Lý Thuyết Axit Nitric Và Muối Nitrat Và Bài Tập Từ Cơ Bản Đến Nâng Cao
Axit nitric và muối nitrat là một phần học rất quan trọng và là các chất có ứng dụng cao trong ngành hóa chất và một số ngành khác trong nông nghiệp. Để có thể hiểu rõ hơn về axit nitric và muối nitrat lý thuyết, hãy cùng VUIHOC tìm hiểu kỹ hơn về Bài 9 axit nitric và muối nitrat để có thể nắm chắc kiến thức để đạt điểm cao trong kỳ thi THPT Quốc gia nhé!
1. Axit Nitric
1.1. Cấu tạo phân tử
Axit nitric (HNO3) có công thức cấu tạo như sau:
Trong hợp chất HNO3, nitơ có số oxi hóa là +5 là số oxi hóa cao nhất.
1.2. Tính chất vật lý
- Axit nitric HNO3 là một chất lỏng, không màu, bốc khói mạnh ở trong môi trường không khí ẩm có D = 1,53 g/cm3.
- Axit nitric kém bền trong điều kiện thường khi có ánh sáng, dung dịch axit nitric đặc (HNO3đ) khi bị phân hủy một phần sẽ giải phóng ra khí nitơ đioxit (NO2). Khí NO2 tan được trong dung dịch axit, làm cho dung dịch có màu vàng.
4HNO3 → 4NO2 + O2 + 2H2O
- Axit nitric tan nhiều trong nước theo bất cứ tỉ lệ nào. Trong phòng thí nghiệm thường có loại HNO3 đặc, nồng độ 68% có D = 1,40 g/cm3.
1.3. Tính chất hóa học
1.3.1. Axit HNO3 là một trong các axit mạnh
Axit nitric là một trong các axit mạnh nhất, trong dung dịch loãng có thể phân li hoàn toàn thành ion H+ và ion NO3- .
Dung dịch HNO3 có tính axit nên làm quỳ tím chuyển sang đỏ; có khả năng tác dụng với oxit bazơ, bazơ và muối của axit yếu hơn để tạo ra muối nitrat.
VD:
CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O
Ba(OH)2 + 2HNO3 → Ba(NO3)2 + 2H2O
CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O
1.3.2. Axit HNO3 là chất oxi hóa mạnh
Axit nitric có tính oxi hóa mạnh. Tùy thuộc vào nồng độ của axit và mức độ mạnh yếu của một chất khử mà HNO3 có thể bị khử để tạo ra các sản phẩm khác nhau của nitơ.
a, Tác dụng với kim loại
Axit nitric có khả năng oxi hóa được hầu hết các kim loại trừ Pt và Au. Khi đó, các kim loại sẽ bị oxi hóa đến mức oxi hóa cao nhất và tạo ra sản phẩm là muối nitrat.
VD: Cu + 4HNO3 đặc → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Trong dung dịch HNO3 đặc, nguội, kim loại Al và Fe bị thụ động hóa do 2 kim loại tạo ra một lớp màng oxit bền, bảo vệ cho kim loại khỏi tác dụng của các axit nên, trong thực tế sử dụng bình làm bằng nhôm hoặc sắt để đựng HNO3 đặc.
b, Tác dụng với phi kim
Khi đun nóng HNO3 đặc, sẽ có thể oxi hóa được một số phi kim như C, S, P,…
VD: 3FeO + 10HNO3 (đ) → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O
c, Tác dụng với hợp chất
HNO3 đặc còn có khả năng oxi hóa được nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ khác như: vải, giấy, mùn cưa, dầu thông,... dễ bị bị phá hủy hoặc bị bốc cháy khi mà tiếp xúc với HNO3 đặc.
1.4. Ứng dụng
Axit nitric được dùng để:
- Ứng dụng điều chế ra phân đạm NH4NO3,Ca(NO3)2,...
- Ứng dụng trong sản xuất thuốc nổ: trinitrotoluen (TNT); làm các loại thuốc nhuộm; một vài dược phẩm.
1.5. Điều chế
1.5.1. Trong công nghiệp
Quy trình sản xuất ra axit nitric từ amoniac gồm ba giai đoạn như sau:
a, Giai đoạn 1: Oxi hóa khí amoniac (NH3) bằng oxi không khí thành nitơ monooxit (NO):
b, Giai đoạn 2: Oxi hóa nitơ monooxit để thành nitơ đioxit bằng oxi không khí trong điều kiện thường:
2NO + O2 → 2NO2
c, Giai đoạn 3: Cho nitơ đioxit tác dụng với nước và với oxi để tạo thành axit nitric:
4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3
Để có thể tạo ra axit nitric với nồng độ cao hơn 68%, người ta sẽ chưng cất axit này với H2SO4 đậm đặc.
