Bài 9 Axit nitric và muối nitrat A AXIT NITRIC I Cấu tạo phân tử Công thức cấu tạo của HNO3 Chú ý Mũi tên trong công thức cấu tạo trên cho biết cặp electron liên kết chỉ do nguyên tử N cung cấp Trong[.]
Trang 1Bài 9: Axit nitric và muối nitrat
A AXIT NITRIC
I Cấu tạo phân tử
- Công thức cấu tạo của HNO3:
Chú ý: Mũi tên trong công thức cấu tạo trên cho biết cặp electron liên kết chỉ do nguyên tử N cung cấp
- Trong hợp chất HNO3, nitơ có số oxi hóa cao nhất là +5
II Tính chất vật lý
- Axit nitric tinh khiết là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm
- Axit nitric không bền, khi có ánh sáng phân hủy một phần sinh ra khí NO2 Khí này tan trong dung dịch axit, làm cho dung dịch có màu vàng
4HNO3 ⎯⎯→as 4NO2↑ + O2↑ + 2H2O
- Axit nitric tan vô hạn trong nước Trong phòng thí nghiệm thường có loại HNO3 đặc nồng độ 68%, D = 1,4 g/cm3
III Tính chất hóa học
1 Tính axit
- Axit nitric là một trong số các axit mạnh nhất, trong dung dịch phân li hoàn toàn:
HNO → H NO++ −
- Dung dịch axit HNO3 có đầy đủ tính chất của một dung dịch axit: làm đỏ quỳ tím, tác dụng với oxit bazơ, bazơ, muối của axit yếu hơn
Thí dụ:
CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O
NaOH + HNO3 → NaNO3 + H2O
CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2↑ + H2O
2 Tính oxi hóa
- HNO3 có tính oxi hóa mạnh
- Kim loại hay phi kim khi gặp axit HNO3 đều bị oxi hóa lên trạng thái có mức oxi hóa cao nhất
a) Tác dụng với kim loại
- HNO3 oxi hóa hầu hết các kim loại trừ vàng (Au) và platin (Pt)
* Với những kim loại có tính khử yếu: Cu, Ag,
Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
3Cu + 8HNO3 (loãng) → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
Trang 2* Khi tác dụng với những kim loại có tính khử mạnh hơn: Mg, Zn, Al, thì
HNO3 loãng có thể bị khử đến N2O, N2 hoặc NH4NO3
8Al + 30HNO3 (loãng) → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O
4Zn + 10HNO3 (loãng) → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
* Lưu ý: Fe, Al, Cr bị thụ động hóa trong dung dịch HNO3 đặc, nguội
b) Tác dụng với phi kim
- Khi đun nóng, HNO3 đặc có thể tác dụng với phi kim: C, P, S, …(trừ N2 và halogen) Thí dụ:
S + 6HNO3 (đ) → H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O
c) Tác dụng với hợp chất
- H2S, HI, SO2, FeO, muối sắt (II), … có thể tác dụng với HNO3
Thí dụ:
3FeO + 10HNO3 (đ) → 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 5H2O
3H2S + 2HNO3 (đ) → 3S↓ + 2NO↑ + 4H2O
- Nhiều hợp chất hữu cơ như giấy, vải, dầu thông, … bốc cháy khi tiếp xúc với HNO3 đặc
IV Ứng dụng
- Phần lớn sử dụng để điều chế phân đạm NH4NO3, …
- Ngoài ra, sử dụng sản xuất thuốc nổ, thuốc nhuộm, dược phẩm, …
V Điều chế
1 Trong phòng thí nghiệm
Axit HNO3 được điều chế bằng cách cho natri nitrat hoặc kali nitrat rắn tác dụng với axit H2SO4 đặc, nóng:
NaNO3 (rắn) + H2SO4 (đặc)
o
t
⎯⎯→ HNO3 + NaHSO4
Hình 1: Điều chế axit nitric trong phòng thí nghiệm
2 Trong công nghiệp
- Được điều chế từ NH3 qua ba giai đoạn:
NH3 ⎯⎯→ NO (1) ⎯⎯→(2) NO2 ⎯⎯→(3) HNO3
a) Oxi hóa khí amoniac bằng oxi không khí
Trang 34NH3 + 5O2 ⎯⎯⎯⎯→850 900 C−Pt 4NO + 6H2O; H 0
2NO + O2 → 2NO2
4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3
Dung dịch HNO3 thu được thường có nồng độ 52 – 68% Để có HNO3 có nồng độ cao hơn 68% người ta thường chưng cất axit này với HNO3 đậm đặc
B MUỐI NITRAT
- Muối của axit nitric được gọi là nitrat
Thí dụ: natri nitrat NaNO3, bạc nitrat AgNO3,…
I Tính chất vật lý
- Tất cả các muối nitrat đều dễ tan trong nước, là chất điện li mạnh trong dung dịch phân li hoàn toàn thành các ion
Thí dụ:
Ca(NO3)2 → Ca2+ + 2NO3−
- Ion NO3− không màu, màu của 1 số muối nitrat là do màu của cation kim loại
II Tính chất hóa học
1 Nhiệt phân muối nitrat
a) Muối nitrat của các kim loại hoạt động mạnh (kali, natri,…)
Muối nitrat ⎯⎯→t o Muối nitrit + O2↑
Thí dụ:
2NaNO3
o
t
⎯⎯→ 2NaNO2 + O2↑
b) Muối nitrat của Mg, Zn, Fe, Pb, Cu,…
Muối nitrat ⎯⎯→t o Oxit kim loại + NO2↑ + O2↑
Thí dụ:
2Cu(NO3)2
o
t
⎯⎯→ 2CuO + 4NO2↑ + O2↑ 4Fe(NO3)2
o
t
⎯⎯→ 2Fe2O3 + 8NO2↑ + O2↑
c) Muối nitrat của những kim loại Ag, Au, Hg,…
Muối nitrat ⎯⎯→t o Kim loại + NO2↑ + O2↑
Thí dụ:
2AgNO3
o
t
⎯⎯→ 2Ag + 2NO2↑ + O2↑
2 Nhận biết ion nitrat
- Trong môi trường trung tính NO3−không có tính oxi hóa
- Trong môi trường axit, ion NO3− thể hiện tính oxi hóa giống như HNO3
Trang 4⇒ Thuốc thử dùng để nhận biết ion NO3− là một ít vụn đồng và dung dịch H2SO4
loãng, đun nóng
Hiện tượng: dung dịch có màu xanh, khí không màu hóa nâu đỏ trong không khí
3Cu + 8H+ + 2NO3− → 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O
2NO + O2 (không khí) → 2NO2 (màu nâu đỏ)
III Ứng dụng
- Các muối nitrat được sử dụng chủ yếu làm phân bón hóa học (phân đạm) trong nông nghiệp như NH4NO3, NaNO3, KNO3, Ca(NO3)2
Hình 2: Một số loại phân đạm
- KNO3 còn được sử dụng để chế thuốc nổ đen (thuốc nổ khói) Thuốc nổ đen chứa 75% KNO3, 10%S và 15% C
C Chu trình của nitơ trong tự nhiên
Nguyên tố nitơ rất cần cho sự sống trên Trái Đất Trong tự nhiên, luôn luôn diễn ra các quá trình chuyển hóa nitơ từ dạng này sang dạng khác theo một chu trình tuần hoàn khép kín
Hình 3: Chu trình của nitơ trong tự nhiên