淺談硝酸的氧化性

李慧

摘 要：眾所周知，硝酸是一種強(qiáng)氧化性酸。除具有酸的通性外，氧化性是它最主要的特性，且隨其濃度的增加，氧化性加強(qiáng)，故也稱作一種強(qiáng)氧化劑。

關(guān)鍵詞：硝酸；氧化性；分析

一、硝酸的不穩(wěn)定性和貯存方法

實(shí)驗(yàn)一：把少量的濃硝酸（濃度69%）裝入試管后加熱。觀察現(xiàn)象：有紅棕色并有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生。這種現(xiàn)象說明：硝酸不穩(wěn)定，易分解。

純凈的硝酸或濃硝酸在正常溫度下見光就會分解，受熱時(shí)分解得更快。反應(yīng)方程式為：

大量實(shí)驗(yàn)證明：硝酸越濃，就越容易分解。而分解放出的二氧化氮溶于硝酸使硝酸呈黃色。所以將硝酸盛在棕色瓶里，存放在低溫、黑暗處，可防止硝酸分解。

二、硝酸與金屬反應(yīng)

1.硝酸的濃度與它的氧化能力

實(shí)驗(yàn)二：在兩支放有銅片的試管里，分別加入濃度為69%的濃硝酸和濃度為16%的稀硝酸。

據(jù)科學(xué)資料介紹：上述反應(yīng)中當(dāng)硝酸的濃度為8摩/升以上時(shí)，還原的主要產(chǎn)物是NO2，而我們加入試管中的濃硝酸（69%）超過了8摩/升，所以有紅棕色氣體NO2生成。這是因?yàn)橄跛嵩綕?，氧化性越?qiáng)，反應(yīng)過程中生成的低價(jià)氮的化合物在強(qiáng)的氧化氣氛中不能存在，繼續(xù)被氧化成了高價(jià)氮的氧化物NO2。在加入稀硝酸的試管中，稀硝酸的氧化性比較弱，氮的低價(jià)氧化物能夠存在，所以主要產(chǎn)物是NO2。而該氣體到試管口卻變成了紅棕色氣體，原因是它與空氣中的氧氣發(fā)生了反應(yīng)，生成了二氧化氮。

兩者電位接近，所以在同一反應(yīng)中，產(chǎn)生NO2和NO的機(jī)會相近，在溶液中能達(dá)到以下平衡：

3NO2+H2O？葑2HNO3+NO+138.1千焦

結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)二，當(dāng)濃硝酸跟銅反應(yīng)時(shí)，最初可能生成一氧化氮，但由于硝酸濃度較大，使平衡強(qiáng)烈地向左移動，所以主要產(chǎn)物為二氧化氮；當(dāng)稀硝酸與銅反應(yīng)時(shí)，由于硝酸濃度小，平衡向右移動，主要產(chǎn)物是一氧化氮。

大量事實(shí)證明，在金屬活動性順序中，位于氫后的金屬銅、汞、銀等，跟濃硝酸反應(yīng)時(shí)，主要得到二氧化氮；跟稀硝酸反應(yīng)時(shí)，主要得到一氧化氮。所以說，當(dāng)硝酸與銅、汞、銀等金屬反應(yīng)時(shí)，濃硝酸比稀硝酸的氧化性強(qiáng)。

2.不同濃度的硝酸與鎂、鋅等金屬的反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)三：在兩支放有鋅片的試管里分別加入濃度為30%的稀硝酸和5%的稀硝酸。

觀察現(xiàn)象：前者有氣體產(chǎn)生，后者沒有。兩者反應(yīng)的方程式分別為：

這就說明：當(dāng)活潑金屬鋅、鎂等跟稀硝酸反應(yīng)時(shí)，硝酸濃度HNO3不同，還原產(chǎn)物不同；前者有氣體（NO2）產(chǎn)生，而后者則有銨鹽生成。

鐵與稀硝酸的反應(yīng)與上述情況類似。上圖示鐵與不同濃度HNO3反應(yīng)時(shí)的還原產(chǎn)物，從上圖中可以看出，當(dāng)其他條件一致時(shí)，如溫度、還原劑一致時(shí)，在濃硝酸（密度為1.35）中，主要產(chǎn)物是NO2，隨著HNO3濃度逐漸下降，產(chǎn)物NO2逐漸減少，而一氧化氮的相對含量逐漸增多。當(dāng)密度是1.30時(shí)，主要產(chǎn)物是NO，其次是NO2及少量N2O；當(dāng)密度是1.15時(shí)，NO與NH3的相對含量幾乎相當(dāng)；HNO3的密度為1.05時(shí)，NH3成為主要的產(chǎn)物。