1.5.2. Trong phòng thí nghiệm
Axit HNO3 được điều chế bằng cách cho NaNO3 hoặc KNO3 tác dụng với axit H2SO4 đặc, nóng:
2NaNO3(tt) + H2SO4(đ) → Na2SO4 + 2HNO3 ( xúc tác nhiệt độ)
2. Muối nitrat
2.1. Tính chất của muối nitrat
Muối của axit nitric còn có thể được gọi là muối nitrat. Một số muối nitrat như: natri nitrat NaNO3, bạc nitrat AgNO3, đồng(II) nitrat Cu(NO3)2,...
2.1.1. Muối nitrat dễ tan trong nước và là chất điện li mạnh
Trong dung dịch loãng, muối nitrat sẽ phân li hoàn toàn thành các ion.
2.1.2. Phản ứng nhiệt phân
Muối nitrat dễ dàng bị phân hủy trong môi trường nhiệt, giải phóng oxi nên ở nhiệt độ cao thì muối nitrat có tính oxi hóa mạnh.
Muối nitrat của một số các kim loại hoạt động mạnh (K, Na,…) khi bị phân hủy tạo ra muối nitrit và khí O2.
VD: 2KNO3 → 2KNO2 + O2 (nhiệt phân)
Muối nitrat của các kim loại magie, kẽm, sắt, chì, đồng,… khi bị phân hủy tạo sẽ ra oxit của kim loại tương ứng, khí NO2 và O2.
VD: 2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2 + O2 (nhiệt phân)
Muối nitrat của các kim loại như: bạc, vàng, thủy ngân,... khi bị phân hủy tạo sẽ tạo ra kim loại tương ứng, khí NO2 và O2.
VD: 2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2 (nhiệt phân)
2.1.3. Nhận biết ion nitrat
- Ở trong môi trường axit, ion NO3- sẽ thể hiện tính oxi hóa giống như axit nitric HNO3. Do đó loại thuốc thử sử dụng để nhận biết ion NO3- là hỗn hợp vụn đồng và dung dịch H2SO4 loãng, đun nóng.
- Hiện tượng: xuất hiện dung dịch có màu xanh và khí không màu hóa nâu đỏ trong không khí.
3Cu + 8H+ + 2NO3- → 3Cu2+ (dd màu xanh) + 2NO↑ + 4H2O
2NO + O2 (không khí) → 2NO2 (màu nâu đỏ)
2.2. Ứng dụng
- Muối nitrat được ứng dụng chủ yếu trong làm phân bón hóa học (phân đạm): NH4NO3, NaNO3, KNO3, Ca(NO3)2.
- Kali nitrat còn được sử dụng để chế thuốc nổ đen (thuốc nổ có khói) chứa 75% KNO3, 10% S và 15% C.
- Tham gia vào chu trình nitơ bên ngoài tự nhiên
3. Axit nitric và muối nitrat khác nhau như thế nào?
Về bản chất, axit nitric và muối nitrat đã khác nhau. Muối nitrat là sản phẩm sau phản ứng của axit nitric.
Trong cấu tạo, axit nitric mang ion H+ nên có khả năng làm đổi màu quỳ tím sang đỏ. Còn muối nitrat thì không.
4. Các dạng bài về axit nitric và muối nitrat từ cơ bản đến nâng cao (có lời giải)
Bài 1: Cho hỗn hợp rắn gồm Mg, MgCO3 vào dung dịch HNO3 dư thu được một chất khí duy nhất và dung dịch X. Nhỏ một lượng dung dịch NaOH dư vào dung dịch X ta thu được sản phẩm gồm kết tủa và khí thoát ra. Sản phẩm khử HNO3 là?
Lời giải:
MgCO3 khi phản ứng với axit tạo khí CO2 ⇒ chính là khí duy nhất.
