Bài 9: Axit nitric và muối nitrat

AXIT NITRIC

I. Cấu tạo phân tử và tính chất vật lí

 Axit nitric là chất lỏng không màu, tan vô hạn trong nước.

II. Tính chất hoá học

1. Tính axit

\[~HN{{O}_{3}}~\to \text{ }{{H}^{+}}~+\text{ }N{{O}_{3}}^{-}\]

- Làm quỳ tím hoá đỏ

- Tác dụng với bazơ.Ví dụ: \[HN{{O}_{3}}~+\text{ }NaOH\text{ }\to \text{ }NaN{{O}_{3}}~+\text{ }{{H}_{2}}O\]

- Tác dụng với oxit bazơ. VD:  2HNO₃ + MgO → Mg(NO₃)₂ + H₂O

- Tác dụng với muối. VD:   2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂ 

2. Tính oxi hoá

a) Tác dụng với kim loại

- HNO₃ tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt) oxi hoá kim loại đến mức cao nhất, không giải phóng hiđro.

Cu + 4HNO_{3 (đặc)} → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Cu + 4H⁺ + 2NO₃^- →Cu²⁺ + 2NO₂  + 2H₂O

-  Kim loại tác dụng với HNO₃ đặc nóng thì luôn giải phóng NO_2.

- Nếu HNO₃ loãng thì tạo thành N₂, NO, N₂O, NH₄NO₃.

- HNO₃ đặc nguội thụ động với nhôm, sắt, crôm.

b) Tác dụng với phi kim

- HNO₃ đặc có thể oxi hóa được S, P, C ... trong điều kiện đun nóng

Ví dụ: \[6HN{{O}_{3\text{ }\left(  \right)}}~+S\xrightarrow{{{t}^{0}}}\text{ }{{H}_{2}}S{{O}_{4}}~+\text{ 6}N{{O}_{2}}~\uparrow +\text{ }2{{H}_{2}}O\]

c) Tác dụng với hợp chất

3FeO + 10HNO₃ → 3Fe(NO₃)₃ + NO + 5H₂O

III. Ứng dụng

Phần lớn axit nitric sản suất được dùng để điều chế phân đạm. Ngoài ra còn được dùng sản xuất thuốc nổ.

IV. Điều chế

1. Trong phòng thí nghiệm

NaNO₃ + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HNO₃

2. Trong công nghiệp

Axit nitric được sản xuất qua ba giai đoạn

- Oxi hoá NH₃:  \[4N{{H}_{3}}+5{{O}_{2}}\xrightarrow{850-{{900}^{o}}}4NO+6{{H}_{2}}O\]

- Oxi hoá NO:  NO + O₂ → 2NO₂

_- Hợp nước tạo thành HNO_3: \[_{~}4N{{O}_{2}}~+{{O}_{2}}~+\text{ }2{{H}_{2}}O\text{ }\to \text{ }HN{{O}_{3}}\].

MUỐI NITRAT

I. Tính chất của muối nitrat

1. Tính chất vật lí

Tất cả các muối nitrat đều là chất rắn, dễ tan trong nước và là điện li mạnh.

2. Phản ứng nhiệt phân

\[2Cu{{\left( N{{O}_{3}} \right)}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}2CuO+4N{{O}_{2}}\uparrow +{{O}_{2}}\uparrow \]

\[2AgN{{O}_{3}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}2Ag+2N{{O}_{2}}\uparrow +{{O}_{2}}\uparrow \]

II. Ứng dụng

Các muối nitrat chủ yếu được sử dụng làm phân bón ngoài ra nó còn được làm thuốc nổ.

BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI

Bài 1 (Trang 45 – SGk)

Viết công thức electron, công thức cấu tạo của axit nitric. Cho biết nguyên tố nitơ có hóa trị và số oxi hóa bao nhiêu ?

Hướng dẫn giải

- Công thức electron:

- Công thức cấu tạo:

- Nguyên tố nitơ có hoá trị 4 và số oxi hoá +5

Bài 2 (Trang 45 – SGK)

 Lập các phương trình hóa học:

a) Ag + HNO₃ (đặc) → NO₂  + ? + ?

b) Ag + HNO₃ (loãng) → NO + ? + ?

c) Al + HNO₃ → N₂O + ? + ?

d) Zn + HNO₃ → NH₄NO₃ + ? + ?

e) FeO + HNO₃ → NO + Fe(NO₃)₃ + ?

g) Fe₃O₄ + HNO₃ → NO + Fe(NO₃)₃ + ?

