超硝酸：修订间差异
新頁面: ==化学式及英文、别名== (HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub> Hypernitric acid 超硝镪水,超过氧亚硝酸 ==成分== H:1.59% N:22.23% O:76.18% ==理化常数及编号==... |
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H:1.59% N:22.23% O:76.18% | H:1.59% N:22.23% O:76.18% | ||
==理化常数及编号== | ==理化常数及编号== | ||
危规号：GW810020 M.I.30,66080 分子量：630.1 熔点：－41.59℃ 沸点：分解 密度：15.0269g/cm2 溶解度：混溶 分解热：25KJ/mol 标准摩尔生成焓：ΔHΘ=2.2×10^4KJ/mol 标准生成自由能：ΔGΘ=2.164×10^4KJ/mol 标准熵：SΘ=1.2×10^3KJ/mol 比热容：c=3.4×10^3J/(kg·K) 乙醇中溶解度：混溶 溶解热：ΔHsol=－2.37×10^4 电离热：－2.73×10^3KJ/mol 分解温度：65％浓度在101千帕下，37摄氏度时开始分解 标准电极电势：(NO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>(10-)+20H(+)+10e-== | 危规号：GW810020 M.I.30,66080 分子量：630.1 熔点：－41.59℃ 沸点：分解 密度：15.0269g/cm2 溶解度：混溶 分解热：25KJ/mol 标准摩尔生成焓：ΔHΘ=2.2×10^4KJ/mol 标准生成自由能：ΔGΘ=2.164×10^4KJ/mol 标准熵：SΘ=1.2×10^3KJ/mol 比热容：c=3.4×10^3J/(kg·K) 乙醇中溶解度：混溶 溶解热：ΔHsol=－2.37×10^4 电离热：－2.73×10^3KJ/mol 分解温度：65％浓度在101千帕下，37摄氏度时开始分解 标准电极电势：(NO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>(10-)+20H(+)+10e-==10NO<sub>2</sub>+10H20：EΘ=2.100 | ||
==性状== | ==性状== | ||
该品为无机化学强腐蚀性物品，纯品为无色液体，有刺激性酸味，极易吸收空气中水分，极易溶于水或乙醇并放出大量的热，其溶液呈极强的酸性，在夺取质子能力弱的溶剂如无水甲醇中，与其他超强酸相比，它的强度便显示出来，在《普通光学放大镜》①下，找不到未离解的(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>或HNO3分子，因此可以看作是：『真正的完全电离』，一个超硝酸分子可以完全电离出10个水合氢离子和10个硝酸根离子： | |||
:10H<sub>2</sub>O+(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>==10H3O(+)+10NO3- | |||
安提莫尼光谱②测得：无论其表观电离度，还是其有效电离度，只要在有足够溶剂分子存在下，它的电离度总是无限接近100％，0.1mol/L溶液pH=0。该品无色，易挥发，但因工业品中会混有大量的HNO3分子，而HNO3在(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>中极易分解，因此高浓度该品可能呈红棕色。一般商品纯超硝酸的浓度为96％～98％，商品浓超硝酸浓度为65％～68％，密度为11.62kg/L，还可在纯超硝酸中溶解N<sub>2</sub>O<sub>4</sub>或NO<sub>2</sub>，因挥发在空气中易形成酸雾，通常称其为发烟超硝酸，它比纯超硝酸具有更强的氧化性，可作火箭燃料的氧化剂。 | |||
超硝酸是一种超强酸，它除了具有酸的通性外，还有它本身的特性： | |||
*超硝酸的不稳定性：超硝酸不稳定，易分解。不仅超硝酸沸腾时分解，室温下见强光也会分解，受热时分解更快： | |||
:2(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>==20NO<sub>2</sub>↑＋5O2↑＋10H<sub>2</sub>O－280KJ | |||
:超硝酸越浓，越易分解，分解出的二氧化氮溶于超硝酸中使酸呈黄色。为防止超硝酸分解，常贮藏于内层镀钫③的棕色瓶中，低温暗处保存。 | |||
*超硝酸的氧化性：超硝酸是一种极强的氧化剂，无论浓、稀超硝酸均具有极强的氧化性，它能和所有金属和除氟、氧、氮及氦之外的所有非金属发生氧化还原反应，而且反应常常是很猛烈的，伴随着燃烧和爆炸。但由于超硝酸的氧化性和超硝酸根离子的配位性太强，导致金属钫在其中发生钝化，生成一种特别稳定的配合物： | |||
:(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+Fr==H10Fr(NO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>[超硝酸根合超钫酸，无色] | |||
