Nitric acid

I. Cấu tạo phân tử và tính chất vật lí của nitric acid

I. CẤU TẠO PHÂN TỬ NITRIC ACID

- Nitric acid HNO₃ có công thức cấu tạo: 

- Nitrogen tạo một liên kết cho nhận với 1 nguyên tử oxygen thể hiện bằng dấu mũi tên, cặp electron liên kết chỉ do nguyên tử nitrogen cung cấp.

- Trong HNO₃, nitrogen có số oxi hóa cao nhất là +5.

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA NITRIC ACID

- HNO₃ tinh khiết: lỏng, không màu, dễ bay hơi, bốc khói mạnh trong không khí ẩm.

- Kém bền, trong điều kiện thường, khi có ánh sáng dung dịch nitric acid bị phân hủy 1 phần tạo thành dung dịch có màu vàng. 

4HNO₃ → 4NO₂ + 2H₂O + O₂

Vì vậy phải bảo quản dung dịch HNO₃ trong bình tối màu.

- HNO₃ tan tốt trong nước theo bất kì tỉ lệ nào.

- Trong PTN, nồng độ acid đặc = 68%, d = 1,40g/cm³

II. Tính acid của nitric acid

- Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ.

- Tác dụng với kim loại (không giải phóng H₂)

- Tác dụng với oxide base.

Ví dụ: CuO   +    HNO₃   →   Cu(NO₃)₂  +  H₂O

- Tác dụng với base.

Ví dụ: Ba(OH)₂   +   2HNO₃   →   Ba(NO₃)₂   +  2H₂O

- Tác dụng với muối của acid yếu hơn tạo muối nitrate.

Ví dụ: CaCO₃    +   2HNO₃    →    Ca(NO₃)₂   +   CO₂   +  H₂O 

III. Nitric acid tác dụng với kim loại

- Nitric acid là một trong những acid có tính oxi hóa mạnh. Tùy thuộc vào nồng độ của acid và độ mạnh yếu của chất khử mà HNO₃ có thể bị khử đến những sản phẩm khử khác nhau của nitrogen.

- Nitric acid oxi hóa hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt), kim loại bị oxi hóa lên số oxh cao nhất, tạo muối nitrate.

PTHH tổng quát: 

\(M{\rm{ }} + {\rm{ }}HN{O_3}\; \to \;M{\left( {N{O_3}} \right)_n}\; + {\rm{ }}\left[ {\begin{array}{*{20}{l}}{\rm{\;}}&{N{O_2}}\\{\rm{\;}}&{NO}\\{\rm{\;}}&{{N_2}O}\\{\rm{\;}}&{{N_2}}\\{\rm{\;}}&{N{H_4}N{O_3}}\end{array}} \right. + {\rm{ }}{H_2}O{\rm{ }}\)

- HNO₃ đặc sản phẩm khử là NO₂.

- HNO_3 loãng :

+ kim loại có tính khử TB, yếu (Fe, Cu, Ag,...) sản phẩm khử là NO.

+ kim loại có tính khử mạnh như (Mg, Al, Zn,…) sản phẩm khử là NO, N₂O, N₂, NH₄NO₃.

 - HNO₃ đặc nguội không tác dụng với Al, Fe, Cr

Ví dụ:                    

\[\mathop {Zn\;}\limits^0 {\text{ }} + \;{\text{ 4}}H\mathop N\limits^{ + 5} {O_{3{\text{ }}dac}}\;{\text{ }} \to \;{\text{ }}\mathop {Zn}\limits^{ + 2} {\left( {N{O_3}} \right)_2}\;{\text{ }} + \;{\text{ }}2\mathop N\limits^{ + 4} {O_2}\;{\text{ }} + \;{\text{ }}2{H_2}O\]

\[3\mathop {Cu\;}\limits^0 \;{\text{ }} + \;{\text{ 8}}H\mathop N\limits^{ + 5} {O_3}{\;_{loãng}}\;{\text{ }}\;\; \to \;{\text{ }}\;\mathop {3Cu}\limits^{ + 2} {\left( {N{O_3}} \right)_2}\;{\text{ }}\; + \;{\text{ }}\;2\mathop N\limits^{ + 2} O\;{\text{ }} + \;{\text{ }}4{H_2}O\]

\[8\mathop {Al}\limits^0 {\text{ }} + {\text{ }}30H\mathop N\limits^{ + 5} {O_3} \to {\text{ }}8\mathop {Al}\limits^{ + 3} {(N{O_3})_3}\; + {\text{ }}3\mathop N\limits^{ - 3} {H_4}N{O_3}\; + {\text{ }}9{H_2}O\]

Video thí nghiệm kim loại tác dụng với HNO₃

IV. Nitric acid tác dụng với phi kim và hợp chất

1. Nitric acid tác dụng với phi kim

Khi đun nóng, HNO₃ đặc có thể oxi hóa được các phi kim như C, S, P... lên mức oxi hóa cao nhất.

Ví dụ:                              

\[\mathop S\limits^0 \;{\text{ }}\; + \;{\text{ }}6H\mathop N\limits^{ + 5} {O_3}\;\; \to \;{\text{ }}{H_2}\mathop S\limits^{ + 6} {O_4}\;{\text{ }}\; + \;{\text{ }}\;6\mathop N\limits^{ + 4} {O_2}\;{\text{ }}\;{\text{ }} + \;{\text{ }}\;2{H_2}O\]

\[\mathop C\limits^0 \;{\text{ }}\; + \;{\text{ }}\;4\mathop H\limits^{ + 5} N{O_3}\;{\text{ }}\; \to \;{\text{ }}\;\mathop C\limits^{ + 4} {O_2}\;{\text{ }}\; + \;{\text{ }}\;4\mathop N\limits^{ + 4} {O_2}\;{\text{ }}\; + \;{\text{ }}\;2{H_2}O\]

Video thí nghiệm lưu huỳnh tác dụng với HNO₃

2. Nitric acid tác dụng với hợp chất (có tính khử)

HNO₃ oxi hóa nhiều hợp chất có tính khử như H₂S, SO₂, FeO, muối sắt (II)…

Ví dụ:                              

$\mathop {Fe}\limits^{ + 2} O\,\, + \,\,4H\mathop N\limits^{ + 5} {O_{3\,đặc}}\,\, \to \,\,\mathop {Fe}\limits^{ + 3} {(N{O_3})_3}\,\, + \,\,\mathop N\limits^{ + 4} {O_2}\,\, + \,\,2{H_2}O$

$3{H_2}\mathop S\limits^{ - 2} \,\, + \,\,2H\mathop N\limits^{ + 5} {O_{3\,loãng}}\,\, \to \,\,\mathop {2S}\limits^0 \,\, + \,\,\mathop {2N}\limits^{ + 2} O\,\, + \,\,4{H_2}O$

HNO₃ 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 HNO₃ đặc.

V. Ứng dụng và điều chế nitric acid

1. Ứng dụng

Nitric acid là một trong những hóa chất cơ bản và quan trọng.

- Phần lớn nitric acid được sản xuất ra dùng để điều chế phân đạm NH₄NO₃, Ca(NO₃)₂... 

- Một lượng nhỏ nitric acid dùng để sản xuất thuốc nổ, thuốc nhuộm, dược phẩm...

2. Điều chế

a. Trong phòng thí nghiệm

Để điều chế một lượng nhỏ nitric acid trong phòng thí nghiệm, người ta đun hỗn hợp sodium nitrate (NaNO₃) hoặc potassium nitrate (KNO₃) rắn với sulfuric acid.

Hơi HNO₃ thoát ra được dẫn vào bình làm lạnh và ngưng tụ.

b. Trong công nghiệp

\[N{H_3}\xrightarrow[{GD1}]{{ + {O_2},{t^0},xt}}NO\xrightarrow[{GD2}]{{ + {O_2}}}N{O_2}\xrightarrow[{GD3}]{{ + {O_2} + {H_2}O}}HN{O_3}\]