Hoá học 11 Bài 9: Axit nitric và muối nitrat

a. Cấu tạo phân tử

- Trong ptử HNO₃: N có số oxi hóa là +5

b. Tính chất vật lí

- Axit nitric tinh khiết là chất lỏng, không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm.

- Axit nitric kém bền. Ngay ở điều kiện thường, khi có ảnh sáng, dung dịch axit nitric bị phân hủy một phần giải phóng nitơ đioxit. Khí này tan trong dung dịch axit làm dung dịch có màu vàng.

- Axit nitric tan trong nước ở bất kì tỉ lệ nào. Trong phòng thí nghiệm thường có loại HNO₃ nồng độ 68%.

c. Tính chất hóa học

- HNO₃ phân li tạo  H⁺ và NO₃^-  ⇒ là axit mạnh

- ​HNO₃ với N có số oxi hóa cao nhất ⇒ tính oxi hóa

Tính axit

HNO₃ là axít mạnh

- Quỳ tím hoá đỏ

- Tác dụng với oxít bazơ, bazơ, muối của các axít yếu tạo muối nitrat.

2HNO₃ + CuO → Cu(NO₃)₂ + H₂O

2HNO₃ +Ca(OH)₂  → Ca(NO₃)₂+2H₂O

2HNO₃ + CaCO₃ →  Ca(NO₃)₂ + CO₂ + H₂O

- Các em chú ý quan sát thí nghiệm sau đây: 

Video 1: Phản ứng giữa Na₂CO₃ và HNO₃

- Hiện tượng: Bột Na₂CO₃ tan ra. xuất hiện khí không màu

- Giải thích: Phản ứng giữa Na₂CO₃ và HNO₃ diễn ra, tạo khí không màu là CO₂

Tính oxi hoá

HNO₃ có số oxi hóa +5 có thể bị khử thành: N₂, N₂O, NO, NO₂, NH₄NO₃ tuỳ theo nồng độ HNO₃ và khả năng khử của chất tham gia. 

Tác dụng với kim loại

*Lưu ý:

N₂O là khí vui, khí gây cười.

N₂ không duy trì sự sống, sự cháy

NH₄NO₃ không sinh ra ở dạng khí, nhưng khi cho kiềm vào dd, thấy có khí mùi khai.

- Oxi hoá hầu hết kim loại (trừ Au, Pt).

3Cu +8HNO_3(l)  → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Cu + 4HNO_3đ  →  Cu(NO₃)₂  + 2NO₂ + 2H₂O

- Fe, Al, Cr  thụ động hoá với HNO3 đặc, nguội.

- Các em chú ý quan sát các thí nghiệm sau đây: 

Video 2: Phản ứng của đồng tiền (Đồng) và axit nitric

- Hiện tượng: Đồng tiền với chất liệu bằng đồng tan ra, sủi bọt khí không màu, sau đó hóa nâu trong không khí, dung dịch chuyển thành màu xanh

- Giải thích: Đồng phản ứng với dung dịch axit nitric tạo dung dịch Cu²⁺ có màu xanh đặc trưng, thoát ra khí NO, khí NO phản ứng với oxi không khí tạo ra NO2 có màu nâu đỏ.

Tác dụng với phi kim

HNO₃ đặc, nóng oxi hóa được một số phi kim C,S,P,... tạo NO₂

C + 4HNO₃ → CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

S + HNO₃ → H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O

Video 3: Phản ứng giữa HNO₃ và S

- Hiện tượng: Bột lưu huỳnh tan ra một phần, có khí thoát ra. Khi thử dung dịch tạo thành bằng dung dịch BaCl₂ thấy có kết tủa trắng

- Giải thích: HNO₃ phản ứng với S tạo khí NO₂. Sản phẩm tạo thành có chứa H₂SO₄ nên  khi thử dung dịch bằng BaCl₂ thấy có kết tủa trắng BaSO₄

Tác dụng với  hợp chất

- HNO₃ đặc oxi hoá nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ

FeO + HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO₂ + 2H₂O

- Vải, giấy, mùn cưa, dầu thông….bị phá huỷ khi tiếp xúc HNO₃ đặc

d. Ứng dụng

e. Điều chế

Trong phòng thí nghiệm

Cho tinh thể  NaNO₃ (hoặc KNO₃) tác dụng với H₂SO₄ đặc, đun nóng

NaNO₃ + H₂SO_4(đ) → HNO₃ + NaHSO₄       

Trong Công nghiệp

Sản xuất HNO₃ từ NH₃, không khí: Gồm 3 giai đoạn

- Oxi hoá khí NH₃ bằng oxi kk thành NO:

4NH₃+ 5O₂  →  4NO +6H₂O  

- Oxi hoá NO thành NO₂ bằng oxi kk ở điều kiện thường :   

