Hóa học 11 Bài 9: Axit nitric và muối nitrat
A. Lý thuyết Axit nitric và muối nitrat
I. Cấu tạo phân tử:
CTPT: HNO3 
II. Tính chất vật lý
– Là chất lỏng không màu, D = 1,53g/cm3.
– Bốc khói mạnh trong không khí ẩm.
– Axit nitric không bền, khi có ánh sáng phân hủy một phần.
4HNO3 → 4NO2 + O2 + 2H2O
– Axit nitric tan vô hạn trong nước.
III. Tính chất hóa học
1. Tính axit
Là một trong số các axit mạnh nhất, trong dung dịch:
HNO3 → H+ + NO3–
– Dung dịch axit HNO3 có đầy đủ tính chất của môt dung dịch axit: làm đỏ quỳ tím, tác dụng với oxit bazơ, bazơ, muối của axit yếu hơn.
2. Tính oxi hóa
Kim loại hay phi kim khi gặp axit HNO3 đều bị oxi hóa về trạng thái oxi hóa cao nhất.
– Với kim loại: HNO3 oxi hóa hầu hết các kim loại (trừ vàng (Au) và platin(Pt))
* Với những kim loại có tính khử yếu: Cu, Ag, …
Ví dụ:
Cu + 4HNO3(đ) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
3Cu + 8HNO3(l) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
* Khi tác dụng với những kim loại có tính khử mạnh hơn: Mg, Zn, Al, …
– HNO3 đặc bị khử đến NO2.
Ví dụ:
Mg + 4HNO3(đ) → Mg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.
– HNO3 loãng bị khử đến N2O hoặc N2.
8Al + 30HNO3(l) → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O
– HNO3 rất loãng bị khử đến NH3(NH4NO3).
4Zn + 10HNO3 (rất loãng) → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
* Lưu ý: Fe, Al, Cr bị thụ động hóa trong dung dịch HNO3 đặc nguội.
– Với phi kim:
Khi đun nóng HNO3 đặc có thể tác dụng với phi: C, P, S, …(trừ N2 và halogen).
S + 6HNO3(đ) → H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
– Với hợp chất:
– H2S, HI, SO2, FeO, muối sắt (II), … có thể tác dụng với HNO3 nguyên tố bị oxi hoá trong hợp chất chuyển lên mức oxi hoá cao hơn.
Ví dụ:
3FeO + 10HNO3(đ) → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O
3H2S + 2HNO3(đ) → 3S + 2NO + 4H2O
– Nhiều hợp chất hữu cơ như giấy, vải, dầu thông, … bốc cháy khi tiếp xúc với HNO3 đặc.
IV. Ứng dụng
– Phần lớn sử dụng để điều chế phân đạm NH4NO3, …
– Ngoài ra sử dụng sản xuất thuốc nổ, thuốc nhuộm, dược phẩm, …
V. Điều chế
1. Trong phòng thí nghiệm
Axit HNO3 được điều chế bằng cách cho natri nitrat hoặc kali nitrat rắn tác dụng với axit H2SO4 đặc, nóng:
– Điện phân các muối nitrat của kim loại đứng sau H+ của nước (sau Al).
2. Trong công nghiệp
Được điều chế từ NH3 qua các giai đoạn:
NH3 → NO → NO2 → HNO3
GĐ 1: oxi hóa khí amoniac bằng oxi không khí ở nhiệt độ 850 − 900oC, có mặt chất xúc tác là platin:
GĐ 2: Oxi hóa NO thành NO2. Hỗn hợp chứa NO được làm nguội và cho hóa hợp với oxi không khí tạo thành khí nitơ đioxit:
2NO + O2 → 2NO2
GĐ 3: Chuyển hóa NO2 thành HNO3. Cho hỗn hợp nitơ đioxit vừa tạo thành và oxi tác dụng với nước, sẽ thu được dung dịch axit nitric:
4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3
Dung dịch HNO3 thu được thường có nồng độ từ 52% đến 68%. Để có axit nitric với nồng độ cao hơn 68%, người ta chưng cất dung dịch HNO3 này với H2SO4 đậm đặc trong các thiết bị đặc biệt.
