金屬与硝酸反应后产物的测定及其影响因素.docVIP

化学学科研究性课题论文 硝酸与金属反应后产物的测定及其影响因素 作 者： 达逸文 班 级： 高一一班 2013年12月硝酸与金属反应后产物的测定及其影响因素 达逸文 （兰炼三中 高一一班，兰州，730060） 【摘 要】硝酸属于强酸但它又显示出了强氧化性，所以金属与硝酸的反应过程复杂，反应产物丰富。通过理论分析以及在试验中用不同浓度的硝酸与钠、镁、铝、铁、铜反应测定反应后的产物并且研究影响反应产物的若干因素。 【关键词】硝酸 金属 氧化还原反应 化学实验 硝酸是常见的无机酸之一，无论在无机化学的理论与实验中都占有十分重要的地位。硝酸与金属反应的过程十分复杂，公认为是无机化学反应中最复杂的体系之一。硝酸与金属的反应涉及化学反应速率，化学平衡，氧化还原反应，电极电势等方面。但是在一些中学化学教材中只强调了其氧化性而忽视了其酸性，因此在金属与硝酸的反应生成物问题上，说法笼统。一般而言归纳起来有三种： 活泼金属不能从硝酸中置换出氢气； 同一种金属与硝酸反应时，浓硝酸主要还原为，稀硝酸主要还原为； 活泼金属只有和极稀的硝酸反应才能产生铵根离子。 而且在课本中只写到浓硝酸或稀硝酸与金属反应的还原产物，并没有一个浓稀的界定,我们想通过实验,大致对浓稀有个大致的界定。 那么要探究硝酸与金属反应后的产物及其影响因素就要解决以下几个问题 硝酸分子有什么结构特点，这种结构特点与它的氧化性有何联系？ 硝酸与金属是怎样进行的氧化还原反应的？ 化学是一门实践性很强的学科，那么如何设计化学反应来检测硝酸与金属反应后的产物也是要解决的重要问题之一。 1 与硝酸分子的结构 浓硝酸中以分子形式存在，而稀硝酸中由于电离，以存在，结构如图： 从图中可以看出，的键角均为120°，键长均为121pm，为等边三角形，对称性高，体系能量低，故很稳定，不易获得电子，氧化性弱；而分子中有3个N—O 键，键角、键长均不相等，对称性低。一个N—O键键长140.6pm大于其他，故此键较弱，易断裂而使获得电子。因此，的稳定性弱，氧化性强。 2 硝酸与金属反应的热力学原因 利用标准电极电势可以判断一个反应发生的方向。根据这一原理，我们可以判断硝酸能否根金属如铜、锌、铁等发生反应。 由于大多数平行反应的电势差，因此，各反应都有可能向正方向进行。同理，，，，它们与硝酸的标准电极电势比较，电动势，所以它们均能被硝酸氧化。 3 硝酸与金属反应中的化学平衡 硝酸与金属反应时，其还原产物存在一个动态平衡，如硝酸的还原产物与之间存在着下列平衡： 若浓硝酸和金属反应时，即便生成，但由于硝酸浓度大，氧化性强，也可将氧化成使平衡强烈向左移动，使主要产物为；当稀硝酸与金属反应时，由于硝酸浓度小，平衡相右移动，主要产物是。又由于稀硝酸氧化性弱，不能使生成的氧化成，因此主要产物是. 4 硝酸与金属反应中的反应速率 众所周知气—液相反应，气体必须首先溶解于液体中才能进行反应。在一定温度下，气体在液体中有一相应的溶解度，超过此溶解度气体就会从液体中逸出而不参加反应。武汉大学等《无机化学》第三版(下册) 谈到硝酸还原过程中有中间体产生，并提出在这些反应中有传递电子的能力，在氧化还原反应中起到催化的作用。那么当浓度大时，产生的速度也快，当在溶液中积累到一定程度时，就会超过其溶解度而逸出，故进一步还原的产物较的量要少得多，反应的主要产物是；如果浓度较稀，达到超过其溶解度的时间较长，甚至超不过其溶解度，就会在溶液中进一步被还原为，由于在溶液中的溶解度比小，就会逸出溶液，故其主要产物为；如果更稀，生成的更少，超不过其在水中的溶解度，那么在溶液中被还原成的量也更少，这些溶解在水中的进一步被还原甚至产生. 5 硝酸与金属反应后产物测定及影响因素的实验设计 5.1实验原理简述 1、生成用肉眼观察其红棕色，并且用0.2mol/L的氢氧化钠[6]吸收 2、生成的用溶液来检验：分子中存在孤对电子，易与金属离子形成配合物，能与溶液形成棕绿色可溶性的硫酸亚硝酰铁(Ⅱ)： [7] 气体还可以通过向该气体通入空气，气体变成红棕色来判断： 生成的和未反应的硝酸形成用纳氏试剂检测 纳氏试剂是络盐 加的溶液, 在无机化学定性分析中, 用其检验氨或铵盐，可得到黄色或红色的溶液或沉淀。纳氏试剂测水中铵根，灵敏度高，操作简便但是测定溶液中的等金属离子对纳氏试剂检测铵根有干扰作用而且在检测前先调整pH至中性，加入纳氏试剂后体系pH值在11.8-12.4为宜[8]。我们在试验过程中发现如果反应后的溶液不经处理直接滴入纳氏试剂，溶液中产生棕色沉