Hoá học 11 Bài 9: Axit nitric và muối nitrat

Những hợp chất khí nào là nguyên nhân gây ra mưa axit? Có hợp chất của nitơ là NO2, kết hợp với nước tạo nên một loại axit, axit này có những tính chất gì mà có thể gây hại đến những công trình xây dựng... Hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu nội dung bài học Axit nitric và muối nitrat.

Hoá học 11 Bài 9: Axit nitric và muối nitrat

1. Tóm tắt lý thuyết

1.1. Axit Nitric

a. Cấu tạo phân tử

Hình 1: Công thức cấu tạo HNO3

Hình 2: Mô hình phân tử HNO3

- Trong ptử HNO3: N có số oxi hóa là +5

b. 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%.

c. Tính chất hóa học

- HNO3 phân li tạo  H+ và NO3-  ⇒ là axit mạnh

- ​HNOvới N có số oxi hóa cao nhất ⇒ tính oxi hóa

Hình 4: N trong axit nitric nhận e thể hiện tính oxi hóa

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

Tính oxi hoá

HNOcó số oxi hóa +5 có thể bị khử thành: N2, N2O, NO, NO2, NH4NOtuỳ theo nồng độ HNO3 và khả năng khử của chất tham gia. 

Tác dụng với kim loại

Hình 5: Các sản phẩm khử của HNO3

*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 + 4HNO  →  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.

Tác dụng với phi kim

HNOđặc, nóng oxi hóa được một số phi kim C,S,P,... tạo NO2

C + 4HNO→ CO2 + 4NO2 + 2H2O

S + HNO→ H2SO4 + 6NO2 + 2H2O

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

Tác dụng với  hợp chất

- HNO3 đặc oxi hoá nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ

FeO + HNO3 → Fe(NO3)+ NO+ 2H2O

- Vải, giấy, mùn cưa, dầu thông….bị phá huỷ khi tiếp xúc HNO3 đặc

d. Ứng dụng

Hình 5: Ứng dụng axit nitric và muối nitrat

e. Điều chế

Trong phòng thí nghiệm

Cho tinh thể  NaNO3 (hoặc KNO3) tác dụng với H2SO4 đặc, đun nóng

NaNO3 + H2SO4(đ) → HNO3 + NaHSO4       

Hình 6: Điều chế HNO3 trong phòng thí nghiệm

Trong Công nghiệp

Sản xuất HNO3 từ NH3, không khí: Gồm 3 giai đoạn

- Oxi hoá khí NH3 bằng oxi kk thành NO:

4NH3+ 5O2  →  4NO +6H2O  

- 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

Dung dịch HNOcó nồng độ 52 – 68 %

→ Để HNO3 có nồng độ cao hơn: Chưng cất với H2SO4 đậm đặc.

1.2. Muối Nitrat M(NO3)n

a. Tính chất  của muối nitrat

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-

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 →​ muối Nitrit  +  O2

Ví dụ: 2KNO3 → 2KNO2 + O2

- Từ Mg đến Cu → Oxit kim loại  + NO+  O2

Ví dụ: 2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2 + O2

- Kim loại sau Cu → Kim loại + NO2 + O2     

Ví dụ: 2AgNO →​ 2Ag + 2NO2 + O2

b. 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)

1.3. Chu trình của Nito 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 HNOvà 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.

2. Bài tập minh họa

2.1. Dạng 1: Kim loại tác dụng với HNO3

Bài 1: Cho m (g) hỗn hợp Fe và Cu tác dụng hết với 100 ml dung dịch HNO3 2,4 M có nung nóng thu được dung dịch A và một khí màu nâu đỏ. Cô cạn dung dịch A thu được 10,48 g hỗn hợp 2 muối khan.

a, Tính m (g)?

b, Cho 2 muối trong dung dịch A tác dụng với 200 ml dung dịch NaOH. Tính nồng độ mol/l của dung dịch NaOH dùng cho phản ứng?

Hướng dẫn giải

nHNO3 = 0,1.2,4 = 0,24 mol;

2H+ + NO3- + e → NO2 + H2O

a.nNO3- tạo muối = 0,12 mol

mmuối = m + mNO3- = m + 0,12.62 → m = 10,48 – 7,44 = 3,04 gam

b. Ta có nNa+ = nNO3- tạo muối = 0,12 mol → CM(NaOH) = 0,12/0,2 = 0,6 M

2.2. Dạng 2: Oxit kim loại tác dụng với HNO3

Bài 1: Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 46,4 gam hỗn hợp chất rắn X. Hoà tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 dư, thoát ra 8,96 lít (đktc) NO (sản phẩm khử duy nhất) và dd Y chứa m1 gam muối nitrat.

a. Tính giá trị của m, m1 ?

b. Số mol của HNO3 đã phản ứng là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Fe + O2 → crX + HNO3 to→ Fe3+ + NO