B. Muối nitrat
I. Tính chất vật lý
– Dễ tan trong nước, là chất điện ly mạnh trong dung dịch phân ly hoàn toàn thành các ion.
Ca(NO3)2 → Ca2+ + 2NO3–
– Ion NO3– không màu, màu của 1 số muối nitrat là do màu của cation kim loại.
II. Tính chất hóa học
Các muối nitrat của kim loại kiềm và kiềm thổ có môi trường trung tính, muối của kim loại khác có môi trường axit (pH < 7).
a. Nhiệt phân muối Nitrat
Muối nitrat của các kim loại hoạt động (trước Mg):
Muối nitrat của kim loại từ Mg → Cu:
Muối của những kim loại kém hoạt động (sau Cu):
b. Ion NO3– trong H+(axit):
NO3– + 4H+ + 3e → NO + 2H2O
Ví dụ: 3Cu + 2NO3– + 8H+ → 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O
3Fe2+ + NO3– + 4H+ → 3Fe3+ + NO↑ + 2H2O
c. Ion NO3– trong OH–(kiềm): OXH được các kim loại lưỡng tính:
8Al + 3NO3– + 5OH– + 2H2O → 8AlO2– + 3NH3↑
d. Nhận biết ion nitrat (NO3–)
Trong môi trường axit, ion NO3– thể hiện tính oxi hóa giống như HNO3. Do đó thuốc thử dùng để nhận biết ion NO3– là hỗn hợp vụn đồng và dung dịch H2SO4 loãng, đun nóng.
Hiện tượng: dung dịch có màu xanh, 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)
III. Ứng dụng
– Các muối nitrat được sử dụng chủ yếu làm phân bón hóa học (phân đạm) trong nông nghiệp như NH4NO3, NaNO3, KNO3, Ca(NO3)2.
– KNO3 còn được sử dụng để chế thuốc nổ đen.
C. Chu trình của Nitơ trong tự nhiên
Nguyên tố nitơ rất cần cho sự sống trên Trái Đất. Trong tự nhiên luôn luôn diễn ra các quá trình chuyển hóa nitơ từ dạng này sang dạng khác theo một chu trình tuần hoàn khép kín.
B. Trắc nghiệm Axit nitric và muối nitrat
Bài 1: Hòa tan 23,2 gam hỗn hợp X gồm Fe3O4 và CuO có cùng khối lượng vào dung dịch HNO3 vừa đủ chứa 0,77 mol HNO3 thu được bằng dung dịch Y và khí Z gồm NO và NO2. Khối lượng mol trung bình của Z bằng
A. 42. B. 38. C. 40,667. D. 35,333.
Đáp án: C
mFe3O4 = mCuO = 11,6 gam ⇒ nFe3O4 = 0,05 mol; nCuO = 0,145 mol
nNO = x mol; nNO2 = y mol
Bảo toàn e ta có: nFe3O4 = 3x + y = 0,05 (1)
Bảo toàn nguyên tố N: nHNO3 = 3nFe(NO3)3 + 2 nCu(NO3)2 + nNO + nNO2
0,77 = 3.0,15 + 2.0,145 + x + y ⇒ x + y = 0,03 mol (2)
Từ (1)(2) ⇒ x = 0,01 mol; y = 0,02 mol
Bài 2: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm 0,2 mol Mg và 0,03 mol MgO trong V lít dung dịch HNO3 0,5M vừa đủ thu được dung dịch Y và 0,896 lít (đktc) khi N2O duy nhất. Giá trị của V và tổng khối lượng muối thu được trong Y lần lượt là
