浓硝酸与碳反应

2024-05-0801:30:28综合资讯0

硝酸

物理性质:

硝酸是一种无色、易挥发、具有刺激性气味的液体。

化学性质:
不稳定性:

浓硝酸在光照或受热情况下容易分解,生成二氧化氮,溶解在硝酸中。长期存放的浓硝酸通常呈现黄色。

实验室通常将浓硝酸保存在棕色试剂瓶(细口瓶)中,并放置在阴凉处。

思考:如何去除一瓶变黄色的浓硝酸中的二氧化氮?

通入适量的氧气或空气。

酸性:

硝酸是一种一元强酸,具有酸的通性。它能使石蕊变红,但浓硝酸则会使其变红后褪色。

强氧化性:

硝酸具有很强的氧化性。其氧化还原反应中,硝酸被还原,自身氧化态发生变化。常见还原性物质氧化产物有:NO2、NO、N2O4、N2O3等。

实验:浓硝酸、稀硝酸与铜的反应

操作过程:
1. 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。
2. 取两只具支试管,分别加入2mL浓硝酸和稀硝酸,用橡胶塞塞紧试管口,将玻璃导管伸入NaOH溶液中除去产生的有毒气体。
3. 将铜丝往下插入与硝酸接触,观察现象。然后将铜丝往上提,终止反应。
实验现象及分析:

稀硝酸中,铜丝逐渐变细,反应逐渐加快,有气泡产生。气体在试管上部变为浅红棕色,溶液变蓝色。

浓硝酸中,反应剧烈,铜丝逐渐变细,产生大量红棕色气体,溶液变绿色。取少量绿色溶液,加入适量水后变蓝色。

稀硝酸、浓硝酸都能与铜反应,浓硝酸反应更快。稀硝酸产生的气体接触空气后变红棕色,说明生成的是一氧化氮。浓硝酸中直接产生红棕色的气体,说明生成的是二氧化氮。稀硝酸反应后溶液是蓝色,说明生成了硝酸铜。浓硝酸反应后溶液是绿色,加水处理后变蓝色,说明也生成了硝酸铜(二氧化氮溶解使溶液显绿色)。

分析反应中元素化合价的升降:

硝酸均表现出了强氧化性。稀硝酸的还原产物是一氧化氮,浓硝酸的还原产物是二氧化氮。硝酸同时表现出酸性。

问题:

(1)稀硝酸和浓硝酸的氧化性的本质是什么?谁的氧化性更强?

它们的氧化性都是+5价氮元素的强氧化性。浓硝酸的还原产物一般是+4价的二氧化氮,稀硝酸的还原产物一般是+2价的一氧化氮。这并不说明稀硝酸的氧化性更强。事实是浓硝酸的反应更剧烈,说明浓硝酸的氧化性更强。一般硝酸越浓,氧化性越强。

(2)将过量的铜加入一定量的浓硝酸中充分反应后,金属铜有剩余。推测反应过程中产生的气体可能有哪些?反应停止后,再加入少量的稀硫酸,金属铜能不能溶解。

反应开始剧烈,生成红棕色的气体。随着反应的进行,硝酸变稀,产生的气体由红棕色的气体逐渐变无色,溶液也逐渐变蓝色。生成的气体是二氧化氮和一氧化氮的混合气。加入少量稀硫酸后,稀硫酸可提供氢离子,与溶液中的硝酸根离子继续与铜反应产生无色气体。

(3)实验中NaOH溶液的作用是什么?

处理产生的氮氧化物,防止其污染环境。

(4)如果将铜换成锌(Zn)、铝(Al)、铁(Fe)、银(Ag)、铂(Pt)、金(Au)等金属,分别与浓硝酸和稀硝酸反应情况怎样。

绝大部分金属都能溶于硝酸,发生类似的反应,如锌、银等。

铁和铝与浓硝酸反应时,在表面形成緻密的氧化膜,阻碍酸与金属内部的进一步反应,出现钝化现象。浓硫酸也有类似的功能,因此在工业上可使用铁或铝制容器盛装浓硫酸和浓硝酸。但当加热或添加水稀释后,钝化现象将消失。

以 Fe 为例,注意 Fe 为变价金属:

Pt、Au 等金属反应性较低,不溶于硝酸,但可溶于王水。混合浓硝酸和浓盐酸,体积比为 1:3,即可得到王水。

(5)硝酸是否能与非金属单质 C、S 等反应

非金属碳、硫、磷等均可被浓硝酸氧化。

无害化处理方法:

  • 碱性物质吸收法:通过吸收反应,将浓硝酸转化为无害的硝酸盐,同时回收有用的副产品。
  • 催化转化法:利用氧化剂的特性,将浓硝酸催化转化为无毒物质,从而实现无害化处理。