硝酸是一种强氧化性酸,同金属反应时,受多种因素的影响,如硝酸的浓度、金属的活泼性、温度、包括多种平行反应、还原产物之间又能进行氧化还原反应等,决定了硝酸与金属反应相当复杂,现将硝酸与金属反应的一般规律总结如下:
1、氧化性强弱规律
浓HNO3氧化性大于稀HNO3。
2、表现性质规律
HNO3表现双重性,既表现氧化性又表现酸性。
3、产物规律
(1)、金属活动性顺序表中氢后面的金属与浓HNO3反应时,还原产物为NO2或NO2和NO混合气体(当HNO3的浓度降低时,变为稀HNO3,还原产物为NO),而稀HNO3还原产物为NO。
(2)、金属活动性顺序表中氢前面的金属与HNO3,浓HNO3一般还原产物为NO2,稀HNO3为NO。对于同一种金属而言,HNO3的浓度越稀,则还原程度越大,其还原程度主要取决于HNO3的浓度、金属的活泼性和温度,还原产物依次为NO、N2O、N2、HN3、HN4NO3。
(3)、当HNO3浓度非常稀时(小于2mol.l-1),某些金属(如Mg、Zn)与HNO3反应还会产生一定量的H2。
(4)、变价金属与硝酸反应时,因HNO3氧化性强,金属先被氧化为高价阳离子,若HNO3消耗完后金属有剩余,高价阳离子被剩余金属部分或全部还原为低价还原为低价阳离子。其氧化产物有三中可能,高价硝酸盐、低价硝酸盐、高价硝酸盐和低价硝酸盐的混合物。
(5)、当还原产物为NO2时,在低温下,2NO2=N2O4
4、钝化规律
常温下,Fe、Al、Cr、Ni、Co等金属与浓HNO3相与时,生成一层致密的氧化膜,阻止了反应的进一步进行,从而产生“钝化”现象,若加热“钝化”被破坏,反应继续进行。
5、等效性质规律
NO3-通常在碱性或中性溶液中较稳定,而在酸性条件下往往表现强氧化性。金属与HNO3反应,当HNO3被全部消耗而金属有剩余时,若由外界再提供H+,则生成的硝酸盐中的NO3-等效于HNO3又会表现氧化性,继续与剩余金属反应。
6、表现性质限量规律
表现氧化性的NO3-的量由H+量决定,表现酸性的NO3-的量由金属的量决定,当还原产物为HN4NO3时,表现酸性的NO3-的量由金属和还原产物的量决定。
7、反应速率快慢规律
一般情况下,浓HNO3反应速率大于稀HNO3,但在常温下Fe、Al、Cr等金属产生“钝化”,其反应速率小于稀HNO3。
硝酸与金属反应的产物有些什么规律?
硝酸同金属的反应比较复杂,因为(a)硝酸的浓度;(b)金属的活泼性;(c)反应的温度等不同,所生成的产物亦不同,并且所生成的产物往往是混合物。但是就其主要产物而言,可以概括出以下几点经验规律。
(1)在金属活动性顺序表中,位于“H”以后的金属如Cu、Ag、Hg等与浓HNO3反应主要得到NO2,与稀HNO3反应主要得到NO。
(2)活泼性适中的金属如:Fe、Co、Ni、Cr、Ca、Al等金属,在一般情况下与浓HNO3不反应。这是由于“钝化”作用,使金属表面覆盖了一层致密的氧化膜,阻止了内层金属进一步与浓硝酸反应。这些金属与稀HNO3作用主要生成N2O或者NO,这是由于它们的还原性较强,能将硝酸还原到较低的价态。若与更稀的硝酸反应,则可以生成NH3。
(3)活泼性的金属如Mg、Zn等与不同浓度的稀HNO3作用能得到不同低价态的还原产物。如:
4Zn+10HNO3=4Zn(NO3)2+5H2O+N2
4Zn+9HNO3=Zn(NO3)2+3H2+NH3
3Zn+7HNO3=3Zn(NO3)2+ZH2O+NH2OH
(4)Au、Pt、Rh、Ti、Ta等贵金属和硝酸不发生反应。因为它们特别稳定,不易被氧化。
(5)Sn、Pb、As、W等金属与HNO3作用得到的是金属氧化物或其水合物而不是硝酸盐。因为这些金属氧化物不溶于硝酸。
对于同一种金属来说,酸越稀则硝酸本身被还原的程度越大。浓HNO3(12-16M)被还原的主要产物是NO2;稀HNO3(6-8M)被还原的主要产物是NO;2M的硝酸与活泼金同主要生成N2O3,极稀的硝酸(1M以下)与镁作用生成NH3,NH3与过量的硝酸反应又生成铵盐NH4NO3。极稀的硝酸与镁反应,不是NO3-中的N被还原,而是HNO3中的H+被还原。镁与不同浓度硝酸反应的方程式是