什么是硝酸?

[拼音]：xiaosuan

[外文]：nitric acid

HNO3五价氮含氧酸，工业上通常作为合成氨工业的产品。纯硝酸为无色液体，能与任何比例的水混合。工业硝酸因HNO3含量不同，分为稀硝酸(50％～70％HNO3)和浓硝酸(96％～98％HNO3)。它们都不稳定，受热、受光照一定时间，会分解放出氧化氮。硝酸浓度愈高，愈易分解。

硝酸为强酸、强氧化剂，除金、铂、铑、铱、钽外，所有金属都能与各种浓度的硝酸作用。1体积浓硝酸和3体积盐酸混合，可形成腐蚀性极强的“王水”，能溶解金、铂等。动物和植物纤维遇硝酸即被破坏；皮肤与硝酸接触，轻者变黄色，重者被灼伤。

早在17世纪中叶，德国人J.R.格劳贝尔用硝石和浓硫酸作用制得硝酸，反应式为：

NaNO3+H2SO4─→HNO3+NaHSO4

1895年，英国人J.W.S.瑞利将空气通过电弧，使氮和氧在高温下直接化合成一氧化氮，再进一步加工成硝酸。1903年，挪威建成世界第一座电弧法生产硝酸的工厂(1905年投产）。此法生产过程简单，原料取之不尽，但耗电过多，每吨硝酸能耗为50.4GJ。1939年，美国威斯康星大学采用热法固定空气中的氮，也因能耗大而未工业化。1908年，德国建成以氨为原料的日产3t硝酸的工厂。1913年，合成氨法诞生，氨产量迅速增大。由于从氨制硝酸成本低，氨成为硝酸生产的主要原料(见合成氨工业发展史)。

稀硝酸是以氨为原料进行生产的。

生产步骤 分为氨的接触氧化和氧化氮吸收两步。

（1）氨的接触氧化 在催化剂存在和一定温度下氨与空气中的氧作用生成一氧化氮，反应式为：

4NH3+5O2─→4NO+6H2O+226kJ

此反应十分迅速。催化剂有以铂为主体的铂铑网（见金属催化剂）和以铁、钴的氧化物为主体的非铂催化剂(见金属氧化物催化剂)，工业上广泛采用的是铂铑网。反应温度为800～900°C，氨氧化率可达95％～98％，混合气中氨含量为9.5％～12％(体积)，若氨含量达到爆炸极限（16％～25％体积）将引起爆炸。

（2）氧化氮的吸收 先将一氧化氮氧化成二氧化氮，反应式为：

2NO+O2─→2NO2+57kJ

此反应与通常的化学反应不同，温度越高，反应速度越慢。然后用水吸收二氧化氮生成硝酸，反应式为：

反应中放出的一氧化氮返回吸收过程，再氧化成二氧化氮。这是体积缩小、放热的可逆反应，故增加压力和降低温度对反应有利。由于该反应受化学平衡限制，在通常的氧化氮气体浓度时，只能获得稀硝酸。常压吸收下的浓度不超过50％HNO3，加压吸收下的浓度不超过70％HNO3。

吸收后的气体中还残留有氧化氮，含量多少取决于 *** 作压力和温度。为了防止污染环境，有些国家规定氧化氮排放浓度为200～300ppm。80年代，工业生产上有两种尾气处理方法。

（1）溶液吸收法：采用较早，以碳酸钠、氢氧化钠等碱性物质或硫酸亚铁等盐类的水溶液作吸收剂，流程简单，易于 *** 作，但难以将氧化氮含量降到200ppm以下，故仅适用于尾气中氧化氮含量较高的常压吸收流程。

（2）催化还原法：有催化剂存在时利用氨、甲烷等使氧化氮还原为氮和水，此法不能回收氧化氮，但装置紧凑， *** 作方便，可以将尾气中氧化氮含量降到200ppm以下。

根据氨氧化和氧化氮吸收两部分的压力不同，稀硝酸生产流程分为三种类型： ①常压法，全部过程在常压下 *** 作。特点是：氨氧化率高，铂催化剂损失较低，设备结构简单；但吸收塔容积大，成品硝酸浓度较低，尾气中氧化氮排放浓度较高。

（2）全压法，全部过程在加压下 *** 作，因采用压力不同分为中压（250～500kPa）和高压（710～1420kPa）两种流程。特点是：氧化氮吸收率高、成品硝酸浓度高、吸收塔容积小、能量回收率高；但加压下氨氧化率稍低、铂催化剂损失较多。