2NO + O₂ → 2NO₂

- NO₂ tác dụng với nước và oxi không khí tạo HNO₃:

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

Dung dịch HNO₃ có nồng độ 52 – 68 %

→ Để HNO₃ có nồng độ cao hơn: Chưng cất với H₂SO₄ đậm đặc.

a. Tính chất  của muối nitrat

Tính chất vật lý

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

Ca(NO₃)₂ → Ca ²⁺ + 2NO₃^-

KNO₃ → K⁺ + NO₃^-

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

Ví dụ: 2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂

- Từ Mg đến Cu → Oxit kim loại  + NO₂ +  O₂

Ví dụ: 2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂ + O₂

- Kim loại sau Cu → Kim loại + NO₂ + O₂     

Ví dụ: 2AgNO₃  →​ 2Ag + 2NO₂ + O₂

b. Ứng dụng của muối nitrat

Phân đạm trong nông nghiệp như NH₄NO₃, NaNO₃, KNO₃, Ca(NO₃)₂, ...

Kali nitrat còn được sử dụng làm thuốc nổ đen (thuốc nổ có khói)

(1). Cây xanh đồng hóa nitơ chủ yếu ở dạng muối nitrat và muối amoni, chuyển hóa thành protein thực vật. Động vật đồng hóa protein thực vật, tạo ra protein động vật. Các chất hữu cơ do động vật bài tiết ra (phân, nước tiểu,...) cũng như xác động vật lại chuyển thành hợp chất hữu cơ chứa nitơ. Nhờ những loại vi khuẩn khác nhau có trong đất, một phần các hợp chất này chuyển hóa thành amoniac, rồi thành muối nitrat, phần còn lại thoát ra ở dạng nitơ tự do bay vào khí quyển. Khi các chất hữu cơ (than gỗ, than đá, than bùn,...) bị đốt cháy, nitơ tự do cũng được thoát ra.

(2). Trên thực tế, có một số quá trình tự nhiên cho phép bù lại một phần lượng nitơ bị mất.

- Trong mưa giông, khi có sự phóng điện do sấm sét một phần nitơ tự do trong khí quyển kết hợp với oxi tạo thành khí NO, rồi chuyển hóa thành HNO₃ và theo nước mưa thấm vào đất. HNO₃ chuyển thành muối nitrat khi kết hợp với muối cacbonat, thí dụ canxi cacbonat có trong đất.

- Một số loại vi khuẩn, đặc biệt là các vi khuẩn cố định đạm sống ở rễ cây họ đậu có khả năng hấp thụ nitơ từ khí quyển và chuyển hóa thành các hợp chất chứa nitơ.

(3). Để tăng năng suất mùa màng, lượng nitơ chuyển từ khí quyển vào đất vẫn không thể đủ. Người ta ước tính lượng nitrat tái sinh tự nhiên chỉ bằng một nửa lượng nitrat bị hấp thụ. Do đó, cần phải bón vào đất những hợp chất chứa nitơ dưới dạng các loại phân bón hữu cơ và vô cơ.

2. Bài tập minh họa

Bài 1: Cho m (g) hỗn hợp Fe và Cu tác dụng hết với 100 ml dung dịch HNO₃ 2,4 M có nung nóng thu được dung dịch A và một khí màu nâu đỏ. Cô cạn dung dịch A thu được 10,48 g hỗn hợp 2 muối khan.

a, Tính m (g)?

b, Cho 2 muối trong dung dịch A tác dụng với 200 ml dung dịch NaOH. Tính nồng độ mol/l của dung dịch NaOH dùng cho phản ứng?

Hướng dẫn giải

n_HNO3 = 0,1.2,4 = 0,24 mol;

2H⁺ + NO₃^- + e → NO₂ + H₂O

a.n_NO3^- tạo muối = 0,12 mol

m_muối = m + m_NO3^- = m + 0,12.62 → m = 10,48 – 7,44 = 3,04 gam

b. Ta có n_Na⁺ = n_NO3^- tạo muối = 0,12 mol → C_M(NaOH) = 0,12/0,2 = 0,6 M

Bài 1: Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 46,4 gam hỗn hợp chất rắn X. Hoà tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO₃ dư, thoát ra 8,96 lít (đktc) NO (sản phẩm khử duy nhất) và dd Y chứa m1 gam muối nitrat.

a. Tính giá trị của m, m1 ?

b. Số mol của HNO₃ đã phản ứng là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Fe + O₂ → crX + HNO₃ ^to→ Fe³⁺ + NO

