BÀI 3. AXIT NITRIC

1. Đặc điểm cấu tạo phân tử

Phân tử HNO3 có cấu trúc phẳng. Nguyên tử N ở trạng thái lai hóa sp2.

Cấu trúc của phân tử HNO3 được trình bày ở hình 7-4.

Hình 7-4. Cấu trúc phân tử axit HNO3.

2. Tính chất vật lý

HNO3 tinh khiết là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí.

Axit nitric có khối lượng riêng d = 1,52g/cm3. Nhiệt độ nóng chảy là -410C và

nhiệt độ sôi là 860C.

HNO3 kém bền dễ bị phân huỷ dưới tác dụng của ánh sáng và nhiệt:

4HNO3 = 4NO2 + O2 + H2O

Axit nitric tinh khiết tự ion hoá theo phương trình:

2HNO3 4NO + NO + H2O

Khi tan trong dung môi có khả năng cho proton mạnh hơn như H2SO4,

HClO4 thì HNO3 phân li cho ion NO :

4HNO3 + 2H2SO4 2NO + 2HSO + H3O+

Axit HNO3 tan trong H2O theo bất kỳ tỉ lệ nào. Nó tạo với hỗn hợp đồng

sôi dưới áp suất thường ở nhiệt độ 121,80C, ứng với nồng độ axit là 69,4%.

3. Tính chất hóa học

a. Tính axit mạnh

HNO3 + H2O = H3O+ + NO

Trong dung dịch loãng có nồng độ dưới 2M tác dụng với kim loại hoạt

động giải phóng H2. Ví dụ, dung dịch HNO3 1 - 2% (0,3M) tác dụng với Mg và

Mn giải phóng H2:

Mg + 2HNO3 (0,3 M) = Mg(NO3)2 +H2

Mn + 2HNO3 ( 0,3M) = Mn(NO3)2 + H2.

b. Tính oxi hóa mạnh

Axit HNO3 là chất oxi hóa mạnh điển hình. Khi tác dụng với các chất khử,

tùy điều kiện nhiệt độ, nồng độ axit và bản chất của chất khử, axit HNO3 sẽ bị

khử đến các sản phẩm ứng với số oxi hóa từ -3 đến +4.

Nói chung những kim loại hoạt động mạnh sẽ khử HNO3 đến N2O,

N2 , NH2OH (hoặc NH3OH+), NH3 (hoặc NH ).

Ví dụ: Zn có khuynh hướng chủ yếu tạo N2O, nhưng với HNO3l tạo ra NH3

hoặc NH2OH.

4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O.

4Zn + 10 HNO3 = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Fe tác dụng với HNO3 loãng (d = 1,034 - 1,115g/cm3) tạo ra Fe(NO3)2:

4Fe + 10HNO3l = 4Fe(NO3)2 + NH4NO3 +3H2O.

Với dung dịch có d > 1,115 g/cm3 thì tạo thành Fe3+:

Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO + H2O

Những kim loại khác khử HNO3 đặc đến NO2 và khử HNO3

loãng (3M đến 6M) đến NO.Ví dụ:

Pb + 4HNO3 (đặc) = Pb(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Hg + HNO3 (đặc) = Hg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.

Khi axit nitric tác dụng với kim loại nói riêng và chất khử nói chung, có

thể tạo thành nhiều sản phẩm khác nhau, trong đó có 1 sản phẩm chính.

Nhiều phi kim tác dụng với HNO3 đặc tạo NO2 và HNO3 loãng tạo

NO và bản thân phi kim bị oxi hoá tạo ra oxitaxit ứng với bậc ôxi hoá cao, ví

dụ:

C + 4HNO3 (đặc) + CO2 + 4NO2 + 2H2O

P + 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O

I2 + 10HNO3 = 2HIO3 + 10NO2 + 4H2O

HNO3 ôxi hoá được nhiều hợp chất có số oxi hóa trung gian, ví dụ:

3Sn+2 + NO + 7H+ = 3Sn4+ + NH2OH + 2H2O

3Fe2+ + NO + 4H+ = 3Fe3+ + NO + H2O

HNO3 + 3HCl = NOCl + Cl2 + 2H2O

Au + HNO3 + 4HCl = H[AuCl4] + NO + 2H2O

3Pt + 4HNO3 + HCl = 3H2[PtCP6] + 4NO + 8H2O.

Một số kim loại (Al, Fe, Cr, Co, Ni) bị thụ động hoá bởi HNO3 đặc, nguội

(d 1,45 g/cm3).

4. Điều chế

Trong công nghiệp

N2 → NH3 → NO → NO2→ HNO3

Phòng thí nghiệm

Đun nóng tinh thể muối nitrat kim loại kiềm với axit sunfuric đặc:

NaNO3 (t.t) + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3

5. Ứng dụng

Là axit được sử dụng nhiều thứ hai sau axit sunfuric;

Điều chế thuốc nổ;

Tổng hợp phân bón;

Sử dụng trong lĩnh vực phẩm nhuộm, công nghiệp hóa chất; dược phẩm,…

6. Muối nitrat

Ion nitrat có cấu trúc tam giác đều, nguyên tử N ở trạng thái lai hóa sp2. Ba

obital lai hóa tham gia tạo thành ba liên kết σ với ba nguyên tử O. Một obital 2p

của N tạo nên một liên kết π giải tỏa trên 4 nguyên tử (hình 7-5).

Hình 7-5. Cấu trúc và liên kết trong ion nitrat.

Màu sắc: Ion NO không có màu nên muối nitrat của những cation

không màu đều không có màu.

Tính tan: Hầu hết các muối nitrat đều dễ tan trong nước. Một vài muối

hút ẩm trong không khí như NaNO3 và NH4NO3. Muối nitrat của những kim

loại hoá trị II và III thường ở dạng hidrat.

Độ bền nhiệt: Tất cả các muối nitrat đều bị phân hủy bởi nhiệt.

Muối nitrat của kim loại kiềm khá bền với nhiệt, muối của các kim loại

khác dễ phân huỷ khi đốt nóng. Nitrat của những kim loại đứng trước Mg trong

dãy điện hoá bị nhiệt phân huỷ tạo ra muối nitrit và oxi:

NaNO3 = NaNO2 + O2

Muối nitrat của kim loại từ Mg đến Cu bị nhiệt phân tạo thành oxit kim

loại, NO2 và O2:

2Pb(NO3)2 = 2PbO + 4NO2 + O2

Muối nitrat của những kim loại đứng sau Cu bị phân hủy đến kim loại:

Hg(NO3)2 = Hg + 2NO2 + O2.

Tính oxi hóa

Trong môi trường axit, muối nitrat có khả năng oxi hoá như HNO3; trong

môi trường trung tính hầu như không có khả năng oxi hoá; nhưng trong môi

trường kiềm có thể bị Al, Zn khử đến NH3:

NaNO3 + 4Zn + 7NaOH + 6H2O = 4Na2[Zn(OH)4] + NH3