實(shí)驗(yàn)四：在放有上述金屬片的試管中分別加入濃度為80%的濃硝酸。

觀察結(jié)果：無現(xiàn)象發(fā)生。

這說明Fe、CO、Ni、Al等金屬遇到濃硝酸會產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象。是因?yàn)樵诔叵拢瑵庀跛岣@些金屬接觸，能夠使金屬表面生成一薄層致密的氧化物保護(hù)膜阻止內(nèi)部金屬繼續(xù)跟硝酸反應(yīng)。

Sn、Sb、W、V等金屬跟濃硝酸作用，生成金屬氧化物，而不是硝酸鹽。因?yàn)檫@些金屬氧化物不溶于硝酸反應(yīng)不再繼續(xù)發(fā)生，Au、Pt、Ir、Rb等金屬跟濃、稀硝酸都不反應(yīng)，因?yàn)樗鼈兲貏e的穩(wěn)定，不易被氧化。

王水的組成和它的氧化性：濃硝酸和濃鹽酸的混合物（物質(zhì)的量之比為1：3）叫做王水，二者的反應(yīng)為：

所以，王水中含有硝酸、氯氣和氯化亞硝酰等一系列強(qiáng)氧化劑，同時(shí)，還有高濃度的氯離子。王水的氧化能力比硝酸強(qiáng)，一些不溶于硝酸的金屬，如，鉑、金都可以被王水溶解。反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：

金和鉑不溶于單獨(dú)的濃硝酸，而溶于王水，這是因?yàn)楦邼舛鹊穆入x子與金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)離子，從而使金或鉑的標(biāo)準(zhǔn)電位減少，有利于反應(yīng)向金屬溶解的方向進(jìn)行。

由以上可以看出，凡有硝酸參與的反應(yīng)都很復(fù)雜，往往同時(shí)生成多種還原產(chǎn)物，硝酸除了氧化性外，還有一種硝化性。

三、硝酸與非金屬反應(yīng)

濃硝酸不僅能與金屬反應(yīng)，而且還能與許多非金屬反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)五：把一塊紅熱的木炭浸入發(fā)熱的發(fā)煙硝酸里，實(shí)驗(yàn)裝置見圖B。

觀察現(xiàn)象：木炭燃燒得更加劇烈，同時(shí)放出紅棕色的二氧化氮（NO2）氣體。反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：

該實(shí)驗(yàn)說明，硝酸還可以氧化非金屬。

四、濃硝酸與酸堿指示劑的反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)六：在分別盛有少量濃、稀硝酸的試管里，分別滴入幾滴紫色石蕊試液并加熱。

觀察現(xiàn)象：前者溶液先變成紅色，過一會紅色消失。后者溶液變成紅色，但不消失。

這是由于濃硝酸具有強(qiáng)氧化劑，而使紅色退去。反應(yīng)出濃硝酸比稀硝酸氧化性強(qiáng)。

五、濃硝酸與濃硫酸、濃鹽酸氧化性比較

實(shí)驗(yàn)七：在放有銅片的兩支試管里分別加入少量的濃硫酸和濃鹽酸。

觀察現(xiàn)象：無現(xiàn)象。分別加熱時(shí)，前者有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，將氣體通入品紅試液中，品紅試液褪色；而后者無現(xiàn)象。

前者反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

在實(shí)驗(yàn)二中我們看到，濃硝酸在常溫下就能與銅反應(yīng)，而濃硫酸只有在加熱的條件下才能與銅發(fā)生反應(yīng)。這充分說明：濃硝酸的氧化性比濃硫酸、濃鹽酸都強(qiáng)。

大量的實(shí)驗(yàn)和理論分析說明：硝酸是一種強(qiáng)氧化性酸，不僅具備了酸的通性，而且氧化性隨其濃度的增加而增強(qiáng)。濃硝酸比濃硫酸、濃鹽酸的氧化性都強(qiáng)。

編輯 薛直艷