CHƯƠNG 2: NITƠ – PHOTPHO
BÀI 7. AXIT NITRIC VÀ MUỐI NITRAT
Mục tiêu
Kiến thức
+ Mô tả được cấu tạo phân tử, tính chất vật lí (trạng thái, màu sắc, khối lượng riêng, tính tan),
ứng dụng của HNO3 .
+ Phát biểu được HNO3 là một trong những axit mạnh nhất.
+ Trình bày được HNO3 là chất oxi hóa rất mạnh: oxi hóa hầu hết kim loại, một số phi kim,
nhiều hợp chất vơ cơ và hữu cơ.
+ Trình bày được cách điều chế HNO3 trong phịng thí nghiệm và trong cơng nghiệp (từ
amoniac)
Kĩ năng
+ Dự đốn tính chất hóa học, kiểm tra dự đốn bằng thí nghiệm và rút ra kết luận.
+ Quan sát thí nghiệm, hình ảnh..., rút ra được nhận xét về tính chất của HNO3 .
+
Viết các phương trình hóa học dạng phân tử, ion rút gọn minh họa tính chất hóa học của
HNO3 đặc và lỗng và muối nitrat.
+ Giải được các bài tốn: Tính thành phần phần trăm khối lượng hỗn hợp kim loại tác dụng với
HNO3 ; tính thành phần phần trăm khối lượng muối nitrat trong hỗn hợp; nồng độ hoặc thể tích
dung dịch muối nitrat tham gia hoặc tạo thành trong phản ứng,...
Trang 1
I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
AXIT NITRIC
1. Cấu tạo phân tử
Cơng thức cấu tạo: H O H
O
//
O
Trong phân tử HNO3 : N có số oxi hóa +5.
2. Tính chất vật lí
Axit nitric tinh khiết là chất lỏng khơng màu, bốc khói mạnh trong khơng khí ẩm, D 1,53 g / cm3 , sôi ở
86C .
Trong điều kiện thường, dung dịch có màu hơi vàng do HNO3 bị phân hủy chậm thành NO2 :
4 HNO3
4NO2 2 H2O O2
Phải đựng dung dịch HNO3 trong bình tối màu.
3. Tính chất hố học
HNO3
H NO3 là axit mạnh.
5
H N O3 Số oxi hóa cao nhất nên chỉ có thể giảm tính oxi hố.
a. Tính axit: HNO3 là axit mạnh
Làm quỳ tím hoá đỏ
Tác dụng với oxit bazơ, bazơ, muối của các axit yếu Muối nitrat.
Cu NO3 2 H2O
Ví dụ: 2 HNO3 CuO
2 HNO3 Ca OH 2
Ca NO3 2 2 H2O
2 HNO3 CaCO3
Ca NO3 2 CO2 H2O
b. Tính oxi hóa
HNO3 có số oxi hóa +5 có thể bị khử thành:
0
1
2
4
3
N2 ,N2 O,N O,N O2 ,N H4 NO3
tuỳ theo nồng độ HNO3 và khả năng khử của chất tham gia.
Tác dụng với kim loại:
Oxi hoá hầu hết kim loại (trừ Au, Pt).
Chú ý: Fe, Al, Cr thụ động hố với HNO3 đặc, nguội.
Ví dụ:
Trang 2
5
0
2
2
3 Cu 8 H N O3 lo· ng
3 Cu NO3 2 2 N O 4 H2O
5
0
2
4
t
Cu 4 H N O3 đặc
3 Cu NO3 2 2 N O2 2 H2O
Thường HNO3 loãng tạo thành NO; HNO3 đặc tạo thành NO2 .
Tác dụng với phi kim
HNO3 đặc, nóng oxi hóa được một số phi kim C, S, P,... giải phóng NO2 .
Ví dụ: Khi đun nóng, HNO3 đặc có thể oxi hóa một số phi kim lên mức oxi hóa cao nhất.
Thí nghiệm: HNO3 đặc với C, S:
5
0
4
4
C 4 H N O3
CO2 4 N O2 2 H2O
5
0
6
4
S 6 H N O3
H2 S O4 6 N O2 2 H2O
Tác dụng với hợp chất
HNO3 đặc oxi hố nhiều hợp chất vơ cơ và hữu cơ.
Ví dụ: Vải, giấy, mùn cưa, dầu thơng... bị phá hủy khi tiếp xúc HNO3 đặc.
Ví dụ:
5
0
3
4
FeO 4 H N O3
Fe NO3 3 N O2 2 H2O
4. Điều chế
a. Trong phịng thí nghiệm
Cho tinh thể NaNO3 (hoặc KNO3 ) tác dụng với H2SO4 đặc, đun nóng.
t
NaNO3 r H 2SO4 ®
HNO3 NaHSO4
b. Trong công nghiệp
Sản xuất HNO3 từ NH3 , khơng khí: Gồm 3 giai đoạn
• Oxi hố khí NH3 bằng oxi khơng khí thành NO:
3
2
850900 C
4 N H3 5O2
4 N O 6H2O
• Oxi hố NO thành NO2 bằng oxi khơng khí ở điều kiện thường
2NO O2
2NO2
• NO2 tác dụng với nước và oxi khơng khí tạo HNO3
Trang 3
4NO2 O2 2H2 O
4HNO3
Dung dịch HNO3 có nồng độ 52 - 68%
Để HNO3 có nồng độ cao hơn: Chưng cất với H2SO4 đậm đặc.
MUỐI NITRAT: M NO3 x
1. Tính chất của muối nitrat
a. Tính chất vật lí
Tất cả các muối nitrat đều tan trong nước và là chất điện li mạnh.
Ca2 2NO3
Ví dụ: Ca NO3 2
KNO3
K NO3
b. Tính chất hố học
Các muối nitrat đều kém bền bởi nhiệt, khi đun nóng ở nhiệt độ cao muối nitrat có tính oxi hóa mạnh.
Sản phẩm phân huỷ phụ thuộc vào bản chất của cation kim loại.
t
• Kim loại đứng trước Mg (trừ Ba)
Muối nitrit + O2
t
Ví dụ: 2 KNO3
2 KNO2 O2
t
2 BaO 4NO2 O2
Chú ý: 2 Ba NO3 2
t
• Từ Mg đến Cu
Oxit kim loại + NO2 + O2
t
2CuO 4NO2 O2
Ví dụ: 2Cu NO3 2
t
• Kim loại sau Cu
Kim loại + NO2 + O2
t
2 Ag 2NO2 O2
Ví dụ: 2 AgNO3
2. Nhận biết ion nitrat
Sử dụng Cu H2SO4 (hoặc HCl):
3Cu 8H 2NO3
3Cu2 2NO 4H2O
Hiện tượng: Dung dịch thu được có màu xanh, khí khơng màu hóa nâu trong khơng khí thốt ra.
3. Ứng dụng
Các muối nitrat được sử dụng chủ yếu làm phân bón hóa học (phân đạm).
Kali nitrat ( KNO3 ) được sử dụng để chế thuốc nổ đen.
SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA
Trang 4
AXIT NITRIC VÀ MUỐI NITRAT
I. AXIT NITRIC
1. Tính chất hóa học
Tính axit
o Làm đỏ quỳ tím
o Tác dụng với oxit bazơ, bazơ, muối
Cu NO3 2 H 2 O
Ví dụ: 2HNO3 CuO
2HNO3 Cu OH 2
Cu NO3 2 2H 2 O
2HNO3 Na 2CO3
2NaNO3 CO2 H 2O
Tính oxi hóa mạnh: Oxi hóa hầu hết kim loại ( trừ Au, Pt), nhiều phi kim và hợp chất.
4
2
1
3
0
Sản phầm khử: N O2 ; N O ; N 2 O; N 2 ;N H 4 NO3
HNO3 ®
HNO3 l
HNO3 l klk, Ca,Ba, Mg, Al, Zn
Fe, Al, Cr bị thụ động hóa trong HNO3 đặc, ngui.
