为什么浓硝酸跟金属反应的还原产物为 NO2 ,稀硝酸的还原产物主要是 NO,更稀的硝
酸的还原产物有 N2 O、N2 ⋯⋯NH3 等?
当浓硝酸与金属作用时,硝酸本身浓度的因素占主要地位,第一步的还原产物主要是亚硝酸,亚硝酸是不稳定的化合物,它分解为 NO2 和 NO:
2HNO2=NO2+NO+H2O
而 NO2、NO 和 HNO3 之间又有如下的平衡: 3NO2+H2O 2HNO3+NO
在浓硝酸中,平衡向左移动,因此还原产物主要是 NO2。在反应过程中,尽管有 NO 生成,但它在浓硝酸中不能存在,继续被氧化成 NO2。
关于稀硝酸浓度(约为 8~10N)与金属反应的还原产物,从下面的化学平衡方程式可以看出
3NO2+H2O 2HNO3+NO
在稀硝酸中,平衡向右移动,因此还原产物主要是 NO。
至于在更稀的硝酸中,还原产物有 N2O、N2⋯⋯NH3,有人曾作过这样的解释:金属活动性顺序表中氢以上的金属在稀硝酸中的第一步反应,是能置换出氢的,但随着即与硝酸发生第二步反应,将硝酸还原成一系列的还原产物。
HNO3+2H=HNO2+H2O
2HNO3+8H=H2N2O2+4H2O
(连二亚硝酸) HNO3+6H=NH2OH+2H2O HNO3+8H=NH3+3H2O
这些还原产物,除本身分解成为简单的化合物外,相互之间又发生反应,生成一系列不同价态的氮的化合物。这第三步反应,有两类:
- 还原产物本身的分解反应: 3HNO2=HNO3+2NO+H2O
2HNO2=N2O3+H2O H2N2O2=N2O+H2O
- 还原产物相互的反应: HNO2+NH3=N2+2H2O HNO2+NH2OH=N2O+2H2O HNO2+HNO3=2NO2+H2O
总之,硝酸与金属的反应比较复杂,对反应机理还不能得到一致的说法。