Axit nitric

Axít nitric là một hợp chất hóa học có công thức hóa học (HNO3), là một dung dịch nitrat hiđrô (axít nitric khan). Trong tự nhiên, axít nitric hinh thành trong những cơn mưa giông kèm sấm chớp và hiện nay chúng là một trong những tác nhân gây ra mưa axít.

Nó là một chất axít độc và ăn mòn có thể dễ gây cháy. Acid nitric tinh khiết không màu sắc còn nếu để lâu sẽ có màu hơi vàng do sự tích tụ của các ôxít nitơ. Nếu một dung dịch có hơn 86% axít nitric, nó được gọi là axít nitric bốc khói. Acid nitric bốc khói có đặc trưng axít nitric bốc khói trắng và axít nitric bốc khói đỏ, tùy thuộc vào số lượng điôxít nitơ hiện diện.

Ứng dụng Acid nitric (HNO3) : Sử dụng nhiều trong lĩnh vực Xi mạ, Tẩy rửa…

Lý thuyết

Công thức cấu tạo

Axit nitric (HNO3) có công thức cấu tạo:

Trong hợp chất HNO3, nguyên tố nitơ có số oxi hóa cao nhất là +5

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 860 độ C. 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. Trong phòng thí nghiệm thường có loại axit đặc nồng độ 68%, D=1,40g/cm3.
  • Là chất lỏng, không màu, tan tốt trong nước (C < 65%).
  • Trong điều kiện thường, dung dịch có màu hơi vàng do HNO3 bị phân hủy chậm:

4HNO3 → 4NO2 + 2H2O + O2

→ phải đựng dung dịch HNO3 trong bình tối màu.

Tính chất hóa học

HNO­3­ là một axit mạnh

  • Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ.
  • Tác dụng với oxit bazơ (trong đó kim loại đã đạt hóa trị cao nhất) → muối + H2O:

2HNO3 + CuO → Cu(NO3)2 + H2O

  • Tác dụng với bazơ (trong đó kim loại đã đạt hóa trị cao nhất) → muối + H2O:

2HNO3 + Mg(OH)2 → Mg(NO3)2 + 2H2O

  • Tác dụng với muối (trong muối kim loại đã đạt hóa trị cao nhất) → muối mới + axit mới:

2HNO3 + CaCO3 → Ca(NO­3­)2 + CO2 + H2O

HNO3 là chất oxi hóa mạnh

  • Tác dụng với kim loại:
  • HNO3 phản ứng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt → muối nitrat + H2­O và sản phẩm khử của N+5 (NO2, NO, N2O, N2 và NH4NO3).

M + HNO3 → M(NO3)n + H2O + NO2 (NO, N2O, N2, NH4NO3)

  • Sản phẩm khử của N+5 là tùy thuộc vào độ mạnh của kim loại và nồng độ của dung dịch axit. Thông thường thì dung dịch đặc → NO2, dung dịch loãng → NO; dung dịch axit càng loãng, kim loại càng mạnh thì N bị khử xuống mức càng sâu.

Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Fe + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

8Na + 10HNO3 → 8NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O

Chú ý: Nếu cho Fe hoặc hỗn hợp Fe và Cu tác dụng với dung dịch HNO3 mà sau phản ứng còn dư kim loại → trong dung dịch Fe thu được chỉ ở dạng muối Fe2+. HNO3 đặc nguội thụ động với Al, Fe, Cr.

  • Tác dụng với phi kim → NO2 + H2O + oxit của phi kim.

C + 4HNO3 → CO2 + 4NO2 + 2H2O

S + 4HNO3 → SO2 + 4NO2 + 2H2O

P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O

  • Tác dụng với các chất khử khác (oxit bazơ, bazơ và muối trong đó kim loại chưa có hóa trị cao nhất…).

4HNO3 + FeO → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O

4HNO3 + FeCO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O + CO2

Điều chế

  • Trong công nghiệp:
NH3 → NO → NO2 → HNO3
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (Pt, 8500C)
2NO + O2 → 2NO2
4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3
  • Trong phòng thí nghiệm

H2SO4 đặc + NaNO3 tinh thể → HNO3 + NaHSO4

Nhận biết

  • Làm đỏ quỳ tím.
  • Tác dụng với kim loại đứng sau H tạo khí nâu đỏ.

Ứng dụng

  • Axit nitric là một trong những hóa chất cơ bản và quan trọng. Phần lớn axit này được dùng để sản xuất phân đạm. Ngoài ra nó còn được dùng để sản xuất thuốc nổ, thuốc nhuộm, dược phẩm…

Thông tin thêm

Tính oxi hóa của HNO3

HNO3 thể hiện tính oxi hóa mạnh khi tác dụng với các chất có tính khử như: Kim loại, phi kim, các hợp chất Fe(II), hợp chất S2-, I-, . . . Thông thường:

  • Nếu axit đặc, nóng tạo ra sản phẩm NO2
  • Nếu 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.

Chú ý:

  • 1. Một số kim loại (Fe, Al, Cr, . . .) không tan trong axit HNO3 đặc, nguội do bị thụ động hóa.
  • 2. Trong một số bài toán ta phải chú ý biện luận trường hợp tạo ra các sản phẩm khác: NH4NO3 dựa theo phương pháp bảo toàn e (nếu ne cho > ne nhận để tạo khí) hoặc dựa theo dữ kiện đề bài (chẳng hạn cho dung dịch NaOH vào dung dịch sau phản ứng thấy có khí thoát ra) hoặc các hợp chất khí của Nitơ dựa vào tỉ khối hơi của hỗn hợp đã cho.
  • 3. Khi axit HNO3 tác bazơ, oxit bazơ không có tính khử chỉ xảy ra phản ứng trung hòa.
  • 4. 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.
  • 5. 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.

Nguyên tắc giải bài tập

Dùng định luật bảo toàn e 

 N(+5) →     +   ne 

       +  (5 – x)e   →

Þ ne nhường = ne nhận

Đặc biệt:

  • Nếu phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm khử của N thì ne nhường = Sne nhận
  • Nếu có nhiều chất khử tham gia phản ứng Sne nhường = ne nhận
    • Trong một số trường hợp cần kết hợp với định luật bảo toàn điện tích (tổng điện tích dương = tổng điện tích âm) và định luật bảo toàn nguyên tố
    • Có thể sử dụng phương trình ion – electron hoặc các bán phản ứng để biểu diễn các quá trình.
                         M  ®  Mn+   +  ne

                      4H+  +  NO3-  + 3e  ®  NO  +  2H2O
  • Đặc biệt trong trường hợp kim loại tác dụng với axit HNO3 ta có:
                            nHNO3 (pư) =  2nNO2 =  4nNO  =  10nN2O  =  12nN2  =  10nNH4NO3    

                            nNO3-(trong muối) =  nNO2 =  3nNO  =  8nN2O  =  10nN2 =  8nNH4NO3
  • Nếu hỗn hợp gồm cả kim loại và oxit kim loại phản ứng với HNO3 (và giả sử tạo ra khí NO) thì:
            nHNO3 (pư)  =  4nNO  +  2nO (trong oxit KL)

Các dạng toán

Phương pháp xác định nhanh sản phẩm khử của HNO3

Sản phẩm khử của HNO3 gồm:

Kí hiệu spk

Nhận biết

Công thức bảo toàn e

NO2 ↑

Khí nâu đỏ

N+5 + 1e → N+4 (NO2)

NO ↑

Khí không màu, hóa nâu ngoài không khí

N+5 + 3e → N+2 (NO)

N2O ↑

Khí không màu, gây cháy, khí gây cười XD

2N+5 + 8e → N2+1 (N2O

N2 ↑

Khí không màu, không cháy

2N+5 + 10e → N2+0 (N2)

NH4NO3 (oxi hóa: -3 +1 +5 -2) NO3-1

Dung dịch, muối

N+5 + 8e → N-3 (NH4NO3)

Dạng 1

Khi cho biết số mol sản phẩm khử (X)

Để xác định sản phẩm khử (spk), ta phải tính k. (k: số e trung bình tạo ra 1 mol X)

K = (∑ne (cho/ nhận) của N+5 tạo ra spk X) ÷ nX

VD: NO2 = 1÷1=1; NO = 3÷1=3…

Dạng 2

Khi chưa cho biết số mol Nx
Kim loại + HNO3 → muối(NO3)- + X + spk khác + H2O

Thứ tự các bước làm:

  • B1: Theo bảo toàn N: nN(X) = nHNO3 pứ – nN(muối) – nN(spk khác)
  • B2: Tính

t = (∑ne(cho/ nhận) của N+5 tạo X) ÷ nN(X)

VD: t=1 → NO2; t=3 → NO…

Dạng 3

Nếu đề bài không cho đầy đủ các dữ kiện, ta phương pháp chặn khoảng k.

Dạng 4

Kim loại + HNO3 → muối NH4NO3
  • Kim loại thuờng là: Mg, Al, Zn
● Dấu hiệu định tính là các dấu hiệu sau
  • Dung dịch sau phản ứng + OH- → có khí mùi khai NH3↑
  • Kim loại + HNO3 → không có khí thoát ra
  • Số muối tạo ta > Số kim loại phản ứng
● Dấu hiệu định lượng là
  • Khối lượng dung dịch tăng = Khối lượng kim loại phản ứng
  • ∑n(e) cho kim loại phản ứng > ∑n(e) của N+5 tạo khí
Sản phẩm khí duy nhất ≠ Sản phẩm khí duy nhất
    Không có NH4NO3       Sẽ có NH4NO3