硝酸

硝酸（分子式：HNO3）是一种强酸，是三酸两碱其一，其水溶液俗称硝镪水。纯硝酸为无色液体，沸点83℃，味苦，在-42℃时凝结为无色晶体，与水混溶，有强氧化性和腐蚀性。其不同浓度水溶液性质有别，市售浓硝酸为共沸物，溶质质量分数为69.2%，一大气压下沸点为121.6℃，密度为1.42g·cm-3，约16mol·L-1，溶质重量百分比足够大（市售浓度最高为98%以上）的，称为发烟硝酸，硝酸是一种重要的化工原料。硝酸的酸酐是五氧化二氮（N2O5）。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·哈扬（Jabir ibn Hayyan）在干馏绿矾和硝石混合物时发现，也是一种化学肥料。 因为硝酸是在硝石中发现的, 所以含氧氮酸不叫氮酸,叫硝酸 ]雷雨时能产生少量的硝酸。打雷时放出的能量让空气中的N2和O2发生反应，产生NO：NO2和水反应产生硝酸和一氧化氮：有些海鞘（Ciona intestinalis）也能分泌硝酸御敌。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 Π 3 4 {displaystyle Pi _{3}^{4}} 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 4 6 {displaystyle Pi _{4}^{6}} 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。纯硝酸为无色、容易挥发的液体，沸点约为83℃，凝固点约为-42℃，密度为1.51g/ml。可以与水以任意比混溶。硝酸是二氧化氮溶于水生成的，但由于二氧化氮溶于水并不会完全水解成硝酸，会有少量的二氧化氮分子存在，因此硝酸水溶液呈淡黄色，也会挥发出棕红色的NO2。一般的浓硝酸指的是16mol/L的HNO3水溶液，密度为1.42g/ml。发烟硝酸70％硝酸纯硝酸可以发生自偶电离：2HNO3⇌H2O+NO2++NO3-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。（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，方程式如下：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（例如银），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。铁、铝、铬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、铂等稳定金属。硝酸盐大多易遇热分解，生成氧气、氮氧化物、金属氧化物（也可能生成亚硝酸盐等）。硝酸铵中的硝酸根与铵根，平均能量大于有其平均价数之一氧化二氮，在固态时发生均化反应（因为动力学原因，在溶液内不发生）(NH4NO3)即加热或撞击分解生成一氧化二氮和水，一般使用现代合成炸药引爆，威力与TNT相去不远，但成本极低。因此被用于国防工业及工程上而被誉为国防工业之母（主要制造硝基含能化合物（现代合成炸药）。硝酸钾就是黑火药的成分之一）。由于硝酸也属于强酸，所以可以和碱发生酸碱中和反应。HNO3+NaOH→NaNO3+H2O上为硝酸和氢氧化钠的复分解反应。工业上用二氧化氮与水混合制备硝酸：奥士华法4NH3(g)+5O2(g)→4NO(g)+6H2O(g)（铂铑催化）(ΔH=−905.2kJ)2NO(g)+O2(g)→2NO2(g) (ΔH=−114kJ/mol)3NO2(g)+H2O(l)→2HNO3(aq)+NO(g) (ΔH=−117kJ/mol)总式：NH3(g)+2O2(g)→H2O(l)+HNO3(aq)（铂铑催化）反复把生成的气体通入水中，即可得到较纯的硝酸。其原料二氧化氮是由氨氧化而得，因此硝酸工业与制氨工业密不可分。制造纯硝酸则是把浓硫酸与硝酸盐混合加热，反应式为：NaNO3+H2SO4→NaHSO4+HNO3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。硝酸不论浓稀溶液都有氧化性和腐蚀性，因此对人很危险，仅溅到皮肤上也会引起严重烧伤。皮肤接触硝酸后会慢慢变黄，最后变黄的表皮会起皮脱落（硝酸和蛋白质接触后，会导致黄蛋白反应而变性）。此外，浓硝酸需以深色玻璃瓶盛装，避免受到光照反应释出有毒的NO2。一般的酸与活泼金属反应，生成氢气：而硝酸与金属反应，不会生成氢气。 这是因为硝酸根（NO3-）的氧化性比氢离子（H+）强。浓硝酸（约16mol/L）与金属反应，主要生成红棕色的二氧化氮气体：稀硝酸（约6mol/L）与金属反应，主要生成一氧化氮气体：更稀的硝酸（约2mol/L以下）与金属反应，产物从一氧化二氮到氮气到铵根离子不等。普遍认为，硝酸与金属反应时，各还原产物（NO2、NO、N2O、N2、NH3）都可以生成。 但由于硝酸、水、氮氧化物、亚硝酸、连二次硝酸等物质间的多个平衡，不同浓度硝酸的还原产物有很大差异。极稀硝酸和活泼金属生成氢气的说法，没有得到证实。