Phương pháp điều chế HNO3 (2024) chính xác nhất

Lý thuyết HNO₃ và cách điều chế HNO₃

1. Lý thuyết

1.1 Khái niệm

Axitr nitric (HNO₃) là một hợp chất vô cơ có công thức hóa học là HNO₃, được xem là một dung dịch nitrat hidro hay còn gọi là axit nitric khan.

Axit nitric được hình thành trong tự nhiên, do sấm và sét trong những cơn mưa tạo thành.

1.2 Tính chất vật lí

- Chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm

- HNO₃ kém bền, điều kiện thường khi có ánh sáng, bị phân hủy một phần tạo khí NO₂ => dung dịch màu vàng

- HNO₃ tan trong nước theo bất kì tỉ lệ nào

1.3 Tính chất hóa học

 Tính axit

HNO₃ → H⁺ + NO₃^-

=> Dung dịch HNO₃

+ Đỏ quỳ tím

+ Tác dụng với oxit bazo

CuO + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + H₂O

+ Tác dụng với bazo

Ba(OH)₂ + 2HNO₃ → Ba(NO₃)₂ + 2H₂O

+ Tác dụng với muối của axit yếu hơn

CaCO₃ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + CO₂ + H₂O

Tính oxi hóa

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

 Với kim loại

HNO₃ oxi hóa được hầu hết kim loại lên số oxi hóa cao nhất (trừ Au và Pt)

Kim loại + HNO₃ => muối nitrat + sản phẩm khử + H₂O

- Với kim loại có tính khử yếu (Cu, Pb, Ag...) => NO₂, NO

Cu + 4HNO₃ đặc → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O (nâu đỏ)

3Cu + 8HNO₃ loãng → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O (khí hóa nâu ngoài không khí)

- Với kim loại có tính khử mạnh (Mg, Zn, Al,...)

8Al + 22HNO₃ loãng → 8Al(NO₃)₂ + 3N₂O + 11H₂O

5Mg + 12HNO₃ loãng → 5Mg(NO₃)₂ + N₂ + 6H₂O

4Zn + 10HNO₃ loãng → 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂)

Chú ý: Al, Fe bị thụ động hóa trong dung dịch HNO₃ đặc, nguội vì tạo nên một màng oxit bền trên bề mặt các kim loại này, bảo vệ cho kim loại không tác dụng với HNO₃ và những axit khác mà trước đó chúng tác dụng dễ dàng.

Với phi kim

Khi đun nóng, axit nitric đẵ có thể oxi hóa được nhiều phi kim như C, S, P...Khi đó, các phi kim bị oxi hóa đến mức oxi hóa cao nhất, còn HNO3 bị khử đến NO2 hoặc NO tùy theo nồng độ của axit.

S + 6HNO₃ đặc → H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O

Với hợp chất

Khi đun nóng, HNO3 có thể oxi hóa được nhiều hợp chất như H₂S, HI, SO₂, FeO, muối sắt (II)...

3H₂S + 2HNO₃ loãng → 3S + 2NO + 4H₂O

Nhiều chất hữu cơ bị phá hủy hoặc bốc cháy khi tiếp xúc với axit HNO3 đặc

1.4 Phương pháp điều chế

Điều chế axit nitric trong phòng thí nghiệm

Axit nitric trong phòng thí nghiệm được điều chế bằng cách đun hỗn hợp natri nitrat hoặc kali nitrat rắn với axit sunfuric (H₂SO₄) đặc cho đến khi còn lại chất kết tinh màu trắng.

Phương trình: NaNO₃ (tinh thể) + H₂SO₄ (đặc) → HNO₃ + NaHSO₄ (nhiệt độ)

HNO3 thoát ra được dẫn vào bình, làm lạnh và ngưng tụ. Một lưu ý khi thực hiện thí nghiệm: Các dụng cụ phải có chất liệu thủy tinh do axit nitric khan.

Ngoài ra, axit nitric cũng có thể được điều chế trong phòng thí nghiệm bằng cách phân hủy nhiệt của đồng (II) nitrat tạo ra khí nitơ dioxide và khí oxy, sau đó truyền qua nước để tạo ra axit nitric. 

