化學原理啟迪454
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1.
硝酸nitric
acid是很重要的工業化學原料，大約每年生產8百萬噸。硝酸製造許多產品，例如氮基炸藥nitrogen-based
explosives，做為肥料的硝酸銨ammonium
nitrate。
2.
商業上的作法是，先將「氨」氧化成「一氧化氮」，再製造出「硝酸」，這種方法稱為奧士華法Oswald
process。
3.
奧士華法的第一步驟，將「氨」氧化成「一氧化氮」：
4NH3(g)＋5O2(g)→4NO(g)＋6H2O(g) ΔH°＝－905kJ
4.
雖然反應是高度散熱的，但在25℃下反應十分慢，並且，「一氧化氮」與「氨」之間會出現副反應：
4NH3(g)＋6NO(g)→5N2(g)＋6H2O(g)
5.
我們非常不希望出現這個反應，因為「氮」被鎖在非常容易起反應的N2分子裡。
6.
如果「氨」的氧化反應，用「鉑－銠合金催化劑」，加熱到900℃，奧士華法主反應便能加速，將競爭反應降至最小，在上述反應條件下，97％的「氨」轉化成「一氧化氮」。
7.
奧士華法第二步驟，「一氧化氮」與「氧」反應，產生「二氧化氮nitrogen
dioxide」：
2NO(g)＋O2(g)→2NO2(g)
ΔH°＝－113kJ
8.
這個氧化反應的速率，隨溫度增加而速度下降，因為如此，這個反應通常在25℃左右進行，為了保持這個溫度，反應進行過程必須加水。
9.
奧士華法第三步驟是，用「水」吸收「二氧化氮」：
3NO2 (g)＋H2O(l)→2HNO3(aq)＋NO(g)
ΔH°＝－139kJ
10.
反應產生的氣體，再循環氧化成NO2，這個程序製造液態「硝酸」比率，為總質量的50%。
11.
若用蒸餾法移除一些水，產量會增加到68％，因為「硝酸」和「水」在特定濃度會形成「共沸液」。（二種物質結合成具有相同沸點的溶液，稱為共沸液）
12.
如果溶液加入濃硫酸，製造出來的HNO3濃度可提升到95％；濃硫酸能大量吸收水，硫酸H2SO4常用來當成脫水劑dehydrating
agent。
13.
硝酸HNO3是無色發煙液體，有嗆鼻味，沸點83℃，硝酸在陽光下的分解反應如下：
4HNO3(l)－hv→4NO2(g)＋2H2O(l)＋O2(g)
14.
硝酸放久了會變黃，因為分解產生的二氧化氮，溶解於水中。實驗室常用的濃硝酸試劑是15.9HNO3（HNO3佔總質量的70.4%），是非常強的氧化劑。
15.
HNO3的分子結構與共振結構如下：
特別留意，氫原子是與氧原子連接，而非化學式HNO3所描述的，與氮連接。
16.
硝酸nitric acid，與氧化物oxides、氫氧化物hydroxides、碳酸鹽carbonates、其他含鹼陰離子的離子化合物，進行反應，會生成硝酸鹽。舉例來說：
Ca(OH)2(s)＋2HNO3(aq)→Ca(NO3)2(aq)＋2H2O(l)
硝酸鹽是極度溶於水的。
17.
亞硝酸nitrous acid（HNO2）是弱酸
HNO2(aq)←→H+(aq)＋NO2－(aq) Ka＝4.0×10－4
18.
註：HA(aq)←→H+(aq)＋A－(aq)
平衡常數Ka＝[H3O＋][A－]／[HA]
19.
「亞硝酸」會生成淡黃色的「亞硝酸鹽類NO2－」。硝酸鹽十分不穩定，常被用來當成炸藥。相反地，「亞硝酸」在高溫下仍舊十分穩定。
20.
「亞硝酸」的製備方式為，將相等莫耳量的「一氧化氮」和「二氧化氮」氣體，吹入「金屬氫氧化物溶液」。舉例來說：
NO(g)＋NO2(g)＋2NaOH(aq)→2NaNO2(aq)＋H2O(l)
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