(fā)出明亮的光來.它們的反應(yīng)是:

4HNO3=加熱=2H2O+4NO2↑+O2↑

        C+02=CO2↑

把二個方程式合并,消去中間產(chǎn)物氧氣,就得到總的反應(yīng)式

C+4HNO3=加熱=2H2O+4NO2↑+CO2↑

    硝酸也能氧化多種有機物.例如在紙上滴一滴硝酸,紙張立刻會受到氧化而焦化.如果衣服或皮膚上濺著硝酸,也同樣會受到破壞或灼傷.所以使用硝酸(特別是濃硝圖5·7炭在濃硝酸里燃燒酸)的時候要特別小心.萬一硝酸濺在皮膚上或衣服上時,就應(yīng)該立刻用大量的水沖洗.

    (3)眼金屬的反應(yīng):硝酸也能眼絕大多數(shù)的金屬(金、銷等少數(shù)金屬除外)起反應(yīng),金屬被硝酸氧化生成金屬氧化物,接著又進一步跟未分解的硝酸起反應(yīng)生成硝酸鹽鹽,同時硝酸本身被還原生成氮的氧化物.因此硝酸跟金屬反應(yīng)后的生前物是硝酸鹽、水和氮的氧化物(一般是一氧化氮氣體或者二氧化氮氣體)の.即使最活動的金屬跟硝酸反應(yīng)的時候,也沒有氫氣放出來,因為游離出來的氫氣被硝酸氧化而成水了。

    例如,濃硝酸跟銅反應(yīng),就把銅氧化成氧化銅而本身還原成二氧化氮:

2HNO3(濃)+Cu=CuO+2NO2↑+H2O

生成的氧化銅,又立刻跟硝酸反應(yīng),生成硝酸銅和水:

Cuo+2HNO3=Cu(NO3)2+H20

把上述二個化學方程式合并,消去中間產(chǎn)物CuO,就得到下式:

Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2H2O+2NO2↑

    在實驗室里,我們就是利用這個反應(yīng)來制制取二氧化氮的。

    稀硝酸也能跟銅反應(yīng),使銅氧化成氧化銅,接著生成硝酸銅,但硝酸本身被還原成一氧化氮這個反應(yīng)要在加熱的情況下進行.反應(yīng)的化學方程式如下:

 

2HNO3(稀)+3Cu=加熱=3CuO+H2O+2NO↑

3cu0+6HNO3 =3cu(NO3)2+3H2O

總的化學方程式是

3Cu+8HNO3(稀)=加熱=3Cu(NO3)2+4H2O+2NO↑

    在實驗室里,我們就利用這個反應(yīng)來制取一氧化氮的。

    如果在1體積的硝酸里加入3體積的鹽酸,這個混和溶液的氧化能力將更加強烈.因為它們互相反應(yīng)后的生成物具有比硝酸更強的氧化作用,所以能腐蝕并溶解那些不能被普通酸溶解的金屬,如金與銷.這種混和液叫做“王水”。

 


①在個別的情況下,還會生成銨鹽,究竟生成什么,是與硝酸的濃度和金屬的活動性有關(guān)的。

 


    硝酸的實驗室制法  硝酸的沸點較低,因此,當硝酸鹽和高沸點的酸,如硫酸共熱時,硝酸就會揮發(fā)出來,實驗室里就一

是利用這個原理來制取硝酸的,一般常用硝酸鈉和濃硫酸裝在曲頸甑(音曾)里混和加熱:生成的硝酸蒸氣冷凝后即制得硝酸(圖5.8)。

NaNO3+H2SO4(濃)=加熱- NAHSO4+HNO3↑

    這個方法和以前講過的(§1·4)在實驗室里制鹽酸的方法原理相同,但由于硝酸具有強氧化性,制取時就不能用象制取鹽酸時所用的那種配有軟木塞或橡皮塞的圓底燒瓶,因為反應(yīng)時生成的硝酸蒸氣會腐蝕軟木塞或橡皮塞.所以我們常用一個全部由玻璃制成的儀器叫做曲頸甑,曲頸甑的頸口特別長,可以代替冷凝器,使硝酸蒸氣冷卻并凝結(jié)成液滴,加熱的溫度不宣大高。否則生成的硝酸將會分解。

   硝酸鹽  由硝酸根離子(NO3)和金屬離子結(jié)合麗就的離子化合物,統(tǒng)稱硝酸鹽.絕大部分硝酸鹽都可金屬硝酸直接反應(yīng)而制得.硝酸鹽是實驗室里常用的試劑,它都易溶于水,并能精制成純凈的晶體.在自然界里存在的、數(shù)量較多而有較大經(jīng)濟意義的硝酸鹽有硝酸鈉(NaNO3)、硝酸鉀(KNO3)和硝酸鈣[Ca(NO3)2]等幾種。

