Axit Nitric HNO3. Phương trình phản ứng của C + HNO3, HNO3 ra H3PO4, NaNO3 ra HNO3

HNO3 là một axit mạnh, được ứng dụng nhiều trong công nghiệp và trong phòng thí nghiệm. Trong Hóa Học trung học và phổ thông, dạng bài tập của kim loại tác dụng với HNO3, điều chế HNO3, hỗn hợp nhiều chất tác dụng với HNO3 thường được chọn làm đề thi kiểm tra. Ví dụ như: C + HNO3, Cu + HNO3, Fe + HNO3… Sau đây chúng ta cùng tìm hiểu về Axit Nitric – HNO3. 

Tìm hiểu về Axit Nitric (HNO3)
Tìm hiểu về Axit Nitric (HNO3)

HNO3 – Axit Nitric là gì?

– HNO3 có tên gọi hóa học là Axit Nitric, là hợp chất vô cơ. Dung dịch HNO3 là dung dịch nitrat hidro hay còn được gọi là axit nitric khan. 

– Axit Nitric – HNO3 được hình thành trong những cơn mưa có sấm sét tạo thành. Axit nitric tinh khiết là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm và là một chất axit độc, dễ ăn mòn và dễ gây cháy. 

– Khi một dung dịch có hơn 86% axit nitric thì nó được gọi là axit nitric bốc khói. Tùy thuộc vào số lượng nitơ đioxit mà khói bốc lên là màu trắng hoặc màu đỏ.  

Cấu tạo phân tử HNO3

Cấu tạo Axit nitric (HNO3):  

– Trong hợp chất HNO3, nguyên tố Nitơ thể hiện số oxi hóa bằng 5.

Hình vẽ cấu tạo phân tử HNO3
Hình vẽ cấu tạo phân tử HNO3

Tính chất của Axit nitric (HNO3)

Tính chất vật lý 

– Công thức hóa học của Axit Nitric là HNO3.

– Có khối lượng phân tử bằng 63.012 g.mol −1

– Axit nitric là chất lỏng không màu, tan tốt trong nước (C<65%). 

– Axit nitric có thể tồn tại trong môi trường tự nhiên ở dạng khí.

– Axit nitric có màu vàng nhạt do tích tụ của oxit nitơ. 

– Axit nitric tinh khiết có tỷ trọng khoảng 1522 kg/m3.

– Nhiệt độ nóng chảy là − 42°C (−44° F; 231 K)  

– Điểm sôi 83 ° C (181°F; 356 K). 

– Khi để ngoài không khí nếu axit nitric có nồng độ 86% ta sẽ thấy khói trắng bốc lên 

– Dưới tác dụng của ánh sáng, axit nitric bị phân hủy tạo thành nitơ dioxit NO2 (ở nhiệt độ thường). Vậy nên cần bảo quản HNO3 trong những chai lọ tối màu, tránh ánh sáng và đảm bảo nhiệt độ thấp hơn 0 độ C.

Tính chất hóa học

– Axit nitric là một dung dịch nitrat hydro có công thức hóa học HNO3. Đây là một axit khan, là một monoaxit mạnh, có tính oxy hóa mạnh có thể nitrat hóa nhiều hợp chất vô cơ, có hằng số cân bằng axit (pKa) = −2.

– Axit nitric là một mono proton chỉ có một sự phân ly, nên trong dung dịch nó bị điện li hoàn toàn thành các ion nitrat NO3− và một proton hydrat (hay còn gọi là ion hidroxoni). 

 H3O+ HNO3 + H2O → H3O+ + NO3

– Axit HNO3 có tính chất của một axit nên nó làm đổi màu chất chỉ thị: quỳ tím chuyển sang màu đỏ. 

– Axit HNO3 tác dụng với bazo, oxit bazo, muối cacbonat tạo thành các muối nitrat. 

2 HNO3 + CuO → Cu(NO3)2 + H2O

2 HNO3 + Mg(OH)2 → Mg(NO3)2 + 2H2O

2 HNO3 + CaCO3 → Ca(NO3)2 + H2O + CO2

Phản ứng của HNO3 với Cu
Phản ứng của HNO3 với Cu

– Axit HNO3 tác dụng với kim loại tạo thành muối nitrat và nước (trừ Au và Pt). 