Vớ d:
0
5
0
5
2
4
Cu 4H N O3đặc
Cu NO3 2 2 N O2 2H 2O
3
2
Fe 4H N O3 lo·ng
Fe NO3 3 N O 2H2O
0
5
0
5
3
0
10Al 36H N O3 lo· ng
10 Al NO3 3 3N 2 18H2 O
3
3
4Mg 10H N O3 lo·ng
4Mg NO3 2 N H 4 NO3 3H2O
5
0
6
4
S 6H N O3 đặc
H2 S O4 6 N O2 2H2O
2
5
3
2
3FeO 10H N O3 lo·ng
3Fe NO3 3 N O 5H2O
2. Điều chế
Trong phịng thí nghiệm
NaNO3 tinh thĨ H 2SO4 đặc
NaHSO4 HNO3
Trong cụng nghiệp
O2
O2
O2 H 2 O
NH 3
NO
NO 2
HNO3
II. Muối nitrat
1. Phản ứng nhiệt phân
Dễ bị phân hủy bởi nhiệt:
K,Na,Ca,Mg,Al,Zn,Fe,Ni,Sn,Pb,Cu,Hg,Ag,Au
I
II
III
Trang 5
t
I: 2KNO3
2KNO2 O2
t
2CuO 4NO 2 O 2
II: 2Cu NO3 2
t
III: 2AgNO3
2Ag 2NO2 O2
2. Nhận biết
Sử dụng: Cu H2SO4 (hoặc HCl)
3Cu 8H 2NO3
Cu2 2NO 4H2O
II. CÁC DẠNG BÀI TẬP
Dạng 1: Câu hỏi lí thuyết
Ví dụ mẫu
Ví dụ 1: Viết các phương trình phản ứng thực hiện dãy chuyển hoá sau:
H2
O2
O2
O2 H2 O
CuO, t
NaOH
t
B
1 A khÝ
2 B
3 C
4 D
5 E
6 G
7 H r¾n
Hướng dẫn giải
Sơ đồ hoàn chỉnh:
H2
O2
O2
O2 H2 O
CuO, t
NaOH
t
NH3
1 N2
2 NH3
3 NO
4 NO2
5 HNO3
6 NaNO3
7 NaNO2
Phương trình hóa học:
t
(1) 2NH3 3CuO
N2 3Cu 3H2 O
t ,xt,p
2NH 3
(2) N 2 3H 2
t ,p
(3) 4NH3 5O2
4NO 6H2O
(4) 2NO O2
2NO2
(5) 4NO2 O2 2H2 O
4HNO3
(6) HNO3 NaOH
NaNO3 H2O
t
2NaNO2 O2
(7) 2NaNO3
Ví dụ 2: Phương trình hóa học nào sau đây sai?
t
2Ag 2NO2 O2
A. 2AgNO3
t
2CuO 4NO 2 O 2
B. 2Cu NO3 2
t
2Na 2 O 4NO2 O2
C. 4NaNO3
t
2Fe2 O3 12NO 2 3O 2
D. 4Fe NO3 3
Hướng dẫn giải
NaNO3 là muối của kim loại đứng trước Mg nên bị nhiệt phân thành muối nitrit và oxi.
t
2Na 2 O 4NO2 O2
Vậy phương trình hóa học sai là: 4NaNO3
Chọn C.
Trang 6
Bài tập tự luyện dạng 1
Câu 1: Dãy gồm các kim loại đều tác dụng với HNO3 đặc, nguội là:
A. Cu, Ag, Zn, Al.
B. Cu, Ag, Zn, Pb.
C. Fe, Sn, Zn, Al.
D. Fe, Zn, Al, Pb.
Câu 2: Để phân biệt ba dung dịch loãng: HNO3 ,HCl,H2SO4 , ta dùng
A. Fe và Al.
B. Cu và BaCl2 .
C. BaCl2 và NaOH.
D. AgNO3 và KCl
C. N2O5 .
D. NH4 NO3 .
Câu 3: Kim loại tác dụng HNO3 không tạo ra
A. NO.
B. N2 .
Câu 4: Dung dịch axit nitric tinh khiết để ngoài ánh sáng lâu ngày sẽ chuyển dần sang màu