Hướng dẫn giải

Trước hết, căn cứ vào tính chất, điền công thức các chất còn thiếu ở chỗ có dấu (?). Sau đó, cân bằng pthh theo phương pháp thăng bằng electron, ta được kết quả sau:

a) Ag + 2HNO₃ (đặc) → NO₂  + AgNO₃ + H₂O

b) 3Ag + 4HNO₃ (loãng) → NO + 3AgNO₃ + 2H₂O

c) 8Al + 30HNO₃ → 3N₂O + 8Al(NO₃)₃ + 15H₂O

d) 4Zn + 10HNO₃ → NH₄NO₃ + 4Zn(NO₃)₂ + 3H₂O

e) 3FeO + 10HNO₃ → NO + 3Fe(NO₃)₃ + 5H₂O

g) 3Fe₃O₄ + 28HNO₃ → NO + 9Fe(NO₃)₃ + 14H₂O

Bài 3 (Trang 45 – SGk)

Hãy chỉ ra những tính chất hóa học chung và khác biệt giữa axit nitric và axit sunfuric. Viết các phương trình hóa học để minh họa.

Hướng dẫn giải

- Những tính chất khác biệt:

+ Với axit H₂SO₄ loãng có tính axit, còn H₂SO₄ đặc mới có tính oxi hoá mạnh, còn axit HNO₃ dù là axit đặc hay loãng đề có tính oxi hoá mạnh khi tác dụng với các chất có tính khử.

+ H₂SO₄ loãng không tác dụng được với các kim loại đứng sau hiđro trong dãy hoạt động hoá học như axit HNO₃.

   Fe + H₂SO₄ (loãng) → FeSO₄ + H₂↑

   3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

- Những tính chất chung:

∗ Với axit H₂SO₄ loãng và HNO₃ đều có tính axit mạnh

+ Thí dụ:

Đổi màu chất chỉ thị: Quỳ tím chuyển thành màu hồng

Tác dụng với bazơ, oxit bazơ không có tính khử (các nguyên tố có số oxi hoá cao nhất):

2Fe(OH)₃ + 3H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃+ 6H₂O

   Fe₂O₃ + 6HNO₃ → 2Fe(NO₃)₃ + 3H₂O

   2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂↑

   H₂SO₄ + Na₂SO₃ → Na₂SO₄ + H₂O + SO₂↑

∗ Với axit H₂SO_4(đặc) và axit HNO₃ đều có tính oxi hoá mạnh

+ Thí dụ:

Tác dụng được với hầu hết các kim loại (kể cả kim loại đứng sau hiđro trong dãy hoạt động hoá học) và đưa kim loại lên số oxi hoá cao nhất.

    Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O

    Cu + 2H₂SO_4(đặc) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

Tác dụng với một số phi kim (đưa phi kim lên số oxi hoá cao nhất)

    C + 2H₂SO_4(đặc) → CO₂↑ + 2SO₂↑ + 2H₂O

    S + 2HNO₃ → H₂SO₄ + 2NO↑

Tác dụng với hợp chất( có tính khử)

    3FeO + 10HNO₃ → 3Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 5H₂O

    2FeO + 4H₂SO₄(đặc) → Fe₂(SO₄)₃ + SO₂↑ + 4H₂O

Cả hai axit khi làm đặc nguội đều làm Fe và Al bị thụ động hoá (có thể dùng bình làm bằng nhôm và sắt để đựng axit nitric và axit sunfuaric đặc)

Bài 4 (Trang 45 – SGk)

a. Trong các phương trình hoá học của phản ứng nhiệt phân sắt (III) nitrat, tổng các hệ số bằng bao nhiêu?

A. 5                            B. 7                             C. 9                             D. 21

b. Trong phương trình hoá học của phản ứng nhiệt phân thuỷ ngân (II) nitrat, tổng các hệ số bằng bao nhiêu?