Kim loại + HNO3 đặc → muối nitrat + NO + H2O (to)

Kim loại + HNO3 loãng → muối nitrat + NO + H2O

Kim loại + HNO3 loãng lạnh → muối nitrat + H2

Mg(rắn) + 2 HNO3 loãng lạnh → Mg(NO3)2 + H2 (khí) 

– Nhôm, sắt và crom thụ động với axit HNO3 đặc nguội do lớp oxit kim loại được tạo ra bảo vệ chúng không bị oxy hóa tiếp.

– Axit HNO3 tác dụng với phi kim (các nguyên tố á kim, ngoại trừ silic và halogen) tạo thành nitơ dioxit (nếu là axit nitric đặc) và tạo thành oxit nitơ + axit loãng + nước và oxit của phi kim.

C + 4HNO3 đặc → 4NO2 + 2H2O + CO2

P + 5HNO3 đặc → 5NO2 + H2O + H3PO4

3C + 4HNO3 loãng → 3CO2 + 4NO + 2H2O

–  Axit HNO3 tác dụng với oxit bazo, bazo, muối mà kim loại trong hợp chất này chưa lên hóa trị cao nhất.

FeO + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O

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

– Axit HNO3 tác dụng với hợp chất

3H2S + 2HNO3 (>5%) → 3Skết tủa + 2NO + 4H2O

PbS + 8 HNO3 đặc → PbSO4 kết tủa  + 8NO2 + 4H2O

Ag3PO4 tan trong HNO3, HgS không tác dụng với HNO3

– Axit HNO3 tác dụng với nhiều chất hữu cơ, có khả năng phân hủy nhiều hợp chất hữu cơ cho nên rất nguy hiểm khi tiếp xúc với axit HNO3.

Quy trình điều chế Axit nitric (HNO3)

Điều chế HNO3 như thế nào?
Điều chế HNO3 như thế nào?

Điều chế HNO3 trong phòng thí nghiệm

Cách 1:

– Để điều chế HNO3 trong phòng thí nghiệm, người ta cho tinh thể muối natri nitrat (NaNO3) tác dụng với axit sunfuric đặc (H2SO4), chưng cất hỗn hợp này tại nhiệt độ sôi của axit nitric là 83 °C cho đến khi còn lại chất kết tinh màu trắng theo phương trình như sau: 

Phương trình điều chế: H2SO4 đặc + NaNO3 (tinh thể) → HNO3 + NaHSO4

– Axit nitric bốc khói đỏ thu được có thể chuyển thành axit nitric màu trắng. 

Lưu ý khi thực hiện thí nghiệm, các dụng cụ phải làm từ thủy tinh, đặc biệt là bình cổ cong nguyên khối do axit nitric khan.

Điều chế HNO3 trong phòng thí nghiệm.
Điều chế HNO3 trong phòng thí nghiệm.

Cách 2: 

– Để điều chế HNO3 trong phòng thí nghiệm, người ta làm bằng cách phân hủy nhiệt của đồng (II) nitrat, tạo ra khí nitơ dioxide và khí oxy, sau đó được truyền qua nước để tạo ra axit nitric.

Phương trình điều chế: 2Cu(NO3)2 → 2 CuO + 4 NO2 + O2

4 NO2 + O2 → HNO2 + HNO3

Điều chế HNO3 trong công nghiệp

– HNO3 loãng có thể cô đặc đến 68% axit với một hỗn hợp azeotropic và 32% nước. Để thu được axit có nồng độ cao hơn, tiến hành chưng cất với axit sunfuric H2SO4. H2SO4 đóng vai trò là chất khử sẽ hấp thụ lại nước.

4NH3 + 5O2  → 4NO + 6H2O (Pt, 850oC)

2NO + O2 → NO2

4NO2  + O2 + 2H2O → 4 HNO3

– Lưu ý là dung dịch axit nitric công nghiệp thường có nồng độ 52% và 68%.

Điều chế HNO3 trong phòng công nghiệp.
Điều chế HNO3 trong phòng công nghiệp.