:因此，可用内层镀钫的容器贮存，或用室温下呈固态的O6（┻氧┳）盛装超硝酸。 | |||
超硝酸与非金属反应时的情况： | 超硝酸与非金属反应时的情况： | ||
:7(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+5Cl2==10HClO4+70NO<sub>2</sub>+3H<sub>2</sub>O | |||
:3(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+5S==5H2SO4+30NO<sub>2</sub>↑+10H<sub>2</sub>O | |||
:7(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+5I2==10H5IO6+70NO<sub>2</sub>↑+10H<sub>2</sub>O | |||
超硝酸与非金属反应时，通常发生爆炸性剧烈反应，而且总是将它们氧化为最高价的含氧酸，而自身则被还原为二氧化氮。 | |||
超硝酸和金属反应时，无论浓、稀超硝酸与金属反应，皆被还原为NO<sub>2</sub>: | |||
:12(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+10Pt==[Pt(NO<sub>3</sub>)6]<sub>10</sub>+60NO<sub>2</sub>↑+60H<sub>2</sub>O | |||
:4(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+10Na==[Na(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>]10[超硝酸高钠，钠＋2价]+20NO<sub>2</sub>↑+20H<sub>2</sub>O『危险！！！切勿尝试！！！』 | |||
除钫外，其它以超硝酸根为配体的配合物只能在低温低压下制得 | |||
超硝酸与Sn,Cr,Ge,Mo,W,U等偏酸性的金属反应时，生成含氧酸或含水化合物： | |||
:5Sn+2(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+xH<sub>2</sub>O==5SNO<sub>2</sub>·xH<sub>2</sub>O+20NO<sub>2</sub>↑+10H<sub>2</sub>O | |||
:5Mo+3(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>==5H2MoO4+30NO<sub>2</sub>↑+10H<sub>2</sub>O | |||
:5W+3(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>==5H2WO4+30NO<sub>2</sub>↑+10H<sub>2</sub>O | |||
浓超硝酸与稀有气体Ne反应： | |||
:15Ne+(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>==5NeN2+10NeO3+5H<sub>2</sub> | |||
浓超硝酸与浓超盐酸[(HCl)10]按物质的量之比1：3的比例混合即得'''超王水'''[Hypernitrohyperhydrochloric acid]，它能与几乎所有物质发生反应，也能溶解超盐酸所不能溶解的金属铯和超硝酸所不能溶解的金属钫，所以它的盛装便成了一个大问题，现在一般只能在实验室中用固态氟或O6（┻氧┳）盛装；例如与氟化钠反应： | |||
:130NaF+4(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+12(HCl)<sub>10</sub>==[Na(NO3)2]<sub>10</sub>+5F<sub>2</sub>↑+12Na10Cl10+20H<sub>2</sub>O+20NO<sub>2</sub>↑+12(HF)<sub>10</sub>[超氟化氢，无色] | |||
超王水自身便会发生反应： | |||
:(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>+3(HCl)<sub>10</sub>==(NOCl)<sub>10</sub>+10Cl2↑+20H<sub>2</sub>O | |||
超硝酸与超氢氟酸的混合酸也具有强氧化性，易形成超强的氟络合物，它能使氧氧化到正6价，因其氧化性太强，一般只能用固态氟盛装。 | |||
*超硝酸的硝化性 | |||
因此可用这种方法制备烈性炸药八硝基立方烷 | 超硝酸与超硫酸的混合酸在有机反应中常作超强的硝化剂，在常温下就可把三硝基苯硝化为六硝基苯： | ||
:10C6H3(NO<sub>2</sub>)3+3(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>==[(H2SO4)10]==10C6(NO<sub>2</sub>)6+30H<sub>2</sub>O | |||
或把立方辛烷硝化为八硝基立方烷： | |||