（3）综合法，氨氧化和氧化氮吸收分别在常压和压力下 *** 作，具有常压法和全压法的优点。近年来，新建的大型硝酸生产装置大多采用双加压硝酸流程（见图）。

这种流程氨氧化在360～560kPa（绝对压力）下 *** 作，氧化氮吸收在850～1550kPa（绝对压力）下 *** 作。氨气、空气分别经过滤处理，在混合器中均匀混合，于800°C左右氧化温度下从上而下通过氨氧化器（俗称氧化炉，（见彩图）的铂网进行反应。出氨氧化器的高温氧化氮气体经回收热能和冷却，由氧化氮压缩机加压到吸收压力，冷却后进入吸收塔，被水吸收制得稀硝酸。因酸中有氧化氮溶解，故在漂白塔中用空气将氧化氮吹出，即得成品硝酸。吸收塔出口的尾气经过透平膨胀机回收能量后放空。合成氨装置的大型化和高浓度复合肥料的迅速增长，促进了稀硝酸生产技术的发展，其方向是提高 *** 作压力、提高成品硝酸浓度、降低尾气中氧化氮浓度、充分回收能量，以求自给以及扩大生产规模。80年代中期最大的单系列硝酸装置为日产1500t(以100％HNO2计)。

硝酸与水混合，在硝酸浓度为68.4％时形成共沸混合物（称共沸酸），故浓硝酸不能由稀硝酸简单蒸馏制得。工业上生产浓硝酸有三种方法：

（1）间接浓缩法，利用脱水剂萃取蒸馏稀硝酸，此法基于脱水剂与水的结合力大于硝酸与水结合力的原理，当硝酸-水-脱水剂三元混合物沸腾时，液面上的蒸汽分压降低，硝酸蒸气分压增加，从而制得浓硝酸。常用的脱水剂有硝酸镁、浓硫酸。

（2）直接合成法，于1932年开发，在一定温度和压力下，液态四氧化二氮和氧气、水直接反应。反应式为：

2N2O4+2H2O+O2─→4HNO3+59kJ

此法包括氨的氧化、氧化氮氧化产物的冷凝和硝酸合成三个步骤。与制取稀硝酸一样，都是以氨为原料，但有两点主要区别：一是除去多余的水，由生成硝酸的总反应式可知：

NH3+2O2─→HNO3+H2O

只需将氨氧化反应生成水的 2/3除去，即可制得浓硝酸；二是需要制备液态四氧化二氮，先利用氧化氮气体中的氧将一氧化氮氧化成二氧化氮，残余的再用浓硝酸氧化，

反应式为：

2HNO3+NO─→3NO2+H2O

然后在 -10°C下二氧化氮叠合并被冷凝成四氧化二氮。

（3）超共沸酸的蒸馏，此法包括氨的氧化、超共沸酸的制取和直接蒸馏等步骤。

硝酸是重要的化工原料，在酸类生产中产量仅次于硫酸，1981年世界硝酸产量达30Mt（以100％HNO3计）。硝酸主要消耗部门为化肥和火炸药工业，也用于染料、制药、塑料等的生产。稀硝酸大部分用于制造硝酸铵、硝酸磷肥和各种硝酸盐。浓硝酸分别将甲苯、苯酚和乌洛托品硝化制成梯恩梯、苦味酸、黑索今等烈性炸药。浓硝酸也用于制造 *** 、硝酸纤维素和雷汞等。生产浓硝酸的中间物液体四氧化二氮是发射火箭、导d的高能燃料。此外，在冶金等工业中也使用硝酸。

贮存稀硝酸通常采用立式不锈钢制贮槽，浓硝酸贮槽多为卧式铝制容器。贮槽设置在室内或车间附近的露天场所，但要防止日光曝晒，以免引起浓硝酸分解，影响成品等级。硝酸通常利用公路、铁路运输，容量少的用玻璃瓶装好，再装在木箱或金属罐内，外面需有危险品标记。

参考文章

食用存放过久的熟菜、蔬菜，腌制不透的酸菜均可能引起亚硝酸盐中毒。（）生活安全双室微生物燃料电池处理硝酸盐废水废水治理碱式硝酸铋的药理药学危险化学品硝酸胍的安全措施和应急处置原则生产安全硝酸士的宁用于治疗仔猪脱肛猪复方硝酸益康唑的制剂与规格药学猪普通病防治技术-亚硝酸盐中毒猪硝酸磷肥生产中酸不溶物的絮凝分离实验研究废水治理硝酸士的宁治仔猪脱肛猪硝酸酯类的药物有无耐药性？出现了耐药性如何应对？内科

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