 

Ứng dụng của HNO3 

Trong công nghiệp 

Dung dịch axit HNO3

 – Dung dịch axit HNO3 68% được sử dụng để chế tạo thuốc nổ bao gồm (TNT) và (RDX).

– Dung dịch axit HNO3 có nồng độ 0,5 đến 2% được sử dụng làm hợp chất nền để xác định sự tồn tại của kim loại trong một dung dịch. Người ta gọi đó là kỹ thuật ICP-MS và ICP-AES.

– Dung dịch axit HNO3 còn ứng dụng trong ngành luyện kim, xi mạ và tinh lọc. Khi cho axit này kết hợp với axit clorua, ta được dung dịch nước cường toan có khả năng hòa tan bạch kim và vàng.

– Dung dịch axit HNO3 được sử dụng để sản xuất các chất hữu cơ, bột màu, sơn, thuốc nhuộm vải và thuốc tẩy màu.

HNO3 ứng dụng sản xuất phân bón, thuốc nổ…
HNO3 ứng dụng sản xuất phân bón, thuốc nổ…

– Dung dịch axit HNO3 được dùng để sản xuất nitrobenzen – tiền chất để sản xuất anilin và các dẫn xuất anilin với những ứng dụng then chốt trong sản xuất bọt xốp polyuretan, sợi aramit và dược phẩm.

– Dung dịch axit HNO3 với nồng độ thấp khoảng 10% được dùng để nhân tạo thông và maple. Màu sắc được tạo ra là một màu vàng xám rất giống như gỗ cũ hoặc gỗ hoàn thiện.  

– Axit nitric cũng là hợp chất trung gian dùng trong sản xuất bọt xốp polyuretan mềm và các sản phẩm polyuretan khác. Ví dụ như chất kết dính, các chất bịt kín, các chất bọc phủ và các chất đàn hồi, đi từ nguyên liệu toluen diisoxyanat.

– Dung dịch axit HNO3 dùng làm chất tẩy rửa các đường ống, bề mặt kim loại trong các nhà máy sữa.

– Được dùng để loại bỏ các tạp chất, cân bằng lại độ tiêu chuẩn của nước. 

– Trong sản xuất phân bón, dung dịch axit HNO3 được sử dụng chủ yếu để sản xuất phân đạm, các muối nitrat ngành phân bón như KNO3, Ca(NO3)2

Trong phòng thí nghiệm  

– HNO3 là thuốc thử chính được sử dụng cho quá trình nitrat hóa.

– HNO3 được dùng trong phòng thí nghiệm trường học để tiến hành các thí nghiệm liên quan đến việc thử clorit.

– Ngoài ra, nó cũng dùng để điều chế muối nitrat.

Mức độ nguy hiểm của HNO3

Những tổn thương khi tiếp xúc với HNO3

– Axit nitric là một axit mạnh nên khi tiếp xúc với cơ thể con người gây ra những nguy hiểm nhất định: 

– Axit nitric tiếp xúc theo đường mắt có thể gây kích ứng có thể gây bỏng làm mù lòa.

– Axit nitric tiếp xúc theo đường thở gây kích ứng nghiêm trọng. Hít phải có thể gây khó thở và dẫn đến viêm phổi và tử vong. Triệu chứng khác bao gồm: ho, nghẹt thở, kích ứng mũi và đường hô hấp.

– Axit nitric tiếp xúc theo đường da gây kích ứng, mẩn đỏ, đau và bỏng nặng.

– Nếu nuốt phải Axit nitric có thể gây cháy miệng, dạ dày.

– Phơi nhiễm Axit nitric lâu có thể dẫn tới ung thư.

Biện pháp xử lý sự cố do HNO3 gây ra 

– Khi hít phải Axit nitric cần chăm sóc y tế ngay lập tức.

– Khi tiếp xúc mắt thì ngay lập tức rửa mắt bằng nhiều nước trong ít nhất 15 phút để ngăn ngừa tổn thương thêm, sau đó lập tức tìm kiếm sự chăm sóc y tế.

Cẩn thận khi tiếp xúc với HNO3
Cẩn thận khi tiếp xúc với HNO3

– Khi tiếp xúc với da, ngay lập tức rửa sạch vùng bị ảnh hưởng với nhiều nước trong ít nhất 15 phút. Loại bỏ quần áo bị ô nhiễm và rửa bằng xà bông. Chăm sóc y tế ngay lập tức khi được yêu cầu.

– Nếu nuốt phải Axit nitric cần súc miệng bằng nước hoặc sữa ngay lập tức. Lưu ý rằng không được phép cho bất cứ thứ gì vào miệng của nạn nhân khi họ đã bất tỉnh để tránh những trường hợp kích ứng. Đưa đến bệnh viện nhờ hỗ trợ y tế.

– Vì Axit nitric có thể tồn tại ở cả dạng khí và được sử dụng nhiều trong công nghiệp cho nên nếu bạn tiếp xúc gần với nó thì hãy trang bị đầy đủ những thiết bị bảo hộ an toàn và thường xuyên giữ cho nơi làm việc được sạch sẽ, thông thoáng, để xa những đồ dễ cháy nổ.

Lưu ý khi sử dụng HNO3

Sử dụng: 

– Khi pha loãng HNO3 với nước, tuyệt đối phải cho axit vào nước từ từ chứ không cho nước vào axit. Axit sunfuric đặc giống như dầu và nặng hơn trong nước. Nếu bạn cho nước vào axit, nước sẽ nổi trên bề mặt axit. Khi xảy ra phản ứng hóa học, nước sôi mãnh liệt và bắn tung tóe gây nguy hiểm.

– Axit nitric (HNO3) là chất oxy hóa mạnh, là axit mạnh nên khi tác dụng với cyanit, bột kim có thể phát nổ và tự bốc cháy khi phản ứng với turpentine.

– Ở nồng độ đậm đặc, nó gây bỏng da do phản ứng với protein keratin, khiến da chuyển sang màu vàng. Khi được trung hòa sẽ chuyển thành màu cam.

– Có thể phản ứng mạnh với kim loại tạo thành khí hydro dễ cháy trong không khí.

Bảo quản: 

– Lưu trữ axit HNO3 trong một khu vực an toàn cách xa các vật liệu dễ cháy, dễ phản ứng với nó. 

– Khu vực lưu trữ phải thoáng mát, tránh xa các nguồn nhiệt.

– Các thùng chứa phải đậy nắp kín, tránh ánh nắng mặt trời.

– Sử dụng các thùng chứa bằng nhựa thay cho kim loại vì axit nitric không tác dụng với chất liệu này.

Mua HNO3 ở đâu? 

– Axit HNO3 là axit rất mạnh, được dùng trong công nghiệp và phòng thí nghiệm nên không dễ dàng mua nó ở ngoài.

– Mua Axit HNO3 tại các cơ sở cung cấp hóa chất công nghiệp và sử dụng nó đúng mục đích.

Giải bài tập về Axit nitric (HNO3) trang 45 sgk 11

Giải bài tập trang 45 sgk Hóa 11
Giải bài tập trang 45 sgk Hóa 11

Bài 1 trang 45 sgk Hóa 11. Viết công thức electron, công thức cấu tạo của axit nitric. Cho biết nguyên tố nitơ có hóa trị và số oxi hóa bao nhiêu?

Giải:

Trong HNO3, nitơ có số oxi hóa +5 và hóa trị là 4. 

Bài 2 trang 45 sgk Hóa 11. Lập các phương trình hóa học

  1. a) Ag + HNO3 (đặc) → NO2 + ? + ?
  2. b) Ag + HNO3 (loãng) → NO + ? + ?
  3. c) Al + HNO3 → N2O + ? + ?
  4. d) Zn + HNO3 → NH4NO3 + ? + ?
  5. e) FeO + HNO3 → NO + Fe(NO3)3 + ?
  6. g) Fe3O4 + HNO3 → NO + Fe(NO3)3 + ?

Giải:

  1. a) Ag + 2HNO3 (đặc) → NO2 + AgNO3 + H2O
  2. b) 3Ag + 4HNO3 (loãng) → NO + 3AgNO3 + 2H2O
  3. c) 8Al + 30HNO3 → 3N2O + 8Al(NO3)3 + 15H2O
  4. d) 4Zn + 10HNO3 → NH4NO3 + 4Zn(NO3)2 + 3H2O
  5. e) 3FeO + 10HNO3 → NO + 3Fe(NO3)3 + 5H2O
  6. g) 3Fe3O4 + 28HNO3 → NO + 9Fe(NO3)3 + 14H2

Bài 3 trang 45 sgk Hóa 11. Hãy chỉ ra những tính chất hóa học chung và khác biệt giữa axit nitric và axit sunfuric. Viết các phương trình hóa học để minh họa.