A.5                             B.7                              C.9                              D.21

Hướng dẫn giải

a) Chọn D

4Fe(NO₃)₃  2Fe₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂

b) Chọn A

Hg(NO₃)₃  Hg + 2NO₂ + O₂

Lưu ý: Phản ứng nhiệt phân muối nitrat

- Các muối nitrat của kim loại hoạt động mạnh (K, Na…) bị phân hủy tạo muối nitrit và O₂

- Các muối nitrat của kim loại Mg, Zn, Fe, Cu, Pb…. Bị phân hủy tạo oxit kim loại tương ứng, NO₂ và O₂

- Muối nitrat của Ag, Au, Hg… bị phân hủy tạo thành kim loại tương ứng, NO₂ và O₂

Bài 5 (Trang 45- SGK)

Viết phương trình hóa học của các phản ứng thực hiện dãy chuyển hóa sau đây:

\[N{{O}_{2}}~\xrightarrow{(1)}~HN{{O}_{3}}~\xrightarrow{(2)}~Cu{{(N{{O}_{3}})}_{2}}~\xrightarrow{(3)}~Cu{{\left( OH \right)}_{2}}~\xrightarrow{(4)}~Cu{{(N{{O}_{3}})}_{2}}~~\xrightarrow{(5)}CuO~\]

\[\xrightarrow{(6)}~Cu~~\xrightarrow{(7)}CuC{{l}_{2}}\]

Hướng dẫn giải:

(1) 4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

(2) 8HNO₃ + 3Cu → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

Hoặc CuO + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + H₂O

(3) Cu(NO₃)₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + 2NaNO₃

(4) Cu(OH)₂ + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2H₂O

(5) 2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂↑ + O₂↑

(6) CuO + H₂ -^to→ Cu + H₂O

(7) Cu + Cl₂ -^to→ CuCl₂

Bài 6 (Trang 45 – SGK)

Khi hoà tan 30,0g hỗn hợp đồng và đồng (II) oxit trong 1,5 lít dung dịch axit nitric 1,00M (loãng) thấy thoát ra 6,72 lit nitơ monooxit (đktc). Xác định hàm lượng phần trăm của đồng (II) oxit trong hỗn hợp, nồng độ mol của đồng (II) nitrat và axit nitric trong dung dịch sau phản ứng, biết rằng thể tích các dung dịch không thay đổi.

Hướng dẫn giải:

n_HNO3 = 1,5. 1,00 = 1,50 (mol)

nNO = 6,72/22,4 = 0,3(mol)

PTHH: 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O (1)

CuO + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + H₂O (2)

Theo pt(1) n_Cu = 3/2. n_NO = 3/2. 0,3 = 0,45 mol

Gọi n_CuO = x mol

Ta có: m_{hỗn hợp} = m_Cu + m_CuO = 0,45. 64 + 80x = 30,00

⇒ x = 0,015 ⇒ n_CuO = 0,015 mol ⇒ m_CuO = 0,015. 80 = 1,2 g

(Hoặc m_CuO = 30 - 0,45. 64 = 1,2g)

Bài 7 (Trang 45 – SGK)

Để điều chế được 5,000 tấn axit nitric nồng độ 60,0% cần dùng bao nhiêu tấn amoniac? Biết rằng sự hao hụt amoniac trong quá trình sản xuất là 3,8%.

Hướng dẫn giải

Khối lượng HNO₃ nguyên chất là: (5.60)/100 = 3 tấn

Sơ đồ phản ứng điều chế HNO₃ từ NH₃

\[4N{{H}_{3}}+5{{O}_{2}}\xrightarrow[pt]{850-{{900}^{0}}C}4NO+6{{H}_{2}}O\] (1)

2NO + O₂ → 2NO  (2)

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃    (3)

Từ các phương trình trên ta có sơ đồ hợp thức: NH₃ → HNO₃          (4)

Theo sơ đồ điều chế n_HNO3 = n_NH3

⇒ m_NH3 = (3/63). 17 = 0,809524 tấn

Khối lượng NH₃ hao hụt là 3,8% nghĩa là hiệu suất đạt 100 - 3,8 =96,2%

Vậy khối lương amoniac cầ dùng là: 0,809524 / (96,2%)= 0,8415 tấn

 

Bài viết gợi ý: