Tóm tắt lý thuyết A. AXIT NITRIC 1. Cấu tạo phân tử Hình 1: Công thức cấu tạo HNO3Hình 2: Mô hình phân tử HNO3 Trong ptử HNO3: N có số oxi hóa là +5 2. 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. Hình 3: Sự phân hủy HNO3 dưới tác dụng của ánh sáng Axit nitric tan trong nước ở bất kì tỉ lệ nào. Trong phòng thí nghiệm thường có loại HNO3 nồng độ 68%. 3. Tính chất hóa học HNO3 phân li tạo H+ và NO3- ⇒ là axit mạnh \(H\mathop N\limits^{ + 5} {O_3}\) với N có số oxi hóa cao nhất ⇒ tính oxi hóa Hình 4: N trong axit nitric nhận e thể hiện tính oxi hóa3.1. 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 3.2. Tính oxi hoá HNO3 có số oxi hóa +5 có thể bị khử thành: \(\mathop {{N_2}}\limits^0 ,{\rm{ }}\mathop {{N_2}}\limits^{ + 1} O,{\rm{ }}\mathop N\limits^{ + 2} O,{\rm{ }}\mathop N\limits^{ + 4} {O_2},{\rm{ }}\mathop N\limits^{ - 3} {H_4}\mathop N\limits^{ + 5} {O_3}\)tuỳ theo nồng độ HNO3 và khả năng khử của chất tham gia. 3.2.1. Tác dụng với kim loại Hình 5: Các sản phẩm khử của HNO3 Với M là kim loại, n là hóa trị cao nhất của M *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 +8HNO3(l) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Cu + 4HNO3đ → 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. 3.2.2. Tác dụng với phi kim HNO3 đặc, nóng oxi hóa được một số phi kim C,S,P,... tạo NO2 \(\begin{array}{l} \mathop C\limits^0 + 4H\mathop N\limits^{ + 5} {O_3} \to \mathop C\limits^{ + 4} {O_2} + 4\mathop N\limits^{ + 4} {O_2} + 2{H_2}O\\ \mathop S\limits^0 + H\mathop N\limits^{ + 5} {O_3} \to {H_2}\mathop S\limits^{ + 6} {O_4} + 6\mathop N\limits^{ + 4} {O_2} + 2{H_2}O \end{array}\) 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 3.2.3. Tác dụng với hợp chất HNO3 đặc oxi hoá nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ \(\mathop {Fe}\limits^{ + 2} O + H\mathop N\limits^{ + 5} {O_3} \to \mathop {Fe}\limits^{ + 3} {(N{O_3})_3} + \mathop N\limits^{ + 4} {O_2} + 2{H_2}O\) Vải, giấy, mùn cưa, dầu thông….bị phá huỷ khi tiếp xúc HNO3 đặc 4. Ứng dụng Hình 5: Ứng dụng axit nitric và muối nitrat5. Điều chế 5.1. Trong phòng thí nghiệm Cho tinh thể NaNO3 (hoặc KNO3) tác dụng với H2SO4 đặc, đun nóng NaNO3 + H2SO4(đ) $\overset{t^0}{\rightarrow}$ HNO3 + NaHSO4 Hình 6: Điều chế HNO3 trong phòng thí nghiệm 5.2. Trong Công nghiệp 5.2.1. Sản xuất HNO3 từ NH3, không khí: Gồm 3 giai đoạn Oxi hoá khí NH3 bằng oxi kk thành NO: 4NH3+ 5O2 $\overset{800^0-850^0, Pt}{\rightarrow}$4NO +6H2O \(\triangle H < 0\) 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 5.2.2. Dung dịch HNO3 có nồng độ 52 – 68 % → Để HNO3 có nồng độ cao hơn: Chưng cất với H2SO4 đậm đặc. B. MUỐI NITRAT M(NO3)n 1. Tính chất của muối nitrat 1.1. 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- 1.2. 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 $\overset{t^0}{\rightarrow}$ muối Nitrit + O2 Ví dụ: 2KNO3 $\overset{t^0}{\rightarrow}$ 2KNO2 + O2 Từ Mg đến Cu $\overset{t^0}{\rightarrow}$ Oxit kim loại + NO2 + O2 Ví dụ: 2Cu(NO3)2 $\overset{t^0}{\rightarrow}$ 2CuO + 4NO2 + O2 Kim loại sau Cu $\overset{t^0}{\rightarrow}$ Kim loại + NO2 + O2 Ví dụ: 2AgNO3 $\overset{t^0}{\rightarrow}$ 2Ag + 2NO2 + O2 2. 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) C. CHU TRÌNH CỦA NITƠ TRONG TỰ NHIÊN Hình 7: Chu trình của Nitơ trong tự nhiên(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. Bài tập minh họa 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 dung dịch NaOH dư vào dung dịch X thu được kết tủa và khí thoát ra. Sản phẩm khử HNO3 là Hướng dẫn: MgCO3 khi phản ứng với axit tạo khí CO2 ⇒ chính là khí duy nhất trong bài. Vậy Mg + HNO3 tạo sản phẩm khử không phải là khí ⇒ chỉ có thể là NH4NO3. Bài 2: 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 khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp? Hướng dẫn: Gọi x, y lần lượt là số mol Al và Fe trong hỗn hợp, ta có: 27x + 56y = 11 (1) PTPƯ: Al + 4HNO3 → Al(NO3)3 + NO + 2H2O x mol x mol Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O y mol y mol Tổng số mol khí thu được: \({n_{NO}} = x + y = \frac{{6,72}}{{22,4}} = 0,3(mol)\) (2) Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình: \(\left\{ \begin{array}{l} 27x + 56y = 11\\ x + y = 0,3 \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} x = 0,2\\ y = 0,1 \end{array} \right.\) Khối lượng Al=27.0,2=5,4 (g) Khối lượng Fe= 11-5,4=5,6 (g) Bài 3: Hoà tan hoàn toàn 2,32 gam hỗn hợp FeO và Fe2O3 vào dung dịch HNO3 đặc, dư thì thu được 0,224 lít khí NO2 (đtc). Tính khối lượng muối Fe(NO3)2 tạo thành sau phản ứng? Hướng dẫn: Số mol khí = \(\frac{{0,224}}{{22,4}} = 0,01(mol)\) FeO+ 4HNO3 → Fe(NO3)3 +NO2 + 2H2O 0,01mol 0,01mol 0,01mol Khối lượng Fe2O3= 2,32-72.0,01=1,6 (g) → \({n_{F{e_2}{O_3}}} = \frac{{1,6}}{{160}} = 0,01(mol)\) Fe2O3 + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2O 0,01mol 0,02mol Khối lượng muối=242.0,03=7,26 (g)
