一、硝酸的性質(zhì)
1、硝酸的物理性質(zhì)
硝酸是無(wú)色、易揮發(fā)、有刺激性氣味的液體。
2、硝酸的化學(xué)性質(zhì)
不穩(wěn)定性:
濃硝酸見(jiàn)光或受熱易分解,生成的二氧化氮溶解在硝酸中,所以長(zhǎng)期存放的濃硝酸往往呈黃色。
實(shí)驗(yàn)室常將濃硝酸保存在棕色試劑瓶(細(xì)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(qiáng)酸,具有酸的通性。能使石蕊顯紅色,但濃硝酸會(huì)使之變紅色后褪色。
強(qiáng)氧化性:
實(shí)驗(yàn):濃硝酸、稀硝酸與銅的反應(yīng)
操作過(guò)程:在橡膠塞的側(cè)面挖一個(gè)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(dǎo)管伸入NaOH溶液中除去產(chǎn)生的有毒氣體。將銅絲往下插入與硝酸接觸,觀察現(xiàn)象。然后將銅絲往上提,終止反應(yīng)。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析:
稀硝酸中銅絲逐漸變細(xì),反應(yīng)逐漸加快,有氣泡產(chǎn)生,氣體在試管上部變?yōu)闇\紅棕色,溶液變藍(lán)色。
濃硝酸中反應(yīng)劇烈,銅絲逐漸變細(xì),產(chǎn)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(lán)色。
稀硝酸、濃硝酸都能與銅反應(yīng),濃硝酸反應(yīng)更快;稀硝酸產(chǎn)生的氣體接觸空氣后變紅棕色,說(shuō)明生成的是一氧化氮,濃硝酸中直接產(chǎn)生紅棕色的氣體,說(shuō)明生成的是二氧化氮;稀硝酸反應(yīng)后溶液是藍(lán)色,說(shuō)明生成了硝酸銅,濃硝酸反應(yīng)后溶液是綠色,加水處理后變藍(lán)色,說(shuō)明也生成了硝酸銅(二氧化氮溶解使溶液顯綠色)。
分析反應(yīng)中元素化合價(jià)的升降,硝酸均表現(xiàn)出了強(qiáng)氧化性。稀硝酸的還原產(chǎn)物是一氧化氮,濃硝酸的還原產(chǎn)物是二氧化氮。硝酸同時(shí)表現(xiàn)出酸性。
思考:
(1)稀硝酸和濃硝酸的氧化性的本質(zhì)是什么?誰(shuí)的氧化性更強(qiáng)?
它們的氧化性都是 5價(jià)氮元素的強(qiáng)氧化性。
濃硝酸的還原產(chǎn)物一般是 4價(jià)的二氧化氮,稀硝酸的還原產(chǎn)物一般是 2價(jià)的一氧化氮,這并不能說(shuō)明稀硝酸的氧化性更強(qiáng),事實(shí)是濃硝酸的反應(yīng)更劇烈,說(shuō)明濃硝酸的氧化性更強(qiáng),一般硝酸越濃氧化性越強(qiáng)。
(2)將過(guò)量的銅加入一定量的濃硝酸中充分反應(yīng)后,金屬銅有剩余,推測(cè)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體可能有哪些?反應(yīng)停止后,再加入少量的稀硫酸,金屬銅能不能溶解。
反應(yīng)開(kāi)始劇烈,生成紅棕色的氣體,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,硝酸變稀,產(chǎn)生的氣體由紅棕色的氣體逐漸變無(wú)色,溶液也逐漸變藍(lán)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(xù)與銅反應(yīng)產(chǎn)生無(wú)色氣體。
(3)實(shí)驗(yàn)中NaOH溶液的作用是什么?
處理產(chǎn)生的氮氧化物,防止其污染環(huán)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(yīng)情況怎樣。
絕大部分金屬都能溶于硝酸,發(fā)生類似的反應(yīng),如Zn、Ag等。
鐵、鋁在與濃硝酸反應(yīng)時(shí),會(huì)在表面氧化生成一層致密的氧化膜,阻止酸與內(nèi)部的金屬進(jìn)一步反應(yīng),金屬發(fā)生鈍化。濃硫酸也有相同的作用,工業(yè)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(huì)消失。
以Fe為例,并注意Fe是變價(jià)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(zhì)反應(yīng)。
非金屬碳、硫、磷等均可被濃硝酸氧化。
常見(jiàn)的一些還原性物質(zhì),如-2和 4價(jià)S、 2價(jià)Fe、-1價(jià)I等,均能被硝酸氧化。
二、硝酸的工業(yè)制法
硝酸是重要的化工原料,用于制化肥、農(nóng)藥、染料等。
工業(yè)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(lái)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(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),氮?dú)?/span>與氧氣反應(yīng)生成一氧化氮。
它們均是有毒的氣體,會(huì)引起呼吸道疾病,危害人體健康,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使人死亡。
2、酸雨的形成
二氧化硫、氮氧化物以及它們?cè)诖髿庵邪l(fā)生反應(yīng)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??捎?span id="7qchfp8i" class="candidate-entity-word" data-gid="1091956">pH計(jì)測(cè)量雨水的pH。
3、酸雨的危害
酸雨的危害很大,能直接損傷農(nóng)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(yè)設(shè)備、運(yùn)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(zhuǎn)化成有用的物質(zhì)。
鈣基固硫法:將生石灰和含硫的煤混合燃燒,S元素轉(zhuǎn)化為硫酸鈣。
用堿性物質(zhì)吸收:回收同時(shí)得到有用的副產(chǎn)品。
催化轉(zhuǎn)化法:利用它們的氧化性,將它們轉(zhuǎn)化成無(wú)毒的物質(zhì)。
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