Vậy Mg + HNO3 tạo sản phẩm khử không phải là khí ⇒ chỉ có thể là NH4NO3
Bài 2: Hãy viết phương trình hóa học của các phản ứng thực hiện dãy chuyển hóa dưới đây:
Lời 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 → Cu + H2O (xúc tác nhiệt độ)
(7) Cu + Cl2 → CuCl2 (xúc tác nhiệt độ)
Bài 3: Hoà tan hoàn toàn một lượng 2,32 gam hỗn hợp oxit FeO và Fe2O3 vào trong dung dịch HNO3 đặc, dư thì thu được 0,224 lít khí NO2 (đktc). Tính khối lượng muối Fe(NO3)2 tạo thành sau khi kết thúc phản ứng?
Lời giải:
Số mol khí = 0,22422,4 = 0,01(mol)
FeO + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O
0,01mol 0,01mol 0,01mol
Khối lượng Fe2O3 = 2,32 - 72.0,01 = 1,6 (g)
→ n$_{Fe_{2}O_{3}}$ = 1,6160 = 0,01(mol)
Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O
0,01mol 0,02mol
Khối lượng muối = 242.0,03 = 7,26 (g)
Bài 4: Cho 11 gam hỗn hợp Al và Fe vào dung dịch HNO3 loãng dư thì có 6,72 lit khí NO bay ra (đkc). Tính m của mỗi kim loại trong hỗn hợp trên?
Lời giải:
Gọi x, y lần lượt là số mol Al, Fe trong hỗn hợp, ta có: 27x + 56y=11 (1)
PTPƯ:
Al + 4HNO3 → Al(NO3)3 + NO + 2H2O
x x (mol)
Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
y y (mol)
Tổng số mol khí thu được: nNO = x + y = 6,7222,4 = 0,3(mol) (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình: 27x + 56y = 11x + y = 0,3 → x = 0,2 và y = 0,1
Khối lượng Al = 27.0,2 = 5,4 (g)
Khối lượng Fe = 11 - 5,4 = 5,6 (g)
Bài 5: Khi hoà tan một lượng là 30,0g hỗn hợp đồng và đồng (II) oxit trong 1,5 lít dung dịch axit nitric 1,00M (loãng), ta thấy thoát ra 6,72L khí nitơ monooxit (NO) (đktc). Dung dịch sau phản ứng có nồng độ mol của đồng (II) nitrat và axit nitric và hàm lượng phần trăm của đồng (II) oxit là bao nhiêu, biết rằng thể tích của các dung dịch đều không bị thay đổi.
Lời giải:
n$_{HNO_{3}}$ = 1,5. 1,00 = 1,50 (mol)
n$_{NO}$ = 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) nCu = 3/2 . nNO = 3/2 . 0,3 = 0,45 mol
Gọi nCuO = x mol
Ta có: mhỗn hợp = mCu + mCuO = 0,45. 64 + 80x = 30,00
⇒ x = 0,015 ⇒ nCuO = 0,015 mol ⇒ mCuO = 0,015. 80 = 1,2 g
(Hoặc mCuO = 30 – 0,45. 64 = 1,2g)
%CuO = 1,230.100% = 4%
Theo pt(1) n$_{Cu(NO_{3})_{2}}$ = nCu = 0,45 mol
Theo pt(2) n$_{Cu(NO_{3})_{2}}$ = nCuO = 0,015 mol
⇒ Tổng nn$_{Cu(NO_{3})_{2}}$ = 0,45 + 0,015 = 0,465(mol)
CMn$_{Cu(NO_{3})_{2}}$ = 0,465/1,5 = 0,31(M)
Theo pt (1) n$_{HNO_{3}}$ = 4. nNO = 4. 0,3 = 1,2 mol
Theo pt (2) n$_{HNO_{3}}$ = 2. nCuO= 2. 0,015 = 0,03 mol
n$_{HNO_{3}}$ (dư)= 1,5 – 1,2 – 0,03 = 0,27(mol)
CM$_{HNO_{3}}$ = 0,27/1,5 = 0,18(M)
Trên đây là tổng hợp của VUIHOC về bài 9 axit nitric và muối nitrat. Các em học sinh có thể hiểu một cách rõ ràng nhất về các tính chất, đặc điểm và vai trò của axit nitric và muối nitrat thông qua bài viết này. Để tìm hiểu kỹ hơn về kiến thức đi thi trong Hoá học cấp THPT, các em có thể truy cập vào Vuihoc.vn để đăng ký tài khoản hoặc liên hệ trung tâm hỗ trợ và bắt đầu hành trình ôn luyện kiến thức trong kỳ thi sắp tới nhé!