A. 1,12 và 34,04 gam. B. 4,48 và 42,04 gam.
C. 1,12 và 34,84 gam. D. 2,24 và 34,04 gam.
Đáp án: C
nN2O = 0,04 mol
MgO + 2HNO3 → Mg(NO3)2 + H2O
4Mg + 10HNO3 → 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O
4Mg + 10HNO3 → 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
nHNO3 = 0,06 + 0,4 + 0,1 = 0,56 mol
V = 1,12l
mmuối = 0,23.148 + 0,01.80 = 34,84 (gam)
Bài 3: Hòa tan m gam hỗn hợp gồm FeO, Fe(OH)2,FeCO3, Fe3O4 (trong đó Fe3O4 chiếm 1/4 tổng số mol hỗn hợp) tác dụng với dung dịch HNO3 loãng dư thu được 15,68 lít hỗn hợp khí X gồm NO và CO2 (đktc) có tỉ kh so với H2 là 18 và dung dịch Y. Cô cạn dung dịch Y thu được (m + 280,80) gam muối khan. Giá trị của m là
A. 148,80. B. 173,60. C. 154,80. D. 43,20.
Đáp án: C
nNO + nCO2 = 0,7 mol.
Gọi x, y là số mol của NO và CO2, ta có:
30x + 44y = 18.2.0,7
x + y = 0,7
⇒ x = 0,4 mol; y = 0,3 mol
Coi Fe3O4 là một hỗn hợp FeO.Fe2O3, ta có:
Fe+2 → Fe+3 + 1e
N+5 + 3e → N+2
Theo bảo toàn electron ⇒ tổng số mol trong hỗn hợp chất rắn là 1,2 mol
nFe3O4 0,3 mol, nFe2+ trong dung dịch Y = 1,2 + 0,3.2 = 1,8 (mol)
⇒ m + 280,8 = 1,8.242 ⇒ m = 154,8 gam
Bài 4: Nung nóng AgNO3 được chất rắn X và khí Y. Dẫn khí Y vào cốc nước được dung dịch Z. Cho toàn bộ X vào Z thấy X tan một phần và thoát ra khí NO duy nhất. Giả thiết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Thành phần phần trăm khối lượng của X không tan trong Z là
A. 20%. B. 25%. C. 30%. D. 40%.
Đáp án: B
2AgNO3 (x) –toC→ 2Ag (x) + 2NO2 (x mol) + O2
dd Z: HNO3 x mol
3Ag + 4HNO3 → 3AgNO3 + NO + 2H2O
Ag dư = x – 3/4x = 1/4x
⇒ %mkhông tan = 25%
Bài 5: Cho 30,6 gam hỗn hợp Cu, Fe, Zn tác dụng với dung dịch HNO3 loãng dư thu được dung dịch chứa 92,6 gam muối khan ( không chứa muối amoni ). Nung hỗn hợp muối đến khối lượng không đổi, thu được m gam rắn. Giá trị của m là
A. 38,6. B. 46,6. C. 84,6. D. 76,6.
Đáp án: A
mNO3– = 92,6 – 30,6 = 62 gam
⇒ nNO3– = 1 mol
Bảo toàn điện tích ta có: nO2- = 1/2. nNO3– = 0,5 mol
⇒ m = mKL + mO2- = 30,6 + 0,5.16 = 38,6 gam
Bài 6: Nhận định nào sau đây là sai ?
A. HNO3 phản ứng với tất cả bazơ.
B. HNO3 (loãng, đặc, nóng) phản ứng với hầu hết kim loại trừ Au, Pt.
C. Tất cả các muối amoni khi nhiệt phân đều tạo khí amoniac.
D. Hỗn hợp muối nitrat và hợp chất hữu cơ nóng chảy có thể bốc cháy.
Đáp án: C
Bài 7: Có các mệnh đề sau :
(1) Các muối nitrat đều tan trong nước và đều là chất điện li mạnh.
(2) Ion NO có tính oxi hóa trong môi trường axit.
(3) Khi nhiệt phâm muối nitrat rắn ta đều thu được khí NO2
(4) Hầu hết muối nitrat đều bền nhiệt.