    硝酸鹽在高溫下都不穩(wěn)定,象濃硝酸一樣,加熱能多分解解放出氧氣氣,所以高溫下硝酸鹽是強氧化劑.但它們的水溶液幾乎沒有氧化性。

    硝酸鹽的加熱分解規(guī)律不是完全一樣的,例如硝酸鉀的分解是:

2KNO3=加熱=2KNO2+O2↑

產(chǎn)物是氧氣和亞硝酸鉀(KNO2),它是亞硝酸( IINO2)的一種鹽.又如硝酸銅的分解是:

2Cu(NO3)2=加熱=2Cu0+4NO2↑+O2↑

產(chǎn)物除氧氣外,沒有亞硝酸鹽而是氧化銅和二氧化氮.這二個反應(yīng)可以代表二類硝酸鹽的加熱分解的規(guī)律:最活動的金屬(如鈉,鉀等)的硝酸鹽加熱分解生成亞硝酸鹽和氧氣;其余大部分比較不活動的金屬(如銅,鉛等)的硝酸鹽加熟分解均生成金屬氧化物,二氧化氮和氧氣。

    硝酸和硝酸鹽的檢驗法  在上一節(jié)里我們知道,濃硝酸眼銅加熱反應(yīng),會生成棕色的二氧化氮氣體、這是其他常用酸類所沒有的現(xiàn)象,因此,我們可以利用這個反應(yīng)來檢別硝酸。

    同時,硝酸鹽跟濃硫酸加熱反應(yīng)能生成硝酸,如果數(shù)量較多,當遇到銅時,自然也會產(chǎn)生棕色的二氧化氮氣體:因此,上述反應(yīng)可作為間接檢驗一種鹽是否是硝酸鹽的根據(jù).如以硝酸鈉為例,反應(yīng)的化學方程式是:

NaNO3+HI2SO4(濃)=加熱=NAHSO4+HNO3

3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+4H2O+2NO↑

2NO+O2(空氣)=2NO2(棕色)

 

所以,檢驗硝酸鹽,可把固體試樣放在試管里,加入少許濃硫酸,再加幾片銅片,然后加熱.如果有棕色氣體產(chǎn)生,就可證明這固體試樣是一種硝酸鹽.

    但是,這個檢驗法對數(shù)量多的固體試祥比較正確,對少量或溶液試樣,因二氧化氮溶于水,看不到棕色氣體放出,有時就不夠正確。

    硝酸和硝酸鹽的用途  硝酸和以前學過的硫酸、鹽酸稱為化學基本工業(yè)的三強酸,有著極為廣泛的用途.它是制造多種炸藥的必要原料,也可用來制造染料、塑料和多種藥劑等.硝酸與氨反應(yīng)生成的硝酸銨,是含氮量很高的氮肥;所以,它對發(fā)展國民經(jīng)濟增強國防力量都有著重要意義.

    硝酸鹽也有很多用途,除上面曾經(jīng)提到的用作試劑和制造硝酸外,在工農(nóng)業(yè)上的用途主要有二方面,就是制造炸藥和用作肥料.

    我國最早發(fā)明的黑火藥就是用硝酸鉀、硫黃、木炭的粉末混和而成的,它的成分大致是75%的KNO3、10%的S和15%的C.黑火藥燃燒反應(yīng)是非常復雜的,大致說來,利用硝酸鉀加熱后的強氧化性,它劇烈氧化易然的硫和碳,生成氣態(tài)物質(zhì)如CO2NY2等和固態(tài)物質(zhì)如KSO,K2CO3,K2S等,反應(yīng)高速進行同時產(chǎn)生大量熱量,使反應(yīng)的氣態(tài)產(chǎn)物的體積驟然膨脹,幾乎達到原來火藥體積的200倍,于是就發(fā)生爆炸現(xiàn)象固態(tài)物質(zhì)質(zhì)的微細顆粒分散在氣體中,就形成了濃厚的黑煙,黑火藥現(xiàn)在大都用在爆炸礦藏、隧道以及制造煙火等方面。

    硝酸銨是一種更不穩(wěn)定的硝酸鹽,所以現(xiàn)在也廣泛用它來制造爆炸物,“阿芒拿”就是由硝酸銨和鋁粉等各種可燃性物質(zhì)混和而成的爆炸物物,用于軍事和工業(yè)的爆炸作業(yè)硝酸鹽是最易被植物吸收的含氮無機物,所以是很好的氮肥,常用的有NaNO3、KNO3、Ca(NO3)2和NH4NO3等.

 


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