Giải đáp một số thắc mắc về axit nitric

(D&3H)Các bạn và các em học sinh thân mến. Nếu phải kể ra tên một axit quan trọng nhất trong chương trình hóa học phổ thông thì chắc chắn không thể không nhắc tới axit nitric HNO₃. Đây là một trong những axit mạnh nhất và quan trọng nhất hay gặp trong các kì thi Đại học – Cao đẳng. Axit nitric như chúng ta đã biết có tính axit và tính oxi hóa rất mạnh, nó không những tác dụng với kim loại, phi kim mà cả các hợp chất,… vì sao lại như vậy thì  các bạn cũng đã được tìm hiểu trong sách giáo khoa và được học ở trên lớp. Trong bài viết này tôi xin giải đáp rõ hơn một số tính chất đ

1. Hỏi: Dung dịch HNO₃ loãng hay đặc có tính oxi hóa mạnh hơn? Vì sao?

Đáp:

Dung dịch HNO₃ đặc có tính oxi hóa mạnh hơn dung dịch HNO₃ loãng vì tốc độ phản ứng ở đây phụ thuộc vào nồng độ.

Khi nói phản ứng xảy ra mạnh hay yếu tức là nói về tốc độ phản ứng còn việc HNO₃ bị khử từ N⁺⁵ đến N₂O (+1), NO (+2), NO₂ (+4) hay NH₄NO₃ (-3) không liên quan đến độ mạnh yếu của phản ứng.

2. Hỏi: Vì sao bình đựng dung dịch HNO₃ để lâu có màu vàng?

Đáp:

HNO₃ kém bền, ngay ở nhiệt độ thường khi có ánh sáng

4HNO₃ → 4NO₂↑  +  O₂ ↑  +  2H₂O

Khí NO₂ màu nâu đỏ tan vào dung dịch axit làm cho dung dịch này có màu vàng.