Bài 9. Axit nitric và muối nitrat

A. AXIT NITRIC

I. CẤU TẠO PHÂN TỬ

Axit nitric (HNO3) có công thức cấu tạo: 

Trong phân tử HNO₃: N có số oxi hóa là +5

II. TÍNH CHẤT VẬT LÝ

- 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.

- Axit nitric tan trong nước ở bất kì tỉ lệ nào. Trong phòng thí nghiệm thường có loại HNO₃ nồng độ 68%.

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. 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 +Ba(OH)₂  → Ba(NO₃)₂+2H₂O 

2HNO₃ + CaCO₃ →  Ca(NO₃)₂ + CO₂ + H₂O

2. Tính oxi hóa

Axit nitric là một trong những axit có tính oxi hóa mạnh. Tùy thuộc vào nồng độ của axit và độ mạnh yếu của chất khử, mà HNO₃ có thể bị khử đến các sản phẩm khác nhau của nito

a) Tác dụng với kim loại

3Cu +8HNO₃  → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Cu + 4HNO₃  →  Cu(NO₃)₂  + 2NO₂ + 2H₂O

Fe, Al, Cr  thụ động hoá với HNO₃ đặc, nguội.

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. c) Tác dụng với hợp chất

b) Tác dụng với phi kim

HNO₃ đặc, nóng oxi hóa được một số phi kim C,S,P,... tạo NO₂

c) Tác dụng với hợp chất

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

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

IV. ỨNG DỤNG

V. ĐIỀU CHẾ

Trong phòng thí nghiệm

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

NaNO₃ + H₂SO₄(đ)  HNO₃ + NaHSO₄       

Trong Công nghiệp

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

a) Oxi hoá khí NH₃ bằng oxi kk thành NO: 

4NH₃+ 5O₂  → 4NO +6H₂O  △H<0

b) Oxi hoá NO thành NO₂ bằng oxi kk ở điều kiện thường :   

2NO + O₂ → 2NO₂

c) NO2 tác dụng với nước và oxi không khí tạo HNO3:

 4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

Dung dịch HNO₃ có nồng độ 52 – 68 %

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

B. MUỐI NITRAT 

I. TÍNH CHẤT CỦA MUỐI NITRAT

1. Tính chất vật lý

Tất cả các muối nitrat đều tan trong nước và là chất điện li mạnh.

NaNO₃ → Na⁺ + NO₃^-

2. Phản ứng nhiệt phân

2KNO₃  2KNO₂ + O₂

2Cu(NO₃)₂  2CuO + 4NO₂ + O₂

2AgNO₃  ​ 2Ag + 2NO₂ + O₂

3. Nhận biết ion nitrat

Dùng dung dịch HCl và mẩu Cu cho vào dung dịch cần nhận biết, nếu Cu tan tạo thành dung dịch màu xanh và có khí màu nâu đỏ bay ra thì đó là muối nitrat.

II. ỨNG DỤNG

- 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)

C. CHU TRÌNH CỦA NITƠ TRONG TỰ NHIÊN

 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 HNO3 và 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.