Trong quá trình phản ứng xảy ra sự trao đổi e của Fe, N, O

a. Bảo toàn e ta có: m/56.3= (46,4-m)/32.4 + 0,4.3 => m = 39,2 gam

Khối lượng muối thu được: m = mFe(NO3)3 = 0,7.242 = 169,4 gam

b. Số mol HNO3 phản ứng: n = nNO3- tạo muối + nNO = 0,7.3 + 0,4 = 2,5 mol

Bài 2: Nung 2,23 gam hh X gồm (Fe, Cu, Ag) trong oxi một thời gian thu được 2,71 gam hh Y. Hoà tan Y bằng dung dịch HNO3 dư, thu được 0,672 lít khí NO (sp khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch A. Cô cạn dung dịch A thu được m gam muối. Tính khối lượng muối tạo thành và mol HNO3 phản ứng?

Hướng dẫn giải

Số mol NO3- tạo muối là: nNO3- tạo muối = 3.nNO = 0,03.3 = 0,09 mol

Khối lượng muối tạo thành: m = mX + mNO3-- tạo muối = 2,23 + 0,09.62 = 7,81 gam

Số mol oxi tham gia phản ứng: nO2 = (2,71-2,23)/32 = 0,015 mol => nO = 0,03 mol

Số mol HNO3 đã phản ứng là: n = 4.nNO + 2.nO = 0,18 mol

2.3. Dạng 3: Phản ứng NO3- trong môi trường bazơ

Bài 1: Cho 1,92 gam đồng vào 100 ml dung dịch chứa đồng thời KNO3 0,16M và H2SO4 0,4M thấy sinh ra một chất khí có tỉ khối hơi so với H2 là 15 và dung dịch A.

a) Viết phương trình ion thu gọn của phản ứng và tính thể tích khí sinh ra ở đktc.

b) Tính thể tích dung dịch NaOH 0,5M tối thiểu cần dùng để kết tủa toàn bộ ion Cu2+ trong dung dịch A.

Hướng dẫn giải

a) nCu = 1,92/64 = 0,03 mol; nKNO3 = 0,16 × 0,1 = 0,016 mol; nH2SO4 = 0,4 × 0,1 = 0,04 mol

Vậy trong 100 ml dung dịch trên có 0,016 mol NO3 và 0,08 mol H+

Khí sinh ra có M = 30 chỉ có thể là NO theo phương trình phản ứng sau:

                    3Cu   +       8H+      +     2NO3   →   3Cu2+  +   2NO      +    4H2O (1)

Ban đầu:      0,03        0,080            0,016             0               0    mol

p.ư:             0,024       0,064            0,016          0,024         0,016   mol

Sau pư:       0,006       0,016             0              0,0024         0,016   mol

Vậy VNO(đktc) = 0,016 x´ 22,4 = 0,3584 lít.

b) Dung dịch A thu được sau cùng có chứa: 0,016 mol H+ và 0,024 mol Cu2+. Khi cho NaOH vào dung dịch A, trước hết xảy ra phản ứng:

OH- + H+ → H2O (2)

Sau đó xảy ra phản ứng:

Cu2+ + 2OH- → Cu(OH)2 (3)

Vậy nNaOH = 0,016 + 0,048.2 = 0,112 mol

VddNaOH 0,5M (tối thiểu cần) = 0,112/0,5 = 0,224 lít

Bài 2: Cho 24,3 gam bột Al vào 225 ml dung dịch hỗn hợp NaNO3 1M và NaOH 3M khuấy đều cho đến khi khí ngừng thoát ra thì dừng lại và thu được V lít khí (ở đktc).Tìm giá trị của V?

Hướng dẫn giải

nAl = 24,3/27 = 0,9 mol; nNO3- = 0,225 mol; nOH- = 0,225.3 = 0,675 mol

Phương trình phản ứng: 8Al   +   5OH-   +   3NO3-   +   2H2O → 8AlO2- + 3NH3

Ban đầu:                          0,9      0,675      0,225 mol

Phản ứng:                       0,6      0,375       0,225        0,225 mol

VNH3 = 0,225.22,4 = 5,04 lít

2.4. Dạng 4: Nhiệt phân muối NO3-

Bài 1: Nung nóng 66,2 gam Pb(NO3)2 thu được 55,4 gam chất rắn.

a.Tính hiệu suất của phản ứng phân hủy.

b.Tính thể tích các khí thoát ra (đkc) và tỷ khối của hỗn hợp khí so với không khí.

