关于“硝酸”的常见问题

硝酸合成与第一次世界大战

　　谁都知道，火药是中国古代四大发明之一，但诺贝尔发明的却是威力更大、更安全的黄色炸药。在诺贝尔之前，曾有一位名叫舍恩贝恩的德国化学教授，一天晚上，他在家中的炉旁加热硝酸和硫酸时，不慎打碎了瓶子。教授惟恐夫人回来见怪，忙乱中赶紧用一件挂在墙上的棉布围裙去擦地板，然后用水洗净放在炉边烘烤。突然一声巨响，围裙爆炸似地发出一阵闪光后烧掉了。教授重复做了几次试验，证实了浸有硝酸的棉花会在高温下发生爆炸。终于在无意中发明了后来称之为硝棉的爆炸物。不久后，一位名叫索帕里奥的意大利人发明了硝化甘油炸药，但由于它的易爆性而无法实际使用。接着又出现了一种硝酸含量少，能产生薄膜，用于止血的硝棉胶。诺贝尔就是在这些发明的基础上，开始了他黄色炸药（TNT）的研究工作。

　　1873年诺贝尔一直在研究易爆的硝棉炸药的安全包装问题。有一天他不慎割破了手指，血流得很多，他用当时盛行的止血剂硝棉胶来止血。因为伤口很深，他痛得无法入睡，就在这时，他突然产生一个念头：既然硝棉胶可以止血，为什么不能用它来包装硝棉呢？第二天清晨穿着睡衣的诺贝尔验证了他的设想。这一成功，增加了硝棉的安全性。但它仍不够安全，因此诺贝尔急欲寻找一种更为安全的炸药。

　　有一天诺贝尔往容器中灌装硝化甘油时，不慎打翻了容器，硝化甘油流入了地里。诺贝尔惊奇地发现，土壤能吸入三倍体积的硝化甘油，而且吸收后，无论是捶它或烧它，都不会发生爆炸，只有用引爆的方法才能使它爆炸。这次无意中的发明正是我们目前还在使用的黄色炸药，也就是这次发明给他带来了巨大利润，从而建立了著名的诺贝尔奖金。

　　玻尔是丹麦物理学家、诺贝尔奖章获得者。第二次世界大战期间，由于德军即将占领丹麦，玻尔被迫要离开自己的祖国。他坚信以后一定能返回祖国，决定把心爱的诺贝尔奖章留下。为了不使奖章落入德军手中，他把奖章溶解在一种溶液中，并存放在瓶子里。丹麦被德军占领后，纳粹分子闯进玻尔家中，连奖章的影子也没发现。战后，玻尔从溶液中提取出金，又重新铸成了奖章。

　　玻尔是用什么溶液使金质奖章溶解的呢？这种溶液就是王水。王水的氧化性比硝酸强，可以使金溶解。这位伟大的科学家不仅用他的知识和智慧保住了奖章，还用他那蔑视敌人、热爱祖国的精神，鼓舞着后人

硝酸与金属的反应相当复杂.硝酸的还原产物,除取决于硝酸的浓度还原剂的还原能力外,还与反应温度和反应中间产物有关,反应虽复杂,但仍有规律可寻.

1.在金属活动性顺序中,位于氢后面的金属如铜、汞、银等,跟浓硝酸反应时,主要得到二氧化氮,跟稀硝酸反应时,主要得到一氧化氮.

2.铁、钴、镍、铝等金属跟浓硝酸在常温下不起反应.这是由于浓硝酸使金属钝化,在金属表面覆盖一层致密的金属氧化物薄膜,阻止反应的进一步发生.这些金属与稀硝酸作用主要生成一氧化二氮,这是由于它们的还原性较强,能将硝酸还原成较低价的一氧化二氮.如与更稀的硝酸反应则生成氨,钴在同样条件下则生成氮气.

3.镁、锌等金属跟不同浓度的硝酸作用能得到氮的不同低价态的还原产物.如:当硝酸的质量分数为9%-33%时,反应按下式进行:

4.金、铂等重金属跟浓稀硝酸都不反应,因为它们特别稳定,不易被氧化.

5.锡、钨、钒等金属跟浓硝酸反应,生成金属氧化物,而不是硝酸盐(因为这些金属氧化物不溶于硝酸,反应不再继续发生).

    常以总铁量（mg/L）来表示水中铁的含量。测定时可以用硫氰酸钾比色法。

    Fe3+ + 3SCN－ = Fe(SCN)3 （红色）  

1．准备有关试剂

（1）配制硫酸铁铵标准液

    称取0.863 4 g分析纯的NH4Fe(SO4)2·12H2O溶于盛在锥形瓶中的50 mL蒸馏水中，加入20 mL 98％的浓硫酸，振荡混匀后加热，片刻后逐滴加入0.2 mol·L－1的KMnO4溶液，每加1滴都充分振荡混匀，直至溶液呈微红色为止。将溶液注入l000mL的容量瓶，加入蒸馏水稀释至l000mL。此溶液含铁量为0.1 mg/mL。

    （2）配制硫氰酸钾溶液

    称取50g分析纯的硫氰酸钾晶体，溶于50 mL蒸馏水中，过滤后备用。

    （3）配制硝酸溶液

    取密度为 1.42 g/cm3 的化学纯的硝酸191 mL慢慢加入200 mL蒸馏水中，边加边搅拌，然后用容量瓶稀释至500 mL。

2．配制标准比色液

    取六支同规格的50 mL比色管，分别加入0.1 mL、0.2 mL、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL硫酸铁铵标准液，加蒸馏水稀释至40 mL后再加5 mL硝酸溶液和1滴2 mol·L－1 KMnO4溶液，稀释至50 mL，最后加入l mL硫氰酸钾溶液混匀，放在比色架上作比色用。

3．测定水样的含铁总量

    取水样40 mL装入洁净的锥形瓶中，加入5 mL硝酸溶液并加热煮沸数分钟。冷却后倾入与标准比色液所用相同规格的比色管中，用蒸馏水稀释至50 mL处，最后加入1mL硫氰酸钾溶液，混匀后与上列比色管比色，得出结果后用下式进行计算并得到结论。

   式中“相当的硫酸铁铵标准液量”指的是配制标准比色液时所用的硫酸铁铵标准液的体积。

铜与稀硝酸反应的演示实验

【实验原理】

    稀硝酸和铜的反应：3Cu+8HNO3（稀）== 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

                      2NO+O2 == 2NO2

                      3NO2+H2O == 2HNO3+NO

【实验步骤及现象】

    一氧化氮是一种无色气体，因此从实验现象上难以直观地看到无色的一氧化氮生成。但由于一氧化氮极易与空气中的氧气化合生成红棕色的二氧化氮，故设计以下装置：

    （A）在直径为l.5 cm～2 cm，长约15 cm的粗玻璃管两端配上插有细玻璃管的单孔胶塞。一端细玻璃管上连接一段短胶皮管和止水夹。在粗玻璃管中部放置一个打有若干小孔的胶塞片（厚度2 mm～3 mm），在胶塞片上放若干块铜片。取下另一端胶塞，加入1:4的稀硝酸至管口附近。塞上单孔塞（此时粗玻璃管中不应留有空气）。将玻璃管倒立，固定在铁架台上，下面放一只小烧杯。随着反应的进行，产生的无色气体逐渐将管内的溶液排出，铜片与硝酸分离时，反应自动停止。管的上端为无色的一氧化氮，烧杯内为蓝色溶液。

   （B）打开上端的止水夹使空气进入，可观察到气体颜色发生变化（一氧化氮被氧化），管内的液面上升，说明二氧化氮易溶于水.

       
铜与稀硝酸的反应演示实验装置

注：此实验不仅可以观察铜与稀硝酸反应生成NO，同时也可说明NO和NO2的一些性质。

王水为什么能溶解金和铂

    王水是由浓硝酸与浓盐酸按物质的量比1:3混合而成的。

    HNO3+3HCl==2H2O+Cl2+NOCl

   王水中含有硝酸、氯气和氯化亚硝酰等一系列强氧化剂，同时还有高浓度的氯离子，王水的氧化能力比硝酸强，一些不溶于硝酸的金属如金、铂等能被王水溶解，王水因此被称为“水”中之王。王水溶解金和铂的反应方程式如下：

