Bài 9. Axit nitric và muối nitrat
A. Axit nitric
Axit
nitric ($HNO_3$) có công thức cấu tạo:
Trong hợp chất $HNO_3$,
nitơ có số oxi hóa cao nhất là +5.
- Axit
nitric là chất lỏng, không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm, D = 1,53
$g/cm^3$.
- Axit
nitric kém bền: ở điều kiện thường khi có ánh sáng, dung dịch axit nitric đặc
bị phân hủy một phần giải phóng khí nitơ đioxit. Khí này tan trong dung dịch
axit, làm cho dung dịch có màu vàng.
- Axit
nitric tan trong nước theo bất kì tỉ lệ nào. Trong phòng thí nghiệm thường có
loại $HNO_3$ đặc nồng độ 68%,
D = 1,40 $g/cm^3$.
Axit
nitric là một trong các axit mạnh nhất, trong dung dịch loãng nó phân li hoàn
toàn thành ion $H^+$ và ion $NO_3^-$. Dung dịch $HNO_3$ làm đỏ quỳ tím; tác dụng
với oxit bazơ, bazơ và muối của axit yếu hơn tạo ra muối nitrat.
Axit
nitric có tính oxi hóa mạnh. Tùy
vào nồng độ của axit và độ mạnh yếu của chất khử mà $HNO_3$ có thể bị khử đến các sản
phẩm khác nhau của nitơ.
Axit
nitric oxi hóa được hầu hết các kim loại trừ Pt và Au. Khi đó, kim loại bị oxi hóa đến mức oxi hóa
cao nhất và tạo ra muối nitrat. Nếu dùng dung dịch $HNO_3$ đặc thì sản phẩm là
$\mathop N\limits^{ + 4} {O_2}$, còn dung dịch loãng thì tạo thành $\mathop
N\limits^{ + 2} {O}$.
Với
các kim loại có tính khử
mạnh như Mg, Al, Zn, ..$H\mathop
N\limits^{ + 5} {O_3}$ loãng có thể bị khử
đến $\mathop {{N_2}}\limits^{ + 1} O$, $\mathop {{N_2}}\limits^0 $ hoặc $\mathop N\limits^{ - 3}
{H_4}N{O_3}$.
Trong
dung dịch $HNO_3$ đặc,
nguội, Al và Fe bị thụ động hóa do tạo ra một lớp màng oxit bền, bảo vệ cho kim
loại khỏi tác dụng của các axit nên dùng bình làm bằng nhôm hoặc sắt để đựng $HNO_3$ đặc.
Khi
đun nóng, $HNO_3$ đặc có thể
oxi hóa được các phi kim như
C, S, P, ...
c. Tác
dụng với hợp chất
$HNO_3$ đặc
còn oxi hóa được nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ: vải, giấy, mùn cưa, dầu thông,
... bị phá hủy hoặc bốc cháy khi tiếp xúc với $HNO_3$ đặc.
Axit
nitric được dùng để:
- Điều
chế phân đạm $NH_4NO_3,
Ca(NO_3)_2$, ...
- Sản
xuất thuốc nổ: trinitrotoluen (TNT); thuốc nhuộm; dược phẩm; ...
Đun
hỗn hợp natri nitrat hoặc kali nitrat rắn với axit sunfuric đặc:
$NaN{O_3}
+ {\text{ }}{H_2}S{O_4} \to {\text{ }}HN{O_3} + {\text{ }}NaHS{O_4}$
Sản
xuất axit nitric từ amoniac gồm ba giai đoạn:
a. Oxi
hóa khí amoniac bằng oxi không khí thành nitơ monooxit (NO):
$4\mathop
N\limits^{ - 3} {H_3} + {\text{ }}5{O_2}\xrightarrow[{Pt}]{{850 -
{{900}^o}C}}4\mathop N\limits^{ + 2} O{\text{ }} + 6{H_2}O$
∆H<0
b. Oxi
hóa nitơ monooxit thành nitơ đioxit bằng oxi không khí ở điều kiện thường:
$2NO{\text{
}} + {\text{ }}{O_2} \to {\text{ }}2N{O_2}$
c.
Nitơ đioxit tác dụng với nước và oxi thành axit nitric:
$4N{O_2}
+ {\text{ }}{O_2} + {\text{ }}2{H_2}O \to {\text{ }}4HN{O_3}$
Để có axit nitric với nồng độ cao hơn 68%, người ta chưng cất axit này với $H_2SO_4$ đậm đặc.
B. Muối nitrat
1. Muối nitrat dễ tan trong nước và là chất điện li mạnh.
Trong dung dịch loãng, chúng phân li hoàn toàn thành các ion.
2. Phản ứng nhiệt phân
Muối
nitrat dễ bị nhiệt phân hủy, giải phóng oxi nên ở nhiệt độ cao chúng có tính
oxi hóa mạnh.
Muối
nitrat của kim loại hoạt động mạnh (K, Na, …) bị phân hủy tạo ra muối nitrit và $O_2$.
Muối
nitrat của magie, kẽm, sắt, chì, đồng, … bị phân hủy tạo ra oxit của kim loại
tương ứng, $NO_2$ và $O_2$.
Muối
nitrat của bạc, vàng, thủy ngân,... bị phân hủy tạo thành kim loại tương ứng, $NO_2$ và $O_2$.
-
Trong môi trường trung tính, ion $NO_3^-$ không có tính oxi hóa.
-
Trong môi trường axit, ion $NO_3^-$ thể hiện tính oxi hóa giống như $HNO_3$.
Để
nhận biết ion $NO_3^-$ trong dung dịch, người ta thêm một ít vụn đồng và dung
dịch $H_2SO_4$ loãng
vào rồi đun nóng nhẹ hỗn hợp. Phản ứng tạo thành dung dịch màu xanh, khí NO
không màu thoát ra bị oxi của không khí oxi hóa thành khí $NO_2$ màu
nâu đỏ.
$3Cu{\text{
}} + 8{H^ + }{\text{ }} + {\text{ }}2NO_3^ - \xrightarrow{{{t^o}}}3C{u^{2 +
}}{\text{ }} + {\text{ }}2NO \uparrow {\text{ }} + {\text{ }}4{H_2}O$
(dd màu xanh)
$[2NO{\text{
}} + {\text{ }}{O_2}\left( {không{\text{ }}khí } \right) \to 2N{O_2}$
(màu nâu đỏ)
- Muối
nitrat được sử dụng chủ yếu làm phân bón hóa học (phân đạm): $NH_4NO_3$, $NaNO_3$, $KNO_3$,
$Ca(NO_3)_2$.
- Kali
nitrat còn được sử dụng để chế thuốc nổ đen (thuốc nổ có khói) chứa 75% $KNO_3$, 10%
S và 15% C.
C. Chu trình của nitơ trong tự
nhiên