Hướng dẫn giải

Phương trình phản ứng

Pb(NO3)2 → PbO + 2NO2 + 1/2O2

mNO2 + mO2 = 46.2x + 32.0,5x = 66,2 – 55,4 → x = 0,1 mol

a. Khối lượng của Pb(NO3)2 phản ứng là: mPb(NO3)2 = 0,1.331 = 33,1 gam

Hiệu suất phản ứng thủy phân là: H = 33,1/66,2.100% = 50%

b. Thể tích khí thoát ra: V = (0,1.2 + 0,1/2).22,4 = 5,6 lít

M = (0,2.46 + 0,05.32)/0,25 = 43,2 gam → dhh/kk = 43,2/29 = 1,49

Bài 2: Khi nhiệt phân hoàn toàn muối nitrat của kim loại hóa trị 1 thu được 32,4 gam kim loại và 10,08 lít khí (đktc). Xác định công thức và tính khối lượng muối ban đầu.

Hướng dẫn giải

Gọi kim loại cần tìm là M → muối nitrat là: MNO3

MNO3 → M + NO2 + 1/2O2

x + x/2 = 1,5x = 10,08/22,4 = 0,45 → x = 0,3

M = 32,4/0,3 = 108 → M là Ag

3. Luyện tập

3.1. Bài tập tự luận

Câu 1: Hòa tan hết 6,5 g Zn vào 200ml dd hỗn hợp gồm KNO3 0,1M và NaOH 0,5M. Két thúc phản ứng thu được V lít hỗn hợp khí ở đktc. Giá trị của V là?

Câu 2: Cho 7,68 g Cu vào 200ml dung dịch gồm HNO3 0,6M và H2SO4 0,5M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn (sản phẩm khử duy nhất là NO), cô cạn cẩn thận toàn bộ dung dịch sau phản ứng thì khối lượng muối khan thu được là?

Câu 3: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y (gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3) thì cần 0,05 mol H2. Mặt khác hoà tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp Y trong dung dịch HNO3 đặc thì thu được V lít khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất) (đktc). Giá trị của V là?

Câu 4: Cho 17,7 gam hỗn hợp Cu, Zn, Mg tác dụng với dung dịch HNO3 dư thu được dung dịch X, cô cạn dung dịch X thu được 67,3 gam muối khan (không có NH4NO3). Nung hỗn hợp muối khan này đến khối lượng không đổi thì thu được bao nhiêu gam chất rắn?

Câu 5: Nung 6,58 gam Cu(NO3)2 trong bình kín không chứa không khí, sau một thời gian thu được 4,96 gam chất rắn và hỗn hợp khí X. Hấp thụ hoàn toàn X vào nước để được 300 ml dung dịch Y. Dung dịch Y có pH bằng?

3.2. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Những kim loại nào sau đây không tác dụng được với dd HNO3 đặc, nguội

A. Fe, Al, Cr    

B. Cu, Ag, Cr    

C. Al, Fe, Cu    

D. Mn, Ni, Al

Câu 2: Nhúng thanh Al vào dung dịch HNO3 loãng, không thấy có khí thoát ra. Kết luận nào sao đây là đúng:

A. Al không phản ứng với dd HNO3 loãng

B. Al bị thụ động hóa trong dd HNO3 loãng

C. Al phản ứng với HNO3 tạo ra muối amoni

D. Cả A và B đều đúng

Câu 3: Hòa tan hỗn hợp gồm 0,1 mol Al và 0,2 mol Zn bằng 500 ml dd HNO3 vừa đủ, thu được dd A và không thấy khí thoát ra. Cô cạn dd A thu m gam muối.Giá trị của m:

A. 51,9 g    

B. 66,1 g    

C. 59,1 g    

D. 61,6 g

Câu 4: Đem nung hỗn hợp A gồm: x mol Fe và 0,15 mol Cu, trong không khí một thời gian, thu được 63,2 gam hỗn hợp B, gồm hai kim loại trên và hỗn hợp các oxit của chúng. Đem hòa tan hết lượng hỗn hợp B trên bằng dung dịch HNO3 đậm đặc, thì thu được 0,6 mol NO2. Trị số của x là:

A. 0,7 mol    

B. 0,6 mol    

C. 0,5 mol    

D. 0,4 mol

Câu 5: Để nhận biết ion NO3- thường dùng thuốc thử là Cu và dung dịch H2SO4 loãng bởi vì:

A. Tạo ra khí có màu nâu.    

B. Tạo ra dung dịch có màu vàng.

C. Tạo ra kết tủa màu vàng.    

D. Tạo ra khí không màu hoá nâu trong không khí.

3.3. Trắc nghiệm Online

Các em hãy luyện tập bài trắc nghiệm Axit nitric và muối nitrat Hóa học 11 sau để nắm rõ thêm kiến thức bài học.

Trắc Nghiệm

4. Kết luận

Sau bài học cần nắm:

  • Cấu tạo phân tử, tính chất vật lí (trạng thái, màu sắc, khối lượng riêng, tính tan), ứng dụng của HNO3.
  • Cách điều chế HNO3 trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp (từ amoniac).
  • Phản ứng đặc trưng của ion NO3- với Cu trong môi trường axit. 
Ngày:20/07/2020 Chia sẻ bởi:

CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM