Lý thuyết Axit nitric và muối nitrat (mới 2023 + Bài Tập) - Hóa học 11

Lý thuyết Hóa 11 Bài 9: Axit nitric và muối nitrat

Bài giảng Hóa 11 Bài 9: Axit nitric và muối nitrat

A. AXIT NITRIC

I. Cấu tạo phân tử

- Công thức cấu tạo của HNO₃:

Chú ý: Mũi tên trong công thức cấu tạo trên cho biết cặp electron liên kết chỉ do nguyên tử N cung cấp.

- Trong hợp chất HNO₃, nitơ có số oxi hóa cao nhất 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 không bền, khi có ánh sáng phân hủy một phần sinh ra khí NO₂. Khí này tan trong dung dịch axit, làm cho dung dịch có màu vàng.

4HNO₃$\stackrel{\mathrm{as}}{\to }$4NO₂↑ + O₂↑ + 2H₂O

- Axit nitric tan vô hạn trong nước. Trong phòng thí nghiệm thường có loại HNO₃ đặc nồng độ 68%, D = 1,4 g/cm³.

III. Tính chất hóa học

1. Tính axit

- Axit nitric là một trong số các axit mạnh nhất, trong dung dịch phân li hoàn toàn:

${\mathrm{HNO}}_3\to {\mathrm{H}}^{+}+{{\mathrm{NO}}_3}^{-}$

- Dung dịch axit HNO₃ có đầy đủ tính chất của một dung dịch axit: làm đỏ quỳ tím, tác dụng với oxit bazơ, bazơ, muối của axit yếu hơn.

Thí dụ:

CuO + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + H₂O

NaOH + HNO₃ → NaNO₃ + H₂O

CaCO₃ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + CO₂↑ + H₂O

2. Tính oxi hóa

- HNO₃ có tính oxi hóa mạnh.

- Kim loại hay phi kim khi gặp axit HNO₃ đều bị oxi hóa lên trạng thái có mức oxi hóa cao nhất.

a) Tác dụng với kim loại

- HNO₃ oxi hóa hầu hết các kim loại trừ vàng (Au) và platin (Pt).

Cu+4HNO_{3 (đặc)}→Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O

3Cu+8HNO_{3 (loãng)}→3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O

8Al+30HNO_{3 (loãng)}→8Al(NO₃)₃+3N₂O+15H₂O

4Zn+10HNO_3 (loãng)→4Zn(NO₃)₂+NH₄NO₃+3H₂O

* Lưu ý: Fe, Al, Cr bị thụ động hóa trong dung dịch HNO₃ đặc, nguội.

b) Tác dụng với phi kim

- Khi đun nóng, HNO₃ đặc có thể tác dụng với phi kim: C, P, S, …(trừ N₂ và halogen).

Thí dụ:

S+6HNO_3(đ)→H₂SO₄+6NO₂↑+2H₂O

c) Tác dụng với hợp chất

- H₂S, HI, SO₂, FeO, muối sắt (II), … có thể tác dụng với HNO₃. 

Thí dụ:

3FeO+10HNO_3(đ)→3Fe(NO₃)₃+NO↑+5H₂O

3H₂S+2HNO_3(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:

NaNO_3(rắn) +H₂SO_4(đặc)$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$HNO₃+NaHSO₄

Hình 1: Điều chế axit nitric trong phòng thí nghiệm

2. Trong công nghiệp

- Được điều chế từ NH₃ qua ba giai đoạn:

NH₃$\stackrel{\left(1\right)}{\to }$NO$\stackrel{\left(2\right)}{\to }$NO₂$\stackrel{\left(3\right)}{\to }$HNO₃.

a) Oxi hóa khí amoniac bằng oxi không khí

4NH₃+5O₂$\underset{\mathrm{Pt}}{\overset{850-900°\mathrm{C}}{\to }}$4NO+6H₂O; $\left(∆\mathrm{H}<0\right)$

b) Oxi hóa NO thành NO₂ bằng oxi không khí ở điều kiện thường

2NO+O₂→2NO₂

c) Chuyển hóa NO₂ thành HNO₃

4NO₂+2H₂O+O₂→4HNO₃

Dung dịch HNO₃ thu được thường có nồng độ 52 – 68%. Để có HNO₃ có nồng độ cao hơn 68% người ta thường chưng cất axit này với HNO₃ đậm đặc.

B. MUỐI NITRAT

- Muối của axit nitric được gọi là nitrat.

Thí dụ: natri nitrat NaNO₃, bạc nitrat AgNO₃,…

I. Tính chất vật lý

- Tất cả các muối nitrat đều dễ tan trong nước, là chất điện li mạnh trong dung dịch phân li hoàn toàn thành các ion.

Thí dụ:

Ca(NO₃)₂→ Ca²⁺+ 2${{\mathrm{NO}}_3}^{-}$

- Ion  không màu, màu của 1 số muối nitrat là do màu của cation kim loại.

II. Tính chất hóa học

1. Nhiệt phân muối nitrat

a) Muối nitrat của các kim loại hoạt động mạnh (kali, natri,…)

Muối nitrat$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$Muối nitrit + O₂↑

Thí dụ:

2NaNO₃$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$2NaNO₂ + O₂↑

b) Muối nitrat của Mg, Zn, Fe, Pb, Cu,…

Muối nitrat$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$Oxit kim loại + NO₂↑ + O₂↑

Thí dụ:

2Cu(NO₃)₂$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$2CuO + 4NO₂↑ + O₂↑

4Fe(NO₃)₂$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$2Fe₂O₃ + 8NO₂↑ + O₂↑

c) Muối nitrat của những kim loại Ag, Au, Hg,…

Muối nitrat$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$Kim loại + NO₂↑ + O₂↑

Thí dụ:

2AgNO₃$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$2Ag + 2NO₂↑ + O₂↑

2. Nhận biết ion nitrat

- Trong môi trường trung tính không có tính oxi hóa.

- Trong môi trường axit, ion  thể hiện tính oxi hóa giống như HNO₃.

⇒ Thuốc thử dùng để nhận biết ion  là một ít 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⁺+2→3Cu²⁺+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.

Hình 2: Một số loại phân đạm

- KNO₃ còn được sử dụng để chế thuốc nổ đen (thuốc nổ khói). Thuốc nổ đen chứa 75% KNO₃, 10%S và 15% C.

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.

Hình 3: Chu trình của nitơ trong tự nhiên

Trắc nghiệm Hóa 11 Bài 9: Axit nitric và muối nitrat

Câu 1: Hòa tan 1,12 gam Fe bằng 300 ml dung dịch HCl 0,2M, thu được dung dịch X và khí H₂. Cho dung dịch AgNO₃dư vào X, thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất của$\stackrel{+5}{N}$ và m gam kết tủa. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là

A. 7,36.

B. 10,23.

C. 9,15.

D. 8,61.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

$n_{Fe}=0,02mol;n_{HCl}=0,06mol$

Fe + 2HCl → FeCl₂+ H₂

$\to n_{H^{+}du}$ = 0,06 – 0,02.2 = 0,02 mol

$\begin{array}{l}3F{e}^{2+}+4H^{+}+N{O}_3^{-}\to 3F{e}^{3+}+NO+2H_{2}O\\ 0,015\leftarrow 0,02\end{array}\begin{array}{l}F{e}^{2+}+A{g}^{+}\to Ag\downarrow +F{e}^{3+}\\ 0,005\to 0,005\end{array}\begin{array}{l}C{l}^{-}+A{g}^{+}\to AgCl\downarrow \\ 0,06\to 0,06\end{array}\to m_{\downarrow }=m_{AgCl}+m_{Ag}\to m_{\downarrow }=0,06.143,5+0,005.108=9,15gam$

Câu 2:Dãy gồm các chấtkhôngbị hòa tan trong dung dịch HNO₃đặc nguội là

A.Al, Zn, Cu

B.Al, Cr, Fe

C.Zn, Cu, Fe

D.Al, Fe, Mg

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích: Các kim loại Al, Cr, Fe bị thụ động hóa trong H₂SO₄ và HNO₃ đặc, nguội do tạo trên bề mặt kim loại một lớp màng oxit đặc biệt, bền với axit và ngăn cản hoặc ngừng hẳn sự tiếp diễn của phản ứng.

Câu 3:Cho Cu tác dụng với dung dịch hỗn hợp gồm NaNO₃ và H₂SO₄ loãng giải phóng khí X (không màu, dễ hoá nâu trong không khí). Khí X là

A. NO.

B. NO₂. 

C. N₂O. 

D. NH₃.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

3Cu + $2N{O}_3^{-}+8H^{+}\to 3C{u}^{2+}+2NO+4H_{2}O$

2NO + O₂→ 2NO₂(nâu đỏ)

Câu 4: Cho 19,2 gam Cu vào 500 ml dung dịch NaNO₃ 1M, sau đó thêm 500 mldung dịch HCl 2M đến phản ứng hoàn toàn thu được khí NO và dung dịch X. Phải thêm bao nhiêu lít dung dịch NaOH 0,4M để kết tủa hết ion Cu²⁺ trong dung dịch X?

A. 1 lít. 

B. 1,25 lít. 

C. 1,5 lít. 

D. 2 lít.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích: 

$n_{Cu}=0,3mol;n_{NaN{O}_3}=0,5mol;n_{HCl}=1mol\begin{array}{l}Cu\to C{u}^{2+}+2e\\ 0,3\to 0,6\\ 4H^{+}+N{O}_3^{-}+3e\to NO+2H_{2}O\\ 0,8\leftarrow 0,2\leftarrow 0,6\end{array}$

→Cu phản ứng hết,$H^{+}$dư.

→$n_{NaOH}=2n_{C{u}^{2+}}+n_{H^{+}}$_dư= 2.0,3 + (1 - 0,8) = 0,8 mol

→$V_{NaOH}=\frac{0,8}{0,4}=2$lít

Câu 5: HNO₃phản 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.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích: Loại A, B và C do HNO₃ không phản ứng với BaSO₄; Au; Pt.

