Axit nitric và muối nitrat

A. Lý thuyết:

A. AXIT NITRIC

I. Cấu tạo phân tử:
-CTCT:
– Trong phân tử HNO_3,N có số oxi hóa là +5, hóa trị IV

II. Tính chất vật lý:
– Axit nitric tinh khiết là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm, D=1,53g/cm³ , sôi ở 86⁰C. Axit nitric tinh khiết kém bền, ngay ở điều kiện thường khi có ánh sáng bị phân hủy một phần giải phóng khí nitơ đioxit (NO₂). Khí này tan trong dung dịch axit, làm cho dung dịch có màu vàng.
– Axit nitric tan trong nước theo bất kì tỉ lệ nào.

III. Tính chất hóa học:
– Axit mạnh: $HN{{O}_{3}}\to {{H}^{+}}+NO_{3}^{-}$
– Số OXH của N là +5 cao nhất nên chỉ có thể giảm => tính oxi hoá

1. Tính axít : HNO₃ là axít mạnh
– Quỳ tím hoá đỏ
– Tác dụng với oxít bazơ, bazơ, muối của các axít yếu tạo ra muối nitrat.
$2HN{{O}_{3}}+CuO\to Cu{{(N{{O}_{3}})}_{2}}+{{H}_{2}}O$
$2HN{{O}_{3}}+Ba{{(OH)}_{2}}\to Ba{{(N{{O}_{3}})}_{2}}+2{{H}_{2}}O$
$2HN{{O}_{3}}+CaC{{O}_{3}}\to Ca{{(N{{O}_{3}})}_{2}}+C{{O}_{2}}\uparrow +{{H}_{2}}O$

2. Tính oxi hoá:
– HNO₃có số OXH + 5 có thể bị khử thành: $\overset{0}{\mathop{{{N}_{2}}}}\,;\overset{+1}{\mathop{{{N}_{2}}}}\,O;\overset{+2}{\mathop{N}}\,O;\overset{+4}{\mathop{N}}\,{{O}_{2}};\overset{-3}{\mathop{N}}\,{{H}_{4}}N{{O}_{3}}$ tuỳ theo nồng độ HNO₃ và khả năng khử của chất tham gia.

a. Tác dụng với kim loại:
-Oxy hoá hầu hết kim loại (trừ Au, Pt):
$3Cu+8HN{{O}_{3(l)}}\to 3Cu{{(N{{O}_{3}})}_{2}}+2NO\uparrow +4{{H}_{2}}O$
$Cu+4HN{{O}_{3d}}\to Cu{{(N{{O}_{3}})}_{2}}+2N{{O}_{2}}\uparrow +2{{H}_{2}}O$
$4Zn+10HN{{O}_{3(l)}}\to 4Zn{{(N{{O}_{3}})}_{2}}+N{{H}_{4}}N{{O}_{3}}+3{{H}_{2}}O$
– Fe, Al, Cr thụ động hoá với HNO₃đặc, nguội

b. Tác dụng với phi kim:
HNO₃đặc, nóng OXH được một số phi kim C,S,P,… → NO₂
$C+4HN{{O}_{3}}\to C{{O}_{2}}+4N{{O}_{2}}\uparrow +2{{H}_{2}}O$
$S+6HN{{O}_{3}}\to {{H}_{2}}S{{O}_{4}}+6N{{O}_{2}}\uparrow +2{{H}_{2}}O$

c. Tác dụng với hợp chất:
– HNO₃ đặc oxi hoá nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ
$FeO+4HN{{O}_{3}}\to Fe{{(N{{O}_{3}})}_{3}}+N{{O}_{2}}\uparrow +2{{H}_{2}}O$
$3{{H}_{2}}S+2HN{{O}_{3}}\to 2S+2NO+4{{H}_{2}}O$
– Vải, giấy, mùn cưa, dầu thông….bị phá huỷ khi tiếp xúc HNO₃ đặc

IV. Ứng dụng:
Axit HNO₃ là một trong những hóa chất cơ bản quan trọng. Phần lớn axit HNO₃ sản xuất trong công nghiệp được dùng để điều chế phân đạm NH₄NO₃. HNO₃còn được dùng để sản xuất thuốc nổ (thí dụ trinitrotoluen (TNT),…), thuốc nhuộm, dược phẩm,…

V. Điều chế:

1.Trong PTN:
Cho tinh thể NaNO₃ (hoặc KNO₃) tác dụng với H₂SO₄ đặc, đun nóng
$NaN{{O}_{3(r)}}+{{H}_{2}}S{{O}_{4d}}\xrightarrow{{{t}^{o}}}HN{{O}_{3}}+NaHS{{O}_{4}}$

2. Trong CN:
* Sản xuất HNO₃ từ NH₃, không khí: Gồm 3 giai đoạn
– Oxi hoá khí NH₃ bằng oxi kk thành NO:
$4N{{H}_{3}}+5{{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{o}},xt}4NO+6{{H}_{2}}O$
-Oxi hoá NO thành NO₂ bằng oxi kk ở điều kiện thường:
$2NO+{{O}_{2}}\to 2N{{O}_{2}}$
– NO₂ tác dụng với nước và oxi kk tạo HNO₃:
$4N{{O}_{2}}+{{O}_{2}}+2{{H}_{2}}O\to 4HN{{O}_{3}}$
=> Dung dịch HNO₃có nồng độ 52 – 68 %. Để HNO₃ có nồng độ cao hơn ta chưng cất với H₂SO₄ đặc.

Muối nitrat

I. Tính chất của muối nitrat:
1. Tính chất vật lý:
– Tất cả các muối nitrat đều tan trong nước và là chất điện li mạnh.

2. Tính chất hoá học:
-Các muối nitrat đều kém bền bởi nhiệt, khi đun nóng muối nitrat có tính OXH mạnh.
-Sản phẩm phân huỷ phụ thuộc vào bản chất của cation kim loại:
* Kim loại đứng trước Mg: muối Nitrit + O₂
$2KN{{O}_{3}}\xrightarrow{{{t}^{o}}}2KN{{O}_{2}}+{{O}_{2}}$
* Từ Mg đến Cu: Oxit kim loại + NO₂+ O₂
$2Cu{{(N{{O}_{3}})}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{o}}}2CuO+4N{{O}_{2}}+{{O}_{2}}$

* Kim loại sau Cu: Kim loại + NO₂ + O₂
$2AgN{{O}_{3}}\xrightarrow{{{t}^{o}}}2Ag+2N{{O}_{2}}+{{O}_{2}}$

II. Ứng dụng muối nitrat:
Các muối nitrat được sử dụng chủ yếu để làm phân bón hóa học (phân đạm) trong nông nghiệp như:NH₄NO₃, NaNO₃, KNO₃, Ca(NO₃)₂.
Natri nitrat là hợp chất hoá học có công thức NaNO3. Muối này, còn được biết đến với cái tên, diêm tiêu Chile hay diêm tiêu Peru (do hai nơi này có lượng trầm tích lớn nhất). Natri nitrat được dùng như một chất nguyên liệu; trong phân bón, nghề làm pháo hoa, nguyên liệu của bom khói, chất bảo quản, và như một tên lửa đẩy, cũng như thuỷ tinh và men gốm.
Kali nitrat còn được sử dụng để chế thuốc nổ đen (thuốc nổ có khói). Thuốc nổ đen chứa 75% KNO₃.

B. Bài tập:
1. Dạng 1: Bài tập về tính oxi hóa mạnh của HNO₃

* Lưu ý:
+ Với axit đặc, nóng tạo ra sản phẩm NO₂
+ Với axit loãng, thường cho ra NO. Nếu chất khử có tính khử mạnh, nồng độ axit và nhiệt độ thích hợp có thể cho ra N₂O, N₂, NH₄NO₃.
+ Với axit HNO₃đặc thì có một số kim loại (Fe, Al, Cr, . . .) không phản ứng do bị thụ động hóa.
+ Với các oxit bazơ hoặc bazơ có tính khử thì ngoài phản ứng oxi hóa khử còn có thêm phản ứng trung hòa.
+ Với kim loại có nhiều hóa trị (như Fe, Cr), nếu dùng dư axit sẽ tạo muối hóa trị 3 của kim loại (Fe³⁺, Cr³⁺); nếu axit dùng thiếu, dư kim loại sẽ tạo muối hóa trị 2 (Fe²⁺, Cr²⁺), hoặc có thể tạo đồng thời 2 loại muối.
+ Các chất khử phản ứng với muối NO₃^– trong môi trường axit tương tự phản ứng với HNO₃. Ta cần quan tâm bản chất phản ứng là phương trình ion.

a. Phương pháp bảo toàn electron.
Định luật bảo toàn electron :Trong phản ứng oxi hóa – khử, tổng số electron mà các chất khử nhường luôn bằng tổng số electron mà các chất oxi hóa nhận.

VD: Hoà tan hoàn toàn 9,74 gam hỗn hợp Cu và Ag bằng HNO₃ loãng thu được 1,12 lít khí NO(đktc). Khối lượng mỗi kim loại Cu và Ag trong hỗn hợp lần lượt là
A. 2,72 và 7,02. B. 7,02 và 2,72 C. 0,0425 và 0,065. D. 0,065 và 0,0425.
Lời giải:

$Cu\to C{{u}^{2+}}+2e$
x $\to$ x $\to$ 2x

$Ag\to A{{g}^{+}}+1e$
y $\to$ y $\to$ y

$\overset{+5}{\mathop{N}}\,+3e\to \overset{+2}{\mathop{N}}\,O$
0,15 $\to$ 0,05

=> 2x+y=0,15 và 64x+108y=9,74.
Vậy x=0,0425 mol; y=0,065 mol
=> mCu=2,72gam; mAg=7,02gam.
Đáp án A.

b.Phương pháp bảo toàn khối lượng
Định luật bảo toàn khối lượng: Trong các phản ứng hóa học thì tổng khối lượng các chất trước và sau phản ứng không thay đổi.

VD: Để m gam bột sắt ngoài không khí sau một thời gian thu được 16,4gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe₃O₄ và Fe₂O₃. Hoà tan hoàn toàn X trong dung dịch HNO₃ dư thu được 0,15mol NO và 0,1mol NO₂. Giá trị của m là
A. 29,12. B. 14,56. C. 43,69. D. 28,00.
Lời giải:
Ta xét quá trình oxi hóa đầu và cuối:

$Fe\to F{{e}^{3+}}+3e$
$\frac{m}{56}$ $\frac{3m}{56}$

$\overset{+5}{\mathop{N}}\,+3e\to \overset{+2}{\mathop{N}}\,O$
0,45 0,15

$\overset{+5}{\mathop{N}}\,+e\to \overset{+4}{\mathop{N}}\,{{O}_{2}}$
0,1 0,1

$\overset{0}{\mathop{O}}\,$

$+2e$

$\to \overset{-2}{\mathop{O}}\,$

$\frac{16,4-m}{16}$

$\frac{16,4-m}{8}$

Vậy $\frac{3m}{56}=0,45+0,1+\frac{16,4-m}{8}$
=> m=14,56 gam.
=> Chọn đáp án B

Lưu ý: Nếu đề yêu cầu xác định số mol HNO₃ thì chỉ cần dựa vào (3) và (4) thì số mol HNO₃ = số mol H⁺ = 4.ⁿNO+ 2.ⁿNO₂ = 4.0,15 + 2.0,1 = 0,8 (mol)

2. Dạng 2: Nhiệt phân muối nitrat
VD: Đem nung nóng m gam Cu(NO₃)₂ một thời gian, để nguội, đem cân lại thấy khối lượng giảm 54 gam. Biết hiệu suất phản ứng là 80%. Giá trị m là :
A. 117,5 gam. B. 49 gam. C. 94 gam. D. 98 gam.
Lời giải:

$2Cu{{(N{{O}_{3}})}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{o}}}$	$2CuO+4N{{O}_{2}}+{{O}_{2}}$
x	x

Sau phản ứng khối lượng chất rắn giảm là :
188x – 80x = 54 => x= 0,5.
Vậy ta có :
Khối lượng Cu(NO₃)₂phản ứng= 0,5.188 = 94 gam
=> m= 94/80% = 117,5 gam.
=> Đáp án A.