    Au+HNO3+4HCl==H[AuCl4]+NO+2H2O

    3Pt+4HNO3＋18HCl＝3H2[PtCl6]+4NO+8H2O

硝酸合成与第一次世界大战

   硝酸不仅是工农业生产的重要化工原料，而且也是制造炸药的重要战争物资。
    当初制造硝酸 的方法是普通硝石法，即是硝石与硫酸反应，来制取硝酸的。但是硝石的贮量有限，因此硝酸的产量刀受到限制。早在1913年之前，人们发现德国有屐世界大战的可能，便开始限制德国进口硝石。这样理以为世界会太平无事了。1914年德国终于发动了第一次世界大战，人们又错误地估计，战争顶多只会打半年，原因是德国的硝酸不足，火药生产受到了限制，由于人们的种种错误分析，使得第一次世界大战蔓延开来，战争打了四个多年头，造成了极大的灾难，夺去了人们无数的生命财产。德国为什么能坚持这么久的战争呢？是什么力量在支持着它呢？这就是化学，德国人早就对合成硝酸进行了研究。
    1908年，德国化学家哈柏首先在实验室用氢和氮气在600℃200大气压下合成了氨，产率虽只有2％，这也是一项重大的突破。后由布什提高了产率，完成了工业化设计、建立了年产1000吨氨的生产装置、用氨氧化法可生产3000吨，硝酸，利用这些硝酸可制造3500吨烈性炸药TNT。这项工作已在大战前的1913年便完成了。这就揭开了第一次世界大战中的一个谜

    王水是由浓硝酸与浓盐酸按物质的量比1:3混合而成的。

        HNO3+3HCl==2H2O+Cl2+NOCl

    王水中含有硝酸、氯气和氯化亚硝酰等一系列强氧化剂，同时还有高浓度的氯离子，王水的氧化能力比硝酸强，一些不溶于硝酸的金属如金、铂等能被王水溶解，王水因此被称为“水”中之王。王水溶解金和铂的反应方程式如下：

        Au+HNO3+4HCl==H[AuCl4]+NO+2H2O

        3Pt+4HNO3＋18HCl＝3H2[PtCl6]+4NO+8H2O

　

模拟雷雨天气放电生成微量硝酸

amolCu跟含bmolHNO3的溶液恰好完全反应，则被还原的HNO3的物质的量一定是(    )

A.(b-2a)mol

B.b/4mol               

C.2a/3mol           

D.2amol

本题参考答案：A

某单质跟浓硝酸反应时，每0.5mol单质反应就消耗2mol硝酸，则单质氧化后可能的化合价是(    )

A.+1价             B.+2

C.+3价             D.+4价

本题参考答案：BD

将0.6mol硫化亚铜跟硝酸反应，生成硝酸铜、一氧化氮、硫和水，在参加反应的硝酸中，未被还原的硝酸是              摩尔.

本题参考答案：2.4mol

下图所示装置是某种气体x的发生装置和收集装置(必要时可加热)，所用的试剂从下列试剂中选取2～3种：硫化亚铁、二氧化锰、铜屑、氯化铵、稀硝酸、浓盐酸、蒸馏水.

请回答下列问题：

(1)气体x的化学式是              .

(2)所选药品a是              ，b是              ，装置B的作用是                                                .

(3)用所选的药品发生反应生成x时，离子方程式是                           .

(4)在反应刚开始时A中的主要现象是                                       .

本题参考答案：(1)NO  (2)稀HNO3；铜屑；蒸馏水，洗去NO2  (3)Cu+8H++2NO3- 3Cu2+2NO↑+4H2O  (4)铜屑溶解，溶液为浅蓝色，有气泡产生，瓶内上方出现红棕色气体.

某金属单质跟一定浓度的硝酸反应，假定只产生单一的还原产物。当参加反应硝酸的物质的量之比为2:1时，还原产物是

(A)         (B)NO    

 (C)          (D)

分析：金属的化合价也是未知数，可设为+n，那么硝酸得电子数即为2n。讨论：当n=1时，氮被还原至+3价，得 ；当n=2时，氮被还原至+1价，得 ；当n=3时，氮被还原至-1价（较少见，如 ）；当n=4时，氮被还原至-3价，即

解答：C

评注：当金属参与反应而化合价不明时，可设出，讨论最多至+4价。

38.4mg铜跟足量的浓硝酸反应，铜全部作用后，共收集到气体22.4mL（标准状况），反应消耗的HNO3的物质的量可能是

分析：最初收集到的气体是 ，随着反应的进行， 浓度下降，有可能收集到NO，看来计算难度很大，但 和NO每个分子中均仅含1个N原子，根据22.4mL可求出转变为气体也即被还原的

解答：C

评注：对于反应受浓度影响的情况，象本题及浓 参与的一些反应，要考虑该试剂的量是否“足量”，若“足量”则不计浓度变化因素，若“一定量”或“适量”则必须考虑浓度变化产生的影响。

用下列仪器、药品验证由铜和适量浓硝酸反应产生的气体中含NO（仪器可选择使用，N2和O2的用量可自由控制）。已知：① ，

②气体液化温度： ， NO：-152℃ ，试回答：

(1)仪器的连接顺序（按左→右连接，填各接口的编号）为          ；

(2)反应前先通入 ，目的是          ；

(3)确认气体中含NO的现象是            ；

(4)装置F的作用是                  ；

(5)如果 过量则装置B中发生反应的化学方程式为：             ；

分析：要想达到实验目的：验证有NO存在，就必须排除一切干扰。干扰因素有：①NO在验证前被氧化，②NO不是Cu与 反应生成的，而是Cu与 反应生成的 遇水后得到的。排除第一个干扰就是要除去 ，常用的操作是通惰性气体驱除或用灼烧铜网吸收，本题选用了前者。排除第二种干扰就要避开水分，所以制出的气体应先干燥（通过浓 ），将NO（可能有）和 分离的措施也不可用水溶试剂，故选用了所谓的液化法。最后的氮氧化物则一定要除去，以保护环境。

解答：（1）1、5、4、10、11、6、7、2、（10和11可调换）。

（2）驱赶装置中空气，防止反应产生的NO被氧化

（3）通入 后装置D中有红棕色气体生成

（4）分离NO和 （或使 液化）

（5） 

将铁屑溶于过量盐酸后，再加入下列物质，会有三价铁生成的是(  )

(A)硫酸        (B)氯水

(C)硝酸锌      (D)氯化铜

解答：BC

评注：在离子共存问题中，切记：如果是酸性溶液： 不与 、 、 、 、 等共存。

为了测定某铜银合金的成分，将30.0g合金溶于80mL13.5mol·L-1的浓 中，待合金完全溶解后，收集到6.72L气体(标准状况)，并测得溶液pH=0。假设反应后溶液的体积仍为80mL，试计算：

(1)被还原的硝酸的质量

(2)合金中银的质量分数(提示：  )

分析：本题涉及混合物(铜银合金)各成分均参与化学反应，本身计算难度较大。另外，浓 的量为“有限量”，必须随反应的消耗变为稀 ，这是一部分考生所忽视的，反应条件的改变加大了试题的难度。如果按一般思维，应写出四个化学方程式，相当繁琐，可用守恒法（生成气体无论是 还是NO，均与被还原 等物质的量）。

设合金中Ag、Cu的物质的量分别为x、y，依据质量组成，有

消耗硝酸应为未被还原硝酸与被还原硝酸之和，未被还原的硝酸最后以

。

某试剂厂用银（含杂质铜）和硝酸（含杂质 ）反应制 的步骤如下：

依据上述步骤，完成下列填空：

（１）溶解银的硝酸应该用_________硝酸（填浓或稀）原因是_________。

（ａ）减少过程中产生 的量

（ｂ）减少原料银的消耗量

（ｃ）节省硝酸的物质的量

（２）步骤Ｂ加热保温的作用是_________。

（ａ）有利于加快反应速度

（ｂ）有利于加快反应的硝酸的挥发

（ｃ）有利于硝酸充分反应，降低溶液中

（３）步骤Ｃ是为了除去 、 等杂质，冲稀静置时发生的化学反应是_________。

（ａ）置换反应        （b）水解反应           

（c）氧化还原反应

[ 、 ]

分析：本题属较新颖的“老”题。从试题本身来看，考查了银和 反应的情况，属老知识，从形式上看，切入点涉及到工业生产中成本或环境的考虑，又涉及了生产效率（速率），所以有相当的新意。至于第（3）步用排除法即可。

解答：（1）稀、a c             （2）a c   （3）b 。