Bài 9. Axit Nitric Và Muối Nitrat - Củng Cố Kiến Thức

A. Axit nitric

I. Cấu tạo phân tử

Axit nitric ($HNO_3$) có công thức cấu tạo:

Trong hợp chất $HNO_3$, nitơ có số oxi hóa cao nhất là +5.

II. Tính chất vật lí

- Axit nitric là chất lỏng, không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm, D = 1,53 $g/cm^3$.

- Axit nitric kém bền: ở điều kiện thường khi có ánh sáng, dung dịch axit nitric đặc bị phân hủy một phần giải phóng khí nitơ đioxit. 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. Trong phòng thí nghiệm thường có loại $HNO_3$ đặc nồng độ 68%, D = 1,40 $g/cm^3$.

III. Tính chất hóa học

1. Tính axit

Axit nitric là một trong các axit mạnh nhất, trong dung dịch loãng nó phân li hoàn toàn thành ion $H^+$ và ion $NO_3^-$. Dung dịch $HNO_3$ làm đỏ quỳ tím; tác dụng với oxit bazơ, bazơ và muối của axit yếu hơn tạo ra muối nitrat.

2. Tính oxi hóa

Axit nitric có tính oxi hóa mạnh. Tùy vào nồng độ của axit và độ mạnh yếu của chất khử mà $HNO_3$ có thể bị khử đến các sản phẩm khác nhau của nitơ.

a. Tác dụng với kim loại

Axit nitric oxi hóa được hầu hết các kim loại trừ Pt và Au. Khi đó, kim loại bị oxi hóa đến mức oxi hóa cao nhất và tạo ra muối nitrat. Nếu dùng dung dịch $HNO_3$ đặc thì sản phẩm là $\mathop N\limits^{ + 4} {O_2}$, còn dung dịch loãng thì tạo thành $\mathop N\limits^{ + 2} {O}$.

Với các kim loại có tính khử mạnh như Mg, Al, Zn, ..$H\mathop N\limits^{ + 5} {O_3}$ loãng có thể bị khử đến $\mathop {{N_2}}\limits^{ + 1} O$, $\mathop {{N_2}}\limits^0 $ hoặc $\mathop N\limits^{ - 3} {H_4}N{O_3}$.

Trong dung dịch $HNO_3$ đặc, nguội, Al và Fe bị thụ động hóa do tạo ra một lớp màng oxit bền, bảo vệ cho kim loại khỏi tác dụng của các axit nên dùng bình làm bằng nhôm hoặc sắt để đựng $HNO_3$ đặc.

b. Tác dụng với phi kim

Khi đun nóng, $HNO_3$ đặc có thể oxi hóa được các phi kim như C, S, P, ...

c. Tác dụng với hợp chất

$HNO_3$ đặc còn oxi hóa được nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ: vải, giấy, mùn cưa, dầu thông, ... bị phá hủy hoặc bốc cháy khi tiếp xúc với $HNO_3$ đặc.

IV. Ứng dụng

Axit nitric được dùng để:

- Điều chế phân đạm $NH_4NO_3, Ca(NO_3)_2$, ...

- Sản xuất thuốc nổ: trinitrotoluen (TNT); thuốc nhuộm; dược phẩm; ...

V. Điều chế

1. Trong phòng thí nghiệm

Đun hỗn hợp natri nitrat hoặc kali nitrat rắn với axit sunfuric đặc:

$NaN{O_3} + {\text{ }}{H_2}S{O_4} \to {\text{ }}HN{O_3} + {\text{ }}NaHS{O_4}$

2. Trong công nghiệp

Sản xuất axit nitric từ amoniac gồm ba giai đoạn:

a. Oxi hóa khí amoniac bằng oxi không khí thành nitơ monooxit (NO):

$4\mathop N\limits^{ - 3} {H_3} + {\text{ }}5{O_2}\xrightarrow[{Pt}]{{850 - {{900}^o}C}}4\mathop N\limits^{ + 2} O{\text{ }} + 6{H_2}O$ ∆H<0

b. Oxi hóa nitơ monooxit thành nitơ đioxit bằng oxi không khí ở điều kiện thường:

$2NO{\text{ }} + {\text{ }}{O_2} \to {\text{ }}2N{O_2}$

c. Nitơ đioxit tác dụng với nước và oxi thành axit nitric:

$4N{O_2} + {\text{ }}{O_2} + {\text{ }}2{H_2}O \to {\text{ }}4HN{O_3}$

Để có axit nitric với nồng độ cao hơn 68%, người ta chưng cất axit này với $H_2SO_4$ đậm đặc.

B. Muối nitrat

I. Tính chất của muối nitrat

1. Muối nitrat dễ tan trong nước và là chất điện li mạnh.

Trong dung dịch loãng, chúng phân li hoàn toàn thành các ion.

2. Phản ứng nhiệt phân

Muối nitrat dễ bị nhiệt phân hủy, giải phóng oxi nên ở nhiệt độ cao chúng có tính oxi hóa mạnh.

Muối nitrat của kim loại hoạt động mạnh (K, Na, …) bị phân hủy tạo ra muối nitrit và $O_2$.

Muối nitrat của magie, kẽm, sắt, chì, đồng, … bị phân hủy tạo ra oxit của kim loại tương ứng, $NO_2$ và $O_2$.

Muối nitrat của bạc, vàng, thủy ngân,... bị phân hủy tạo thành kim loại tương ứng, $NO_2$ và $O_2$.

3. Nhận biết ion nitrat

- Trong môi trường trung tính, ion $NO_3^-$ không có tính oxi hóa.

- Trong môi trường axit, ion $NO_3^-$ thể hiện tính oxi hóa giống như $HNO_3$.

Để nhận biết ion $NO_3^-$ trong dung dịch, người ta thêm một ít vụn đồng và dung dịch $H_2SO_4$ loãng vào rồi đun nóng nhẹ hỗn hợp. Phản ứng tạo thành dung dịch màu xanh, khí NO không màu thoát ra bị oxi của không khí oxi hóa thành khí $NO_2$ màu nâu đỏ.

$3Cu{\text{ }} + 8{H^ + }{\text{ }} + {\text{ }}2NO_3^ - \xrightarrow{{{t^o}}}3C{u^{2 + }}{\text{ }} + {\text{ }}2NO \uparrow {\text{ }} + {\text{ }}4{H_2}O$ (dd màu xanh)

$[2NO{\text{ }} + {\text{ }}{O_2}\left( {không{\text{ }}khí } \right) \to 2N{O_2}$ (màu nâu đỏ)

II. Ứng dụng

- Muối nitrat được sử dụng chủ yếu làm phân bón hóa học (phân đạm): $NH_4NO_3$, $NaNO_3$, $KNO_3$, $Ca(NO_3)_2$.

- Kali nitrat còn được sử dụng để chế thuốc nổ đen (thuốc nổ có khói) chứa 75% $KNO_3$, 10% S và 15% C.

C. Chu trình của nitơ trong tự nhiên