亚硝酸盐的化学性质与应用

亚硝酸盐的化学性质与应用

亚硝酸盐是一类重要的无机化合物，在化学和制药行业中有着广泛的应用。本文将从亚硝酸盐的化学性质、制备方法、分子结构以及其在酸碱反应和氧化还原反应中的特性等方面进行详细介绍。

亚硝酸盐

名称：系统化的 IUPAC 命名为dioxidonitrate(1−)，其他名称为nitrite。

特性：亚硝酸根离子的化学式为 NO−2，摩尔质量为46.005 g·mol−1。亚硝酸盐（主要是亚硝酸钠）广泛用于化学和制药行业。亚硝酸根阴离子是自然界中氮循环中普遍存在的中间产物。亚硝酸盐这个名称也指具有 –ONO 基团的有机化合物，它们是亚硝酸的酯。

制作

亚硝酸钠在工业上是通过将氮氧化物的混合物通入氢氧化钠或碳酸钠水溶液中制成的：

NO + NO2 + 2 NaOH + Na2CO3 → 2 NaNO2 + H2O + CO2

通过重结晶纯化产物。碱金属亚硝酸盐在其熔点（KNO2 为 441 °C）之前和之后都是热稳定的。亚硝酸铵可以由三氧化二氮N2O3 制成，它的形式是亚硝酸的酸酐：

2 NH3 + H2O + N2O3 → 2 NH4NO2

结构

亚硝酸根离子具有对称结构（C2v 对称性），两个 N-O 键长度相等，键角约为 115°。在价键理论中，它被描述为一种共振杂化物，两种正则形式的贡献相等，这两种正则形式互为镜像。在分子轨道理论中，每个氧原子和氮原子之间都有一个σ键，以及一个由氮和氧原子上垂直于分子平面的p轨道组成的离域π键。离子的负电荷均匀分布在两个氧原子上。氮原子和氧原子都带有一对孤对电子。因此，亚硝酸根离子是路易斯碱。

反应

酸碱特性

亚硝酸盐是弱酸亚硝酸的共轭碱：

HNO2 ⇌ H+ + NO−2; 18°C 时 pKa ≈ 3.3

亚硝酸也极易挥发——在气相中，它主要以跨平面分子形式存在。在溶液中，它对歧化反应不稳定：

3 HNO2 (aq) ⇌ H3O+ + NO−3 + 2 NO

此反应在 0°C 时很慢。在存在还原剂（例如二价铁）的情况下，向亚硝酸盐溶液中加入酸是在实验室中生成一氧化氮(NO) 的一种方法。

氧化与还原

亚硝酸盐中氮原子的形式氧化态为+3。这意味着它可以被氧化为 +4 和 +5 氧化态，或还原为低至 -3 的氧化态。直接涉及亚硝酸的反应的标准还原电位如下表所示：

数据可以扩展到包括处于较低氧化态的产品。例如：

H2N2O2 + 2 H+ + 2 e− ⇌ N2 + 2 H2O； E0 = +2.65 V

氧化反应通常导致硝酸根离子的形成，其中氮的氧化态为+5。例如，用高锰酸根离子氧化可用于亚硝酸盐的定量分析（通过滴定）：

5 NO−2 + 2 MnO−4 + 6 H+ → 5 NO−3 + 2 Mn2+ + 3 H2O

与亚硝酸根离子的还原反应产物各不相同，这取决于所用的还原剂及其强度。与二氧化硫作用，产物为NO和N2O；与锡(II)(Sn2+)生成次亚硝酸(H2N2O2)；一直还原为氨 (NH3) 与硫化氢一起发生。