硝酸

　　化學式HNO₃。一元強酸。重要的工業三酸之一，也是實驗室常用的試劑。

　　物理性質　常溫、常壓下，純硝酸是無色透明的油狀液體，沸點83℃，熔點−41.6℃，密度1.55克/釐米³。在低於凝固點溫度時穩定，高於此溫度或見光、受熱時均會緩慢分解：

4HNO ₃ 筄  4NO ₂+O ₂+2H ₂ O 因生成 NO ₂使硝酸略帶黃色，所以硝酸應在陰涼處避光保存。市售硝酸濃度為15.8摩/升(含 HNO ₃68%～70%)，密度1.42克/厘米 ³。

　　硝酸能以任何比例溶解於水，形成硝酸水溶液。溶有過量NO₂（含HNO₃86%～97.5%）的濃硝酸呈棕黃色，在空氣中猛烈發煙並吸收水分，稱發煙硝酸。有多種硝酸水合物，如HNO₃·3H₂O，熔點−18℃；HNO₃·H₂O，熔點−38℃。

　　化學性質　硝酸具有氧化性，尤其是濃硝酸的氧化性更強，能將硫、磷等非金屬單質氧化為硫酸和磷酸。

　　除不活潑金屬，如金、鉑、鉭、銠、銥外，硝酸能和所有金屬反應，因金屬活潑性不同，反應類型有：①Fe、Cr、Al遇冷濃硝酸時，金屬表面會生成致密的氧化物保護膜，阻止金屬進一步被氧化；②Sn、As、Sb、Mo、W等和濃硝酸反應，生成水合氧化物或含氧酸，如SnO₂·2H₂O、H₃AsO₄等；③其他金屬和濃硝酸反應均生成硝酸鹽。

　　硝酸作為氧化劑，其還原產物與硝酸濃度有關，濃硝酸的還原產物主要是NO₂；中等濃度硝酸的還原產物主要是NO；低濃度時，硝酸的還原產物主要是N₂O，甚至被活潑金屬還原為NH₄⁺。硝酸在水溶液中雖完全電離成H⁺和NO₃^-，但由於其氧化性，一般情況下，金屬不能從硝酸中置換出氫氣。

　　硝酸與芳香族化合物作用，能制備硝基(─NO₂)衍生物。

　　硝酸具有強腐蝕性，動物或植物纖維遇硝酸即遭破壞；皮膚接觸到硝酸，輕者變黃，重者被灼傷。

　　制法　工業上制硝酸均采用氨和空氣或氧氣，通過鉑、銠絲制成的網作為催化劑，在一定溫度下，將氨氧化成氧化氮，進一步再氧化成二氧化氮，然後用水吸收，生成硝酸。反應分三步進行：①氨催化氧化：

4NH ₃+5O ₂ 筄  4NO+6H ₂O　Δ H＝ −904kJ/mol 在工業生產中，約有97%的原料氨轉化成NO，此外還有些副反應，為避免副反應的發生，關鍵是控制反應溫度、氣體成分、氣體流速等。②氧化氮氧化： 2NO+O ₂ 􀀖  2NO ₂　Δ H＝ −114.0kJ/ mol 降低溫度、提高壓力有利於反應向生成 NO ₂方向進行。③二氧化氮的吸收：　 3NO ₂+H ₂O 􀀖  2HNO ₃+NO　Δ H＝ −135.6kJ/mol 用水吸收二氧化氮時，隻有2/3生成硝酸，其餘1/3又生成瞭氧化氮，它又重新被氧化，再與水反應。經過上述過程，生產的硝酸濃度約為50%～70%，稱之為 稀硝酸。

　　濃硝酸不能用稀硝酸簡單蒸餾得到，因為HNO₃-H₂O體系在120.5℃形成共沸混合物，其硝酸濃度為68.4%，這也是用蒸餾法得到的最高濃度的硝酸。工業上制備濃硝酸的方法：①直接合成法。用液體四氧化二氮、水和氧氣在較高壓力、一定溫度條件下反應而成，反應式如下：

2N ₂O ₄+2H ₂O+O ₂ 􀀖  4HNO ₃　Δ H＝ −78.83kJ/ mol ②間接濃縮法。利用脫水劑 萃取精餾稀硝酸，此法基於脫水劑與水的結合力大於硝酸與水結合力的原理。常用的脫水劑有硝酸鎂、濃硫酸。當硝酸–水–脫水劑三元混合物沸騰時，液面上蒸氣分壓降低，硝酸蒸氣分壓增加，從而制得濃硝酸。③聯產法。將稀硝酸和濃硝酸在一套裝置內聯合生產，其特點是將中壓法生產稀硝酸技術與傳統的直接合成法生產濃硝酸的工藝結合起來。

　　應用　硝酸是重要化工原料，在酸類生產中，產量僅次於硫酸。硝酸用途廣泛，主要有：①生產化肥，如生產硝酸銨和硝酸磷肥。硝酸銨含氮量34%～35%，比一般氮肥高出一倍。②制備硝酸鹽，硝酸和金屬反應可制備硝酸鹽，如Cu(NO₃)₂、Mg(NO₃)₂、LiNO₃、Rb(NO₃)等。③有機合成原料，苯、蒽、萘及其他芳香族化合物與硝酸進行硝化反應，制取有機化工原料，如硝酸和硫酸的混合酸（30%HNO₃、60%H₂SO₄、10%H₂O組成混酸）與苯反應，生成硝基苯，再加氫還原生成苯胺，它是合成染料、醫藥、農藥的中間體。④制備草酸，用硝酸和丙烯、乙二醇或乙烯反應可制得；另外用硝酸和農作物的廢料，如玉米芯、甘蔗渣、谷殼、花生殼等作用，也可制得。⑤合成香料，硝酸與二甲苯反應制得二甲苯麝香，它具有柔和的麝香氣味，廣泛用於調配化妝品、皂用及室內用香料。⑥軍火工業，濃硝酸可分別將甲苯、苯酚和烏洛托品硝化，制成TNT、苦味酸、黑索今等烈性炸藥。⑦精制提取核燃料，如钚是重要的核燃料，在精制過程中，先將钚轉化為Pu(NO₃)₄溶液，再進行萃取分離。此外硝酸還用於化學試劑及有色金屬酸洗等。

　　安全　硝酸具較強的腐蝕性，接觸到皮膚會引起嚴重燒傷。當空氣中含有低濃度的氮氧化物或硝酸蒸氣時會刺激呼吸道黏膜，引起咳嗽等癥狀；高濃度時引起頭痛、胸悶、強烈咳嗽，嚴重者會出現肺氣腫。因此對工作場所空氣中NO₂的濃度要嚴加限制，中國規定空氣中NO₂的允許濃度為0.085毫克/米³，美國規定為0.1毫克/米³，德國規定為0.08毫克/米³。

　　盡管硝酸不燃燒，但因它是強氧化劑，與金屬粉末、有機物質等發生反應而引起燃燒或爆炸，是非常危險的。

　　不慎被硝酸灼傷皮膚，應立即用大量清水或小蘇打水清洗，嚴重者應送醫院醫治。