珀金，W.H.
[拼音]：xiaosuan
[英文]：nitric acid
HNO3五價氮含氧酸，工業上通常作為合成氨工業的產品。純硝酸為無色液體，能與任何比例的水混合。工業硝酸因HNO3含量不同，分為稀硝酸(50％～70％HNO3)和濃硝酸(96％～98％HNO3)。它們都不穩定，受熱、受光照一定時間，會分解放出氧化氮。硝酸濃度愈高，愈易分解。
硝酸為強酸、強氧化劑，除金、鉑、銠、銥、鉭外，所有金屬都能與各種濃度的硝酸作用。1體積濃硝酸和3體積鹽酸混合，可形成腐蝕性極強的“王水”，能溶解金、鉑等。動物和植物纖維遇硝酸即被破壞；面板與硝酸接觸，輕者變黃色，重者被灼傷。
沿革
早在17世紀中葉，德國人J.R.格勞貝爾用硝石和濃硫酸作用製得硝酸，反應式為：
NaNO3+H2SO4─→HNO3+NaHSO4
1895年，英國人J.W.S.瑞利將空氣通過電弧，使氮和氧在高溫下直接化合成一氧化氮，再進一步加工成硝酸。1903年，挪威建成世界第一座電弧法生產硝酸的工廠(1905年投產）。此法生產過程簡單，原料取之不盡，但耗電過多，每噸硝酸能耗為50.4GJ。1939年，美國威斯康星大學採用熱法固定空氣中的氮，也因能耗大而未工業化。1908年，德國建成以氨為原料的日產3t硝酸的工廠。1913年，合成氨法誕生，氨產量迅速增大。由於從氨制硝酸成本低，氨成為硝酸生產的主要原料(見合成氨工業發展史)。
稀硝酸生產
稀硝酸是以氨為原料進行生產的。
生產步驟分為氨的接觸氧化和氧化氮吸收兩步。
（1）氨的接觸氧化在催化劑存在和一定溫度下氨與空氣中的氧作用生成一氧化氮，反應式為：
4NH3+5O2─→4NO+6H2O+226kJ
此反應十分迅速。催化劑有以鉑為主體的鉑銠網（見金屬催化劑）和以鐵、鈷的氧化物為主體的非鉑催化劑(見金屬氧化物催化劑)，工業上廣泛採用的是鉑銠網。反應溫度為800～900°C，氨氧化率可達95％～98％，混合氣中氨含量為9.5％～12％(體積)，若氨含量達到爆炸極限（16％～25％體積）將引起爆炸。
（2）氧化氮的吸收先將一氧化氮氧化成二氧化氮，反應式為：
2NO+O2─→2NO2+57kJ
此反應與通常的化學反應不同，溫度越高，反應速度越慢。然後用水吸收二氧化氮生成硝酸，反應式為：
反應中放出的一氧化氮返回吸收過程，再氧化成二氧化氮。這是體積縮小、放熱的可逆反應，故增加壓力和降低溫度對反應有利。由於該反應受化學平衡限制，在通常的氧化氮氣體濃度時，只能獲得稀硝酸。常壓吸收下的濃度不超過50％HNO3，加壓吸收下的濃度不超過70％HNO3。
吸收後的氣體中還殘留有氧化氮，含量多少取決於操作壓力和溫度。為了防止汙染環境，有些國家規定氧化氮排放濃度為200～300ppm。80年代，工業生產上有兩種尾氣處理方法。
（1）溶液吸收法：採用較早，以碳酸鈉、氫氧化鈉等鹼性物質或硫酸亞鐵等鹽類的水溶液作吸收劑，流程簡單，易於操作，但難以將氧化氮含量降到200ppm以下，故僅適用於尾氣中氧化氮含量較高的常壓吸收流程。
（2）催化還原法：有催化劑存在時利用氨、甲烷等使氧化氮還原為氮和水，此法不能回收氧化氮，但裝置緊湊，操作方便，可以將尾氣中氧化氮含量降到200ppm以下。
生產流程
根據氨氧化和氧化氮吸收兩部分的壓力不同，稀硝酸生產流程分為三種類型：①常壓法，全部過程在常壓下操作。特點是：氨氧化率高，鉑催化劑損失較低，裝置結構簡單；但吸收塔容積大，成品硝酸濃度較低，尾氣中氧化氮排放濃度較高。
