
一、硝酸的性质
1. 硝酸的物理特性
硝酸是一种无色、易挥发、具有刺激性气味的液体。
2. 硝酸的化学性质
不稳定性:
浓硝酸在光线或热量的作用下容易分解,产生的二氧化氮会溶解在硝酸中,导致长期存放的浓硝酸呈现。实验室通常会将浓硝酸保存在棕色的细口瓶中,并放置于阴凉处。若要除去其中溶解的二氧化氮,可以通过通入适量的氧气或空气的方法。
酸性:
硝酸是一种一元强酸,具有酸的通性。它能使石蕊试剂变红,但浓硝酸更会使其褪色。
强氧化性:
关于浓硝酸和稀硝酸与铜的反应实验,具体操作如下:在橡胶塞的侧面挖一个凹槽,嵌入一根下端绕成螺旋状的铜丝。取两只具支试管,分别加入2mL浓硝酸和稀硝酸,用橡胶塞密封试管口,并将玻璃导管通入NaOH溶液中,以去除产生的有毒气体。然后,将铜丝插入与硝酸接触,观察现象。
实验现象及分析:
稀硝酸中,铜丝逐渐变薄,反应逐渐加快,产生气泡,气体在试管上部变为浅红棕色,溶液变为蓝色。浓硝酸中,反应更剧烈,铜丝迅速变薄,产生大量红棕色气体,溶液变为绿色。分析反应中元素的化合价变化,无论稀硝酸还是浓硝酸,都表现出强氧化性。稀硝酸的还原产物是一氧化氮,而浓硝酸的还原产物是二氧化氮。硝酸也表现出酸性。
关于稀硝酸和浓硝酸的氧化性本质,它们的氧化性都源于+5价氮元素的强氧化性。浓硝酸的氧化性更强,因为其还原产物中的氮元素通常为+4价的二氧化氮。当使用过量的铜与浓硝酸反应时,产生的气体可能包括红棕色的二氧化氮和无色的一氧化氮,溶液逐渐变为蓝色。若再加入少量稀硫酸,金属铜仍不能溶解。
实验中NaOH溶液的作用是处理产生的氮氧化物,防止其污染环境。其他金属如锌、铝、铁、银等也能与硝酸发生类似反应,但铁和铝在浓硝酸中会钝化。非金属如碳、硫等也能被浓硝酸氧化。
二、硝酸的工业制备
硝酸在工业生产中具有重要地位,用于制造化肥、农和染料等。其工业制备流程涉及一系列化学反应。
三、酸雨及其防治
酸雨主要由二氧化硫和氮氧化物引起。这些有毒气体会导致呼吸道疾病,危害人类健康。酸雨的形成是这些气体在大气中发生反应后,其生成物溶于雨水所致。正常雨水的pH约为5.6,而酸雨的pH则小于5.6。
关于酸雨的防治,可以采取回收处理二氧化硫和二氧化氮的方法,将它们转化为有用的物质。例如,使用钙基固硫法将含硫煤与生石灰混合燃烧,使S元素转化为硫酸钙。还可以用碱性物质吸收这些气体,或者利用它们的氧化性进行催化转化法,将它们转化成无毒的物质。这样可以有效减少酸雨的形成,保护环境和人类健康。