Phương trình như sau: 

2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂ + O₂

4NO₂ + O₂ → HNO₂ + HNO₃

3 giai đoạn sản xuất axit nitric trong công nghiệp

Để điều chế axit nitric trong công nghiệp, người ta sử dụng amoniac với 3 giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Oxi hóa khí amoniac thành nitơ monooxit bằng oxi ở nhiệt độ 850-900 độ C với chất xúc tác là platin.

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (850-900*C + Pt) (H<0)

 -3             +2

• Giai đoạn 2: Oxi hóa nitơ monooxit thành nitơ dioxit bằng oxi không khí trong điều kiện thường.

2NO + O₂ → 2NO₂ 

• Giai đoạn 3: Cho nitơ đioxit tác dụng với nước và oxi, tạo ra axit nitric.

4NO₂ + O₂ + H₂O --> 4HNO₃

Dung dịch axit nitric thu được có nồng độ từ 52 - 68%. Người ta tiếp tục chưng cất dung dịch này cùng H2SO4 đậm đặc để thu được HNO3 với nồng độ cao hơn 68%. Axit nitric công nghiệp thường có nồng độ 52% và 68%, được thực hiện bằng công nghệ Ostwald do Wilhelm Ostwald sáng chế.

2. Bài tập vận dụng

Câu 1: Hòa tan hoàn toàn 2,32 gam hỗn hợp FeO và Fe₂O₃ vào dung dịch HNO₃ đặc, dư thì thu được 0,224 lít khí NO₂ (điều kieenjt iêu chuẩn). Tính khối lượng muối Fe(NO₃)₃ tạo thành sau phản ứng.

A. 7,26 gam

B. 7,62 gam

C. 7,1 gam

D. 3,7 gam

Lời giải: A. 7,26 gam

nNO2 = 0,224/22,4 = 0,01 mol

Trong hỗn hợp chỉ có FeO phản ứng tạo thành chất khí

Phương trình hóa học:

FeO + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO₂ + 2H₂O

Theo phương trình: nFeO = nNO₂ = 0,01 mol

bảo toàn nguyên tố Fe: nFe(NO3)3 = nFeO + 2nFe₂O₃ = 0,03 mol

=> mFe(NO₃)₃ = 0,03 . 242 = 7,26 gam

Câu 2: FeO + HNO₃ → X + NO + H₂O

X và tổng hệ số cân bằng của sản phẩm là?

A. Fe(NO₃)₂ và 18

B. Fe(NO₃)₃ và 9

C. Fe(NO₃)₃ và 6

D. Fe(NO₃)₃ và 22

Lời giải: B. Fe(NO₃)₃ và 9

Câu 3: Hóa trị và số oxi hóa của N trong phân tử HNO₃ là?

A. IV và +5

B. IV và +4

C. V và +5

D. IV và +3

Lời giải: A. IV và +5

Câu 4: Axit HNO₃ là một axit

A. Yếu

B. Mạnh

C. Rất yếu

D. Rất mạnh

Lời giải: B. Mạnh

Axit HNO₃ là một axit mạnh

Câu 5: Các tính chất hoá học của HNO₃ là 

A. tính axit mạnh, tính oxi hóa mạnh và bị phân huỷ

B. tính axit yếu, tính oxi hóa mạnh và bị phân huỷ

C. tính axit mạnh, tính oxi hóa yếu và bị phân huỷ

D. Tất cả đều sai

Lời giải: A. tính axit mạnh, tính oxi hóa mạnh và bị phân huỷ

Xem thêm các bài tập Hóa Học hay khác:

Phương pháp điều chế ancol etylic (2024) chính xác nhất

Phương pháp điều chế cao su buna (2024) chính xác nhất

Phương pháp điều chế kim loại (2024) chính xác nhất

Phương pháp điều chế CO2 trong phòng thí nghiệm (2024) chính xác nhất

Cách điều chế nhựa PE (2024) chính xác nhất