B. đen sẫm.
A. vàng.
C. trắng đục.
D. đỏ.
Câu 5: Để điều chế HNO3 trong phòng thí nghiệm, các hố chất cần sử dụng là
A. tinh thể NaNO3 và H2SO4 đặc.
B. tinh thể NaNO3 và HCl đặc.
C. dung dịch NaNO3 và HCl đặc.
D. dung dịch NaNO3 và H2SO4 đặc.
Câu 6: Khi cho C tác dụng với HNO3 đặc, nóng ta thu được các sản phẩm là:
A. CO2 , NO, H2O.
B. CO, NO2 , H2O.
C. NO2 , H2O.
D. CO2 , NO2 , H2O.
Câu 7: Nhiệt phân hoàn toàn Mg NO3 2 thu được các sản phẩm là:
A. Mg, NO2 , O2 .
B. MgO, NO2 .
C. MgO, NO2 , O2 .
D. Mg NO 2 2 , O 2 .
Câu 8: Nhiệt phân hoàn toàn AgNO3 thu được các sản phẩm là:
A. Ag2O, NO2 , O2 .
B. Ag,NO2 .
C. Ag2O,NO2
D. Ag,NO2 , O2 .
Câu 9: Để phân biệt ba dung dịch không màu: NH 4 2 SO 4 , NH 4 Cl và Na2SO4 đựng trong các lọ mất
nhãn ta dùng
A. NaOH.
C. Ba OH 2 .
B. BaCl2 .
D. AgNO3.
Câu 10: Cho Cu tác dụng với HNO3 đặc tạo ra khí có đặc điểm nào sau đây?
A. Khơng màu.
B. Màu nâu đỏ.
C. Khơng hịa tan trong nước.
D. Có mùi khai.
Câu 11: Phương trình hóa học nào sau đây đúng?
t
Cu 2NO 2 O 2
A. Cu NO3 2
t
2CuO 4NO 2 O 2
B. 2Cu NO3 2
t
Cu NO 2 2 O 2
C. Cu NO3 2
t
CuO 2NO 2
D. Cu NO3 2
Câu 12: Hồn thành sơ đồ chuyển hóa sau:
Fe OH 2
Fe NO3 3
Fe2 O3
Fe NO3 3
|
1
6
7
8
9
10
NH3
Cu
NO
NO2
HNO3
Al NO3 3
NH 4 2 CO3
|
11
12
13
NH 4 Cl
NH3
NH 4 HSO 4
2
3
4
5
Câu 13: Viết phương trình hố học thực hiện dãy chuyển hố sau:
Trang 7
Dạng 2: Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử của những phản ứng có sự tham gia của HNO3 hoặc
NO3 theo phương pháp thăng bằng ion – electron.
Ví dụ mẫu
Ví dụ 1: Hồn thành phương trình phản ứng sau theo phương pháp ion-electron:
Cu NaNO3 HCl
Hướng dẫn giải
Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố để tìm chất oxi hóa và chất khử:
0
5
2
Cu N O3 H
Cu2 N O H2O
Số oxi hóa của Cu tăng từ 0 lên +2 Cu là chất khử.
Số oxi hóa của N NO3 giảm từ +5 xuống +2 Chất oxi hóa: NO3 / H
Bước 2: Viết q trình oxi hóa - khử và cân bằng mỗi quá trình:
3 | Cu
Cu2 2e
2 | NO3 4H 3e
NO 2H2O
Bước 3: Cân bằng phương trình.
Phương trình ion rút gọn: 3Cu 2NO3 8H
3Cu2 2NO 4H2 O
Phương trình phân tử:
3Cu 8NaNO3 8HCl
3Cu NO3 2 2NO 4H 2 O 8NaCl
Chú ý: NO3 thể hiện tính oxi hóa trong mơi trường axit.
Bài tập tự luyện dạng 2
Bài tập cơ bản
cAl NO3 3 dNO eH 2 O . Tỉ lệ a : b là
Câu 1: Cho phương trình hóa học: aAl bHNO3
A. 1 : 3.
B. 2 : 3.
C. 2 : 5.
D. 1 : 4.
Fe NO3 3 NO H 2 O . Hệ số của HNO3 là
Câu 2: Cho phản ứng: FeO HNO3
A. 8.
B. 9.
C. 10.
D. 11.
Bài tập nâng cao
Mg NO3 2 NO NO 2 H 2 O . Biết khi cân bằng tỉ lệ mol giữa
Câu 3: Cho phản ứng: Mg HNO3
NO và NO2 là 1 : 2. Với hệ số các chất trong phương trình là các số nguyên, tối giản. Hệ số của chất oxi
hóa và chất khử trong phản ứng trên lần lượt là
Trang 8
A. 16 : 5.
B. 5 : 16.
C. 7 : 10.
D. 10 : 7.
Fe NO3 3 N x O y H 2 O . Sau khi cân bằng phương trình hóa
Câu 4: Cho phản ứng: Fe HNO3
học trên (hệ số nguyên, tối giản) thì hệ số của HNO3 là
A. 3x 10y.
B. 12x y.
C. 5x 2y.
D. 18x 6y.
Dạng 3: Hỗn hợp các kim loại, oxit kim loại tác dụng với dung dịch HNO3
Phương pháp giải
Cách 1: Tính theo phương trình hóa học.
Cách 2: Áp dụng bảo toàn electron:
n e cho n e nhËn
Chú ý: Khi cho nhiều kim loại tác dụng với cùng một dung dịch HNO3 cần nhớ: Kim loại càng mạnh tác
5
dụng với dung dịch HNO3 càng lỗng thì N trong gốc NO3 bị khử xuống mức oxi hoá càng thấp
4
2
1
0
3
3
N O2 ,N O,N2 O,N2 ,N H4 NO3 hay N H3 .
Ví dụ: Cho 11 gam hỗn hợp Al và Fe vào dung dịch HNO3 loãng, dư thì có 6,72 lít khí NO bay ra (đktc).
Tính khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp.
Hướng dẫn giải
nNO 0,3 mol
Gọi x, y lần lượt là số mol Al và Fe trong hỗn hợp.
Khối lượng hỗn hợp là 11 gam nên:
27x 56y 11 1
Phương trình hóa học:
Al 4HNO3
Al NO3 3 NO 2H 2 O
x
x
mol
Fe 4HNO3
Fe NO3 3 NO 2H 2 O
y
y
mol
Theo phương trình: x y 0,3 2
Quá trình cho – nhận electron:
Al
Al 3 3e
x
3x mol
N 5 3e
N 2
0,9 0,3 mol
Fe
Fe 3 3e
y
3y mol
Bảo toàn electron: 3x 3y 0,9
hay x y 0,3 2
Trang 9
Từ (1) và (2) suy ra: x 0,2 và y 0,1
Khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp bằng:
mAl 0,2.27 5,4 gam
mFe 0,1.56 5,6 gam
Ví dụ mẫu
Ví dụ 1: Hịa tan hồn tồn 2,32 gam hỗn hợp FeO và Fe2O3 vào dung dịch HNO3 đặc, dư thì thu được
0,224 lít khí NO2 (đktc). Tính khối lượng muối Fe NO3 3 tạo thành sau phản ứng.
Hướng dẫn giải
n NO2 0,01 mol
Trong hỗn hợp chỉ có FeO phản ứng tạo thành chất khí.
Phương trình hóa học:
FeO 4HNO3
Fe NO3 3 NO2 2H 2O
0,01
0,01 0,01
mol
Ta có: mFeO 0,01.72 0,72 gam
m Fe2 O3 2,32 0,72 1,6 gam n Fe2 O3 0,01 mol
Phương trình hóa học:
Fe2 O3 6HNO3
2Fe NO3 3 3H 2 O
0,01
0,02
mol
Khối lượng muối thu được bằng: 0,03.242 7,26 gam
Chú ý: NO3 thể hiện tính oxi hóa trong mơi trường axit.