Câu 6:Khi hòa tan hoàn toàn một lượng CuO có màu đen vào dung dịch HNO₃thì dung dịch thu được có màu

A.xanh

B.vàng

C.da cam

D.không màu

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

Phương trình phản ứng:

CuO + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + H₂O

Dung dịch thu được có màu xanh.

Câu 7: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,03 mol Cu và 0,09 mol Mg vào dung dịch chứa 0,07 mol KNO₃ và 0,16 mol H₂SO₄ loãng thì thu được dung dịch Y chỉ chứa các muối sunfat trung hòa và 1,12 lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm các oxit của nitơ có tỉ khối so với H₂ là x. Giá trị của x là

A. 19,5. 

B. 20,1. 

C. 18,2. 

D. 19,6.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích: 

Dung dịch Y gồm $\begin{array}{l}C{u}^{2+}:0,03mol\\ M{g}^{2+}:0,09mol\\ K^{+}:0,07mol\\ S{O}_4^{2-}:0,16mol\\ N{H}_4^{+}:amol\end{array}$

Bảo toàn điện tích ta có:

0,03.2 + 0,09.2 + 0,07.1 + a.1 = 0,16.2

→ a = 0,01 mol

Bảo toàn H: $n_{H_{2}O}=\frac{0,16.2-0,01.4}{2}=0,14mol$

Bảo toàn khối lượng cho phương trình:

$m_{cationKL}+m_{N{O}_3^{-}}+m_{H^{+}}+m_{S{O}_4^{2-}}=m_{cationKL}+m_{N{H}_4^{+}}+m_{S{O}_4^{2-}}+m_{H_{2}O}+m_k\to m_{N{O}_3^{-}}+m_{H^{+}}=m_{N{H}_4^{+}}+m_{H_{2}O}+m_k$

→ m_khí = 0,07.62 + 0,16.2.1 – 0,01.18 – 0,14.18 = 1,96gam

→ $x=\frac{1,96}{0,05.2}=19,6$

Câu 8:Chất nào sau đây tác dụng với dung dịch HNO₃loãng, dư sinh ra khí NO?

A.Fe₂O₃.

B.FeO.

C.Fe(OH)₃.

D.Fe₂(SO₄)₃.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích:

Chất tác dụng với dung dịch HNO₃ loãng, dư sinh ra khí NO

→ Chất này đóng vai trò là chất khử.

→ FeO thỏa mãn.

3FeO + 10HNO₃ → 3Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 5H₂O

Câu 9:Hòa tan hoàn toàn 26,52 gam Al₂O₃bằng một lượng vừa đủ dung dịch HNO₃, thu được 247 gam dung dịch X. Làm lạnh X đến 20$C_o$thì có m gam tinh thể Al(NO₃)₃.9H₂O tách ra. Biết ở 20$C_o$, cứ 100 gam H₂O hòa tan được tối đa 75,44 gam Al(NO₃)₃. Giá trị của m gần nhất với giá trị nào sau đây?

A.90.

B.14.

C.19.

D.33.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

$n_{A{l}_2{O}_3}=0,26mol\to n_{Al{\left(N{O}_3\right)}_3}=0,52mol$

→ 247 gam dung dịch X $\begin{array}{l}110,76gamAl{\left(N{O}_3\right)}_3\\ 136,24gam{H}_{2}O\end{array}$

n_{tinh thể}= a mol

→ Sau kết tinh, dung dịch chứa ${\begin{array}{l}(110,76-213a)gamAl{\left(N{O}_3\right)}_3\\ (136,24-162a)gam{H}_{2}O\end{array}}_{}$

$\begin{array}{l}\to \frac{110,76-213a}{136,24-162a}=\frac{75,44}{100}\end{array}$

$\to a=0,0879mol$

$\to m=32,9625gam$

Câu 10:Cho hỗn hợp X gồm a mol Fe và 0,21 mol Mg vào dung dịch Y chứa Cu(NO₃)₂và AgNO₃(tỉ lệ mol tương ứng 3:2). Sau khi các phản ứng kết thúc, thu được dung dịch Z và 27,84 gam chất rắn T gồm ba kim loại. Hòa tan toàn bộ T trong lượng dư dung dịch H₂SO₄đặc nóng, thu được 0,33 mol SO₂(sản phẩm khử duy nhất của H₂SO₄). Giá trị của a là

A.0,09.

B.0,08

C.0,12.

D.0,06.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

27,84 gam chất rắn T gồm Fe (x mol), Cu (3y mol) và Ag (2y mol)

Bảo toàn khối lượng:

56x + 64.3y + 108.2y = 27,84(1)

Bảo toàn electron:

3x + 2.3y + 1.2y = 0,33.2 (2)

Từ (1) và (2) → x = y = 0,06 mol

Bảo toàn electron khi X tác dụng với Y:

$\begin{array}{l}(a-x).2+0,21.2=2.3y+1.2y\\ \to a=0,09mol\end{array}$