Giải:

– Axit nitric (HNO3) và axit sunfuric (H2SO4) đặc đều có tính oxi hóa mạnh.

Ví dụ:

3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO ↓ + 5H2O

2FeO + 4H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O

– Tuy nhiên nếu như HNO3 loãng vẫn có tính oxi hóa thì H2SO4 loãng lại không có tính oxi hóa.

Ví dụ:

3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO ↓ + 14H2O

Fe3O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O.

Bài 5 trang 45 sgk Hóa 11. Viết phương trình hóa học của các phản ứng thực hiện dãy chuyển hóa sau đây: NO2 → HNO3 → Cu(NO3)2 → Cu(OH)2 → Cu(NO3)2 → CuO → Cu → CuCl2

Giải: 

Phương trình hóa học: 

4NO2 + 2H2O → 4HNO3

CuO + 2HNO2 → Cu(NO3)2 + H2O

Cu(NO3)2 + 2NaOH → Cu(OH)2 ↓ + 2NaNO3

Cu(OH)2 + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + 2H2O

Cu(NO3)2 → CuO + 2NO2 ↑ + ½ O2 ↑ (đun nóng)

CuO + H2 → Cu + H2O (đun nóng).

Bài 6 trang 45 sgk Hóa 11. Khi hòa tan 30,0 g hỗn hợp đồng và đồng (II) oxit trong 1,50 lít dung dịch axit nitric 1,00 M (loãng) thấy thoát ra 6,72 lít nitơ monoaxit (đktc). Xác định hàm lượng phần trăm của đồng (II) oxit trong hỗn hợp, nồng độ mol của đồng (II) nitrat và axit nitric trong dung dịch sau phản ứng, biết rằng thể tích dung dịch không thay đổi.

Giải:

nNO = 6,72/22,4 = 0,300 (mol)

nHNO3 = 1,00 x 1,5 = 1,5 (mol)

Phương trình hóa học: 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O (1)

Từ (1) ta tính được nCu = 0,45 mol => mCu = 28,8 gam

nHNO3 = 1,2 mol

nCu(NO3)2 = 0,45 mol

mCuO = 30 gam – 28,8 gam = 1,2 gam => nCuO = 0,015 mol

CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O (2)

Theo (2) ta tính được nHNO3 là 0,030 mol. 

nCu(NO3)2 là 0,015 mol

Phần trăm khối lượng CuO: % mCuO = 1,2/30.100% = 4,0%

Từ (1) và (2) ta tính được số mol HNO3 dư là 0,27 mol.

Nồng độ mol HNO3 sau phản ứng: 0,18 M

Nồng độ mol của Cu(NO3)2: 0,31 M.

Bài 7 trang 45 sgk Hóa 11. Để điều chế 5,000 tấn axit nitric nồng độ 60,0% cần dùng bao nhiêu tấn amoniac? Biết rằng sự hao hụt amoniac trong quá trình sản xuất là 3,8%.

Giải:

Khối lượng HNO3 nguyên chất: 3,00 tấn.

4NH3 + 5O2 →  4NO + 6H2O (1) (Pt 850o – 900oC)

2NO + O2 → 2NO2 (2)

4NO2 + O2 + 2H2O → 4 HNO3 (3)

Từ các phương trình trên ta có sơ đồ hợp thức: NH3 → HNO3 (4)

Theo (4), ta tính được khối lượng NH3 (hao hụt 3,8%): (3,00.17,0)/63,0 x (100/96,2) = 0,841 (tấn).

Bài tập trên cũng đã kết thúc phần học về Axit Nitric HNO3. Hy vọng đã cung cấp được  nhiều kiến thức bổ ích cho các em. Truy cập vào Hóa Học của lessonopoly để cùng tìm lời giải đáp cho môn học này nhé. 

Trả lời