:5C8H8+4(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>==[(H2SO4)10]==5C8N8O16+40H<sub>2</sub>O | |||
因此可用这种方法制备烈性炸药八硝基立方烷。 | |||
==超硝酸的结构== | ==超硝酸的结构== | ||
超硝酸分子为平面结构，氮原子以sp2的杂化轨道分别和3个氧原子的p轨道成了三个σ单键，余下一个pπ轨道中的一个电子和1个氧原子pπ轨道中的单电子形成离域π键，此时形成的是硝酸分子，但由于其中一个氧原子仅与氮原子成单键，因此该硝酸分子有强烈结合另一孤电子的趋势.之后这个硝酸分子中的氧与另一个硝酸分子中的一个氧原子通过σ键结合，形成过氧键，此时存在形式为(HNO3)2，但后来的硝酸分子中只剩一个可结合电子的氧（另一个氧需要和另一个硝酸分子中的氧结合，还有一个正常的氧，与氮、氢原子结合，这个氧以后忽略），且这个氧只能与该硝酸分子中的N成一个σ单键，于是就成了这种形态： | 超硝酸分子为平面结构，氮原子以sp2的杂化轨道分别和3个氧原子的p轨道成了三个σ单键，余下一个pπ轨道中的一个电子和1个氧原子pπ轨道中的单电子形成离域π键，此时形成的是硝酸分子，但由于其中一个氧原子仅与氮原子成单键，因此该硝酸分子有强烈结合另一孤电子的趋势.之后这个硝酸分子中的氧与另一个硝酸分子中的一个氧原子通过σ键结合，形成过氧键，此时存在形式为(HNO3)2，但后来的硝酸分子中只剩一个可结合电子的氧（另一个氧需要和另一个硝酸分子中的氧结合，还有一个正常的氧，与氮、氢原子结合，这个氧以后忽略），且这个氧只能与该硝酸分子中的N成一个σ单键，于是就成了这种形态： | ||
H-O-N(=O)-O-O-(-O)N-O-H | :H-O-N(=O)-O-O-(-O)N-O-H | ||
继续结合，直到(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>形成时第一个硝酸分子中的双键成π键的一个突然被打开，与最后一个硝酸分子中只与氮原子成了单键，而又不与氢成键的O原子以σ键结合，于是乎，超硝酸分子便成了环状的平面分子结构：(HNO<sub>3</sub> )<sub>10</sub> | 继续结合，直到(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub>形成时第一个硝酸分子中的双键成π键的一个突然被打开，与最后一个硝酸分子中只与氮原子成了单键，而又不与氢成键的O原子以σ键结合，于是乎，超硝酸分子便成了环状的平面分子结构：(HNO<sub>3</sub>)<sub>10</sub> | ||
该过氧键键长较长：为178pm，故其氧化性很强 | 该过氧键键长较长：为178pm，故其氧化性很强 。 | ||
细心的读者一定会发现：不对啊，与一个硝酸分子中氮共用的电子对只有3对啊！没错，这就是为什么它的别名是“超过氧亚硝酸”的原因，氮其实呈3价，氧有－1，－2两种价态，氧化性不体现在氮原子上，而体现在过氧键上，但习惯起见还是认为氮5价，氧2价；至于它与有机物发生的硝化反应，以及其他被还原为二氧化氮的反应，可以认为超硝酸既是氧化剂，又是还原剂（氮回归到5价或4价，氧回归到－2价），但一般只把它看作氧化剂 | 细心的读者一定会发现：不对啊，与一个硝酸分子中氮共用的电子对只有3对啊！没错，这就是为什么它的别名是“超过氧亚硝酸”的原因，氮其实呈3价，氧有－1，－2两种价态，氧化性不体现在氮原子上，而体现在过氧键上，但习惯起见还是认为氮5价，氧2价；至于它与有机物发生的硝化反应，以及其他被还原为二氧化氮的反应，可以认为超硝酸既是氧化剂，又是还原剂（氮回归到5价或4价，氧回归到－2价），但一般只把它看作氧化剂 。 | ||
==用途== | ==用途== | ||
超强氧化剂，助燃剂，化工产品原料，制备各种超硝酸盐，有机物硝化剂，炸药制备等很多用途 | 超强氧化剂，助燃剂，化工产品原料，制备各种超硝酸盐，有机物硝化剂，炸药制备等很多用途 | ||
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#钫：这里指的是钫－194，钫的最稳定的放射性同位素，半衰期为255年，最初由 超理继承人127号 用铹－256的质子轰击砹－202的中子的方法制得 | #钫：这里指的是钫－194，钫的最稳定的放射性同位素，半衰期为255年，最初由 超理继承人127号 用铹－256的质子轰击砹－202的中子的方法制得 | ||
#低于绝对零度：最初由超理继承人255号用酸性熟石灰作制冷剂，结果一不小心使温度降到了0K以下，而且直达-255K，从此以后人们就用酸性熟石灰作制冷剂，以达到低于绝对零度的低温 | #低于绝对零度：最初由超理继承人255号用酸性熟石灰作制冷剂，结果一不小心使温度降到了0K以下，而且直达-255K，从此以后人们就用酸性熟石灰作制冷剂，以达到低于绝对零度的低温 | ||
#钛及钔：（先要看一下我的名字）这里的钔指的是钔－255，钔的最稳定的放射性同位素，半衰期为65535年，最初由太极门255用锘－256的质子轰击锝－98的中子的方法制得 | #钛及钔：（先要看一下我的名字）这里的钔指的是钔－255，钔的最稳定的放射性同位素，半衰期为65535年，最初由太极门255用锘－256的质子轰击锝－98的中子的方法制得 | ||
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