（2）全壓法，全部過程在加壓下操作，因採用壓力不同分為中壓（250～500kPa）和高壓（710～1420kPa）兩種流程。特點是：氧化氮吸收率高、成品硝酸濃度高、吸收塔容積小、能量回收率高；但加壓下氨氧化率稍低、鉑催化劑損失較多。
（3）綜合法，氨氧化和氧化氮吸收分別在常壓和壓力下操作，具有常壓法和全壓法的優點。近年來，新建的大型硝酸生產裝置大多采用雙加壓硝酸流程（見圖）。
這種流程氨氧化在360～560kPa（絕對壓力）下操作，氧化氮吸收在850～1550kPa（絕對壓力）下操作。氨氣、空氣分別經過濾處理，在混合器中均勻混合，於800°C左右氧化溫度下從上而下通過氨氧化器（俗稱氧化爐，（見彩圖）的鉑網進行反應。出氨氧化器的高溫氧化氮氣體經回收熱能和冷卻，由氧化氮壓縮機加壓到吸收壓力，冷卻後進入吸收塔，被水吸收製得稀硝酸。因酸中有氧化氮溶解，故在漂白塔中用空氣將氧化氮吹出，即得成品硝酸。吸收塔出口的尾氣經過透平膨脹機回收能量後放空。合成氨裝置的大型化和高濃度複合肥料的迅速增長，促進了稀硝酸生產技術的發展，其方向是提高操作壓力、提高成品硝酸濃度、降低尾氣中氧化氮濃度、充分回收能量，以求自給以及擴大生產規模。80年代中期最大的單系列硝酸裝置為日產1500t(以100％HNO2計)。
濃硝酸生產
硝酸與水混合，在硝酸濃度為68.4％時形成共沸混合物（稱共沸酸），故濃硝酸不能由稀硝酸簡單蒸餾製得。工業上生產濃硝酸有三種方法：
（1）間接濃縮法，利用脫水劑萃取蒸餾稀硝酸，此法基於脫水劑與水的結合力大於硝酸與水結合力的原理，當硝酸-水-脫水劑三元混合物沸騰時，液麵上的蒸汽分壓降低，硝酸蒸氣分壓增加，從而製得濃硝酸。常用的脫水劑有硝酸鎂、濃硫酸。
（2）直接合成法，於1932年開發，在一定溫度和壓力下，液態四氧化二氮和氧氣、水直接反應。反應式為：
2N2O4+2H2O+O2─→4HNO3+59kJ
此法包括氨的氧化、氧化氮氧化產物的冷凝和硝酸合成三個步驟。與製取稀硝酸一樣，都是以氨為原料，但有兩點主要區別：一是除去多餘的水，由生成硝酸的總反應式可知：
NH3+2O2─→HNO3+H2O
只需將氨氧化反應生成水的 2/3除去，即可製得濃硝酸；二是需要製備液態四氧化二氮，先利用氧化氮氣體中的氧將一氧化氮氧化成二氧化氮，殘餘的再用濃硝酸氧化，
反應式為：
2HNO3+NO─→3NO2+H2O
然後在 -10°C下二氧化氮疊合並被冷凝成四氧化二氮。
（3）超共沸酸的蒸餾，此法包括氨的氧化、超共沸酸的製取和直接蒸餾等步驟。
用途
硝酸是重要的化工原料，在酸類生產中產量僅次於硫酸，1981年世界硝酸產量達30Mt（以100％HNO3計）。硝酸主要消耗部門為化肥和火炸藥工業，也用於染料、製藥、塑料等的生產。稀硝酸大部分用於製造硝酸銨、硝酸磷肥和各種硝酸鹽。濃硝酸分別將甲苯、苯酚和烏洛托品硝化製成梯恩梯、苦味酸、黑索今等烈性炸藥。濃硝酸也用於製造硝化甘油、硝酸纖維素和雷汞等。生產濃硝酸的中間物液體四氧化二氮是發射火箭、導彈的高能燃料。此外，在冶金等工業中也使用硝酸。
貯存和運輸
貯存稀硝酸通常採用立式不鏽鋼制貯槽，濃硝酸貯槽多為臥式鋁製容器。貯槽設定在室內或車間附近的露天場所，但要防止日光曝晒，以免引起濃硝酸分解，影響成品等級。硝酸通常利用公路、鐵路運輸，容量少的用玻璃瓶裝好，再裝在木箱或金屬罐內，外面需有危險品標記。