Trong các mệnh đè trên, những mệnh đề đúng là
A. (1) và (3). B. (2) và (4). C. (2) và (3). D. (1) và (2).
Đáp án: D
Bài 8: Để điều chế 5 lít dung dịch HNO3 21% (D = 1,2g/ml) bằng phương pháp oxi hóa NH3 với hiệu suất toàn quá trình là 80%, thể tích khí NH3 (đktc) tối thiểu cần dùng là
A. 336 lít. B. 560 lít. C. 672 lít. D. 448 lít.
Đáp án: B
nNH3 = nHNO3 = 21%. 5. 103. 1,2 : 63 = 20 mol
H = 80% ⇒ VNH3 = 20. 22,4 : 80% = 560l
Bài 9: Cho 11,6 gam muối FeCO3 tác dụng vừa đủ với dung dịch HNO3 được hỗn hợp khí CO2, NO và dung dịch X. Khi thêm dung dịch HCl (dư) vào dung dịch X, thì dung dịch thu được hòa tan tối đa bao nhiêu bột đồng kim loại, biết rằng có khí NO bay ra?
A. 14,4 gam. B. 7,2 gam. C. 16 gam. D. 32 gam.
Đáp án: D
nFeCO3 = 0,1 mol ⇒ Fe(NO3)3 = 0,1 mol ⇒ nNO3– = 0,3 mol
3Cu + 8H+ + 2NO3– → Cu2+ + 2NO + 4H2O
nCu = 3/2. nNO3– = 0,45 mol
Cu + 2Fe3+ → Cu2+ + 2Fe2+
nCu = 1/2. nFe3+ = 0,05
⇒ ∑nCu = 0,5 ⇒ mCu = 32 gam
Bài 10: Chia 20 gam hỗn hợp gồm Mg, Al, Zn thành hai phần bằng nhau. Đốt cháy hoàn toàn phần một trong O2 dư thu được 21 gam hỗn hợp oxit. Phần hai hòa tan trong dung dịch HNO3 đặc, nóng dư thu được V (lít) NO2 (sản phẩm khử duy nhất, (đktc)). Giá trị của V là
A. 44,8. B. 89,6. C. 22.4. D. 30,8.
Đáp án: D
mKL + mO2 = moxit
⇒ mO2 = 21 – 10 = 11g
⇒ nO2 = 0,34375 mol
ne (O2)nhận = ne kim loại nhường = ne (N+5) nhận
O2 + 4e → 2O2-
N5+ + 1e → N+4
V = 1,375.22,4 = 30,8 (lít)
Bài 11:Trong phòng thí nghiệm người ta điều chế HNO3 từ
A. NH3 và O2 B. NaNO2 và H2SO4 đặc.
C. NaNO3 và H2SO4 đặc. D. NaNO2 và HCl đặc.
Đáp án: C
Bài 12: Trong các phản ứng sau, phản ứng nào HNO3 không đóng vai trò chất oxi hóa ?
A. ZnS + HNO3(đặc nóng) B. Fe2O3 + HNO3(đặc nóng)
C. FeSO4 + HNO3(loãng) D. Cu + HNO3(đặc nóng)
Đáp án: B
Bài 13: Chỉ sử dụng dung dịch HNO3 loãng, có thể nhận biết được bao nhiêu chất rắn riêng biệt sau : MgCO3, Fe3O4, CuO, Al2O3 ?
A. 1. B. 2. C. 3. D. 4.
Đáp án: D
Bài 14: HNO3 phản ứng với tất cả các chất trong nhóm nào sau đây ?
A. NH3, Al2O3, Cu2S, BaSO4.
B. Cu(OH)2, BaCO3, Au, Fe2O3.
C. CuS,Pt, SO2, Ag.
D. Fe(NO3)2, S, NH4HCO3, Mg(OH)2.
Đáp án: D
Bài 15: Khi nhiệt phân, nhóm các muối nitrat cho sản phẩm kim loại, khí NO2, O2 là
A. Cu(NO3)2 , Pb(NO3)2. B. Ca(NO3)2 , Hg(NO3)2, AgNO3.
C. Zn(NO3)2, AgNO3, LiNO3. D. Hg(NO3)2 , AgNO3.
Đáp án: D
Bài 16: Nhiệt phân hoàn toàn Fe(NO3)2 trong không khí thu được sản phẩm gồm
A. FeO, NO2, O2. B. Fe2O3, NO2.
C. Fe, NO2, O2. D. Fe2O3, NO2 , O2.
Đáp án: D