中学课本上说:3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO,这个反应只是NO2溶于水反应的大致情况,实际上,NO2溶于水的反应相当多,以下反应都是可能发生的:
2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2(歧化反应)
2HNO2 = NO + NO2 + H2O(歧化得到的HNO2分解,相当于2HNO2 = N2O3 + H2O,N2O3 = NO + NO2)
以上两个反应可以合写为3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO,这就是中学课本上提到的NO2溶于水反应。
但实际上,HNO2的分解是可逆反应,在H2O大量的情况下,逆反应可以进行:
NO + NO2 + H2O = 2HNO2(相当于NO + NO2 = N2O3,N2O3 + H2O = 2HNO2)
所以,在H2O大大过量的情况下(稀溶液),歧化得到的HNO2分解并不完全,最后得到的溶液中,HNO3和HNO2同时存在,特别是在吸收气体中同时含有NO和NO2的情况下,HNO2含量会更多。
如果吸收溶液用碱液代替水,则HNO2会生成稳定的亚硝酸盐,NO和NO2更容易一起被吸收,中学课本上讲的氨氧化制硝酸尾气吸收反应不正是这样的吗:
NO + NO2 + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O
很多高中化学练习题中都有类似的题目,用大试管收集一试管NO2,倒立在水槽中,最后试管中剩下多少气体,标准答案是1/3试管。
实际上,这是一道想当然的错题,不要说收集到的NO2实际是NO2和N2O4的混合物,题目根本没有考虑到NO + NO2 + H2O = 2HNO2反应的存在。
如果实际做这个实验,试管剩下的气体一般不超过试管体积的1/10。实验方法可以这样做,加热分解硝酸铜,将得到的气体用冰盐混合物冷却,低温下NO2会聚合成N2O4,并冷凝成液体,得到N2O4后,可以分解得到较纯的NO2,再做这个实验。
另外,涉及到氮氧化物和硝酸制取的实验,应该尽量使用磨口玻璃仪器,少用橡皮塞和胶管(即使是硅胶管,在热硝酸蒸气中都是不保险的,一般橡胶就更不用说了)。