Bài tập tự luyện dạng 3
Bài tập cơ bản
Câu 1: Hoà tan hoàn toàn m gam Fe vào dung dịch HNO3 lỗng thì thu được 0,448 lít khí NO duy nhất
(đktc). Giá trị của m là
A. 5,60.
B. 11,20.
C. 0,56.
D. 1,12.
Câu 2: Khi cho 3 gam hỗn hợp Cu và Al tác dụng với HNO3 đặc, dư, đun nóng sinh ra 4,48 lít khí NO2
ở đktc (sản phẩm khử duy nhất). Phần trăm khối lượng kim loại Cu trong hỗn hợp là
A. 55,7%.
B. 45,5%.
C. 56,0%.
D. 47,0%.
Bài tập nâng cao
Câu 3: Cho 60 gam hỗn hợp Cu và CuO tan hết trong 3 lít dung dịch HNO3 1M, thu được 13,44 lít khí
NO (ở đktc). Tính phần trăm khối lượng của Cu trong hỗn hợp và nồng độ mol của axit trong dung dịch
thu được (coi thể tích khơng đổi trong q trình phản ứng).
ĐÁP ÁN
Trang 10
Dạng 1: Câu hỏi lí thuyết
1–B
2–B
3–C
4–A
5–A
6–D
7–C
8–D
9–C
10 – B
11 – B
Câu 12: Phương trình hóa học:
t
2NH 3 CO 2 H 2 O
1 NH 4 2 CO3
Fe OH 2 2NH 4Cl
2 2NH3 2H 2O FeCl 2
t
Fe NO3 3 NO2 3H 2 O
3 Fe OH 2 4HNO3 đặc
t
3Fe NO3 3 NO 8H 2 O
hay 3Fe OH 2 10HNO3 lo·ng
t
2Fe 2 O3 12NO 2 3O 2
4 4Fe NO3 3
2Fe NO3 3 3H 2 O
5 Fe2O3 6HNO3
t
N 2 3Cu 3H 2 O
6 2NH3 3CuO
3Cu NO3 2 2NO 4H 2O
7 3Cu 8HNO3 lo·ng
2NO 2
8 2NO O2
4HNO3
9 4NO2 O2 2H 2O
2Al NO3 3 H 2 O
10 Al2 O3 6HNO3
NH 4 Cl
11 NH3 HCl
NaCl NH 3 H 2O
12 NH 4 Cl NaOH
NH 4 HSO 4
13 NH3 H 2SO4
Câu 13: Phương trình hóa học:
2NH
1 N2 k 3H2 k
3 k
t ,p,xt
NH 4 NO3
2 NH3 HNO3
NH 3 NaNO3 H 2 O
3 NH 4 NO3 NaOH
3000 C
2NO
4 N 2 O2
2NO2
5 2NO O2
4HNO3
6 4NO2 O2 2H 2 O
Cu NO3 2 2NO 2 2H 2O
7 4HNO3đặc Cu
NH 4 NO3
8 HNO3 NH3
Dạng 2: Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử của những phản ứng có sự tham gia của HNO3 hoặc
NO3 theo phương pháp thăng bằng ion – electron.
Trang 11
1–D
2–C
3–A
4–D
Dạng 3: Hỗn hợp các kim loại, oxit kim loại tác dụng với dung dịch HNO3
Câu 1: Chọn D.
Câu 2: Chọn A.
Câu 3:
Ta có: n NO 0,6 mol;n HNO3 bd 3 mol
Phương trình hóa học:
3Cu 8HNO3
3Cu NO3 2 2NO 4H 2 O 1
CuO 2HNO3
Cu NO3 2 H 2 O 2
Theo phương trình (1): n Cu
3
3
n NO .0,6 0,9 mol m Cu 0,9.64 57,6 gam
2
2
n HNO3 1 4n NO 2,4 mol
Phần trăm khối lượng Cu trong hỗn hợp ban đầu bằng:
57,6
.100% 96%
60
Ta có: m CuO 60 m Cu 60 57,6 2, 4 gam n CuO
2, 4
0,03 mol
80
Theo phương trình (2): n HNO3 2 2n CuO 0,06 mol
Tổng số mol HNO3 phản ứng là: 2,4 0,06 2,46 mol
Số mol HNO3 dư bằng: 3 2,46 0,54 mol
Nồng độ axit dư trong dung dịch sau phản ứng bằng: C M
0,54
0,18M
3
Trang 12