Trong quá trình phản ứng xảy ra sự trao đổi e của Fe, N, O

a. Bảo toàn e ta có: m/56.3= (46,4-m)/32.4 + 0,4.3 => m = 39,2 gam

Khối lượng muối thu được: m = m_Fe(NO3)₃ = 0,7.242 = 169,4 gam

b. Số mol HNO₃ phản ứng: n = n_NO3^- tạo muối + n_NO = 0,7.3 + 0,4 = 2,5 mol

Bài 2: Nung 2,23 gam hh X gồm (Fe, Cu, Ag) trong oxi một thời gian thu được 2,71 gam hh Y. Hoà tan Y bằng dung dịch HNO₃ dư, thu được 0,672 lít khí NO (sp khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch A. Cô cạn dung dịch A thu được m gam muối. Tính khối lượng muối tạo thành và mol HNO₃ phản ứng?

Hướng dẫn giải

Số mol NO₃^- tạo muối là: n_NO3^- tạo muối = 3.n_NO = 0,03.3 = 0,09 mol

Khối lượng muối tạo thành: m = m_X + m_NO3-^- tạo muối = 2,23 + 0,09.62 = 7,81 gam

Số mol oxi tham gia phản ứng: n_O2 = (2,71-2,23)/32 = 0,015 mol => n_O = 0,03 mol

Số mol HNO₃ đã phản ứng là: n = 4.n_NO + 2.n_O = 0,18 mol

Bài 1: Cho 1,92 gam đồng vào 100 ml dung dịch chứa đồng thời KNO₃ 0,16M và H₂SO₄ 0,4M thấy sinh ra một chất khí có tỉ khối hơi so với H₂ là 15 và dung dịch A.

a) Viết phương trình ion thu gọn của phản ứng và tính thể tích khí sinh ra ở đktc.

b) Tính thể tích dung dịch NaOH 0,5M tối thiểu cần dùng để kết tủa toàn bộ ion Cu²⁺ trong dung dịch A.

Hướng dẫn giải

a) n_Cu = 1,92/64 = 0,03 mol; n_KNO3 = 0,16 × 0,1 = 0,016 mol; n_H2SO₄ = 0,4 × 0,1 = 0,04 mol

Vậy trong 100 ml dung dịch trên có 0,016 mol NO₃ và 0,08 mol H⁺

Khí sinh ra có M = 30 chỉ có thể là NO theo phương trình phản ứng sau:

                    3Cu   +       8H⁺      +     2NO₃   →   3Cu²⁺  +   2NO      +    4H₂O (1)

Ban đầu:      0,03        0,080            0,016             0               0    mol

p.ư:             0,024       0,064            0,016          0,024         0,016   mol

Sau pư:       0,006       0,016             0              0,0024         0,016   mol

Vậy V_NO(đktc) = 0,016 x´ 22,4 = 0,3584 lít.

b) Dung dịch A thu được sau cùng có chứa: 0,016 mol H⁺ và 0,024 mol Cu²⁺. Khi cho NaOH vào dung dịch A, trước hết xảy ra phản ứng:

OH^- + H⁺ → H₂O (2)

Sau đó xảy ra phản ứng:

Cu²⁺ + 2OH^- → Cu(OH)2 (3)

Vậy n_NaOH = 0,016 + 0,048.2 = 0,112 mol

V_{ddNaOH 0,5M} (tối thiểu cần) = 0,112/0,5 = 0,224 lít

Bài 2: Cho 24,3 gam bột Al vào 225 ml dung dịch hỗn hợp NaNO₃ 1M và NaOH 3M khuấy đều cho đến khi khí ngừng thoát ra thì dừng lại và thu được V lít khí (ở đktc).Tìm giá trị của V?

Hướng dẫn giải

n_Al = 24,3/27 = 0,9 mol; n_NO3^- = 0,225 mol; n_OH^- = 0,225.3 = 0,675 mol

Phương trình phản ứng: 8Al   +   5OH^-   +   3NO₃^-   +   2H₂O → 8AlO^2- + 3NH₃↑

Ban đầu:                          0,9      0,675      0,225 mol

Phản ứng:                       0,6      0,375       0,225        0,225 mol

V_NH3 = 0,225.22,4 = 5,04 lít

Bài 1: Nung nóng 66,2 gam Pb(NO₃)₂ thu được 55,4 gam chất rắn.

a.Tính hiệu suất của phản ứng phân hủy.

b.Tính thể tích các khí thoát ra (đkc) và tỷ khối của hỗn hợp khí so với không khí.

Hướng dẫn giải

Phương trình phản ứng

Pb(NO₃)₂ → PbO + 2NO₂ + 1/2O₂

m_NO2 + m_O2 = 46.2x + 32.0,5x = 66,2 – 55,4 → x = 0,1 mol

a. Khối lượng của Pb(NO₃)₂ phản ứng là: mPb(NO₃)₂ = 0,1.331 = 33,1 gam

Hiệu suất phản ứng thủy phân là: H = 33,1/66,2.100% = 50%

b. Thể tích khí thoát ra: V = (0,1.2 + 0,1/2).22,4 = 5,6 lít

M = (0,2.46 + 0,05.32)/0,25 = 43,2 gam → d_hh/kk = 43,2/29 = 1,49

Bài 2: Khi nhiệt phân hoàn toàn muối nitrat của kim loại hóa trị 1 thu được 32,4 gam kim loại và 10,08 lít khí (đktc). Xác định công thức và tính khối lượng muối ban đầu.

Hướng dẫn giải

Gọi kim loại cần tìm là M → muối nitrat là: MNO₃

MNO₃ → M + NO₂ + 1/2O₂

x + x/2 = 1,5x = 10,08/22,4 = 0,45 → x = 0,3

M = 32,4/0,3 = 108 → M là Ag

Câu 1: Hòa tan hết 6,5 g Zn vào 200ml dd hỗn hợp gồm KNO₃ 0,1M và NaOH 0,5M. Két thúc phản ứng thu được V lít hỗn hợp khí ở đktc. Giá trị của V là?

Câu 2: Cho 7,68 g Cu vào 200ml dung dịch gồm HNO₃ 0,6M và H₂SO₄ 0,5M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn (sản phẩm khử duy nhất là NO), cô cạn cẩn thận toàn bộ dung dịch sau phản ứng thì khối lượng muối khan thu được là?

Câu 3: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y (gồm FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃) thì cần 0,05 mol H₂. Mặt khác hoà tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y trong dung dịch HNO₃ đặc thì thu được V lít khí NO₂ (sản phẩm khử duy nhất) (đktc). Giá trị của V là?

Câu 4: Cho 17,7 gam hỗn hợp Cu, Zn, Mg tác dụng với dung dịch HNO₃ dư thu được dung dịch X, cô cạn dung dịch X thu được 67,3 gam muối khan (không có NH₄NO₃). Nung hỗn hợp muối khan này đến khối lượng không đổi thì thu được bao nhiêu gam chất rắn?

Câu 5: Nung 6,58 gam Cu(NO₃)₂ trong bình kín không chứa không khí, sau một thời gian thu được 4,96 gam chất rắn và hỗn hợp khí X. Hấp thụ hoàn toàn X vào nước để được 300 ml dung dịch Y. Dung dịch Y có pH bằng?

Câu 1: Những kim loại nào sau đây không tác dụng được với dd HNO₃ đặc, nguội

A. Fe, Al, Cr    

B. Cu, Ag, Cr    

C. Al, Fe, Cu    

D. Mn, Ni, Al

Câu 2: Nhúng thanh Al vào dung dịch HNO₃ loãng, không thấy có khí thoát ra. Kết luận nào sao đây là đúng:

A. Al không phản ứng với dd HNO₃ loãng

B. Al bị thụ động hóa trong dd HNO₃ loãng

C. Al phản ứng với HNO₃ tạo ra muối amoni

D. Cả A và B đều đúng

Câu 3: Hòa tan hỗn hợp gồm 0,1 mol Al và 0,2 mol Zn bằng 500 ml dd HNO₃ vừa đủ, thu được dd A và không thấy khí thoát ra. Cô cạn dd A thu m gam muối.Giá trị của m:

A. 51,9 g    

B. 66,1 g    

C. 59,1 g    

D. 61,6 g

Câu 4: Đem nung hỗn hợp A gồm: x mol Fe và 0,15 mol Cu, trong không khí một thời gian, thu được 63,2 gam hỗn hợp B, gồm hai kim loại trên và hỗn hợp các oxit của chúng. Đem hòa tan hết lượng hỗn hợp B trên bằng dung dịch HNO₃ đậm đặc, thì thu được 0,6 mol NO₂. Trị số của x là:

A. 0,7 mol    

B. 0,6 mol    

C. 0,5 mol    

D. 0,4 mol

Câu 5: Để nhận biết ion NO₃^- thường dùng thuốc thử là Cu và dung dịch H₂SO₄ loãng bởi vì:

A. Tạo ra khí có màu nâu.    

B. Tạo ra dung dịch có màu vàng.

C. Tạo ra kết tủa màu vàng.    

D. Tạo ra khí không màu hoá nâu trong không khí.

Sau bài học cần nắm:

• Cấu tạo phân tử, tính chất vật lí (trạng thái, màu sắc, khối lượng riêng, tính tan), ứng dụng của HNO₃.
• Cách điều chế HNO₃ trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp (từ amoniac).
• Phản ứng đặc trưng của ion NO₃^- với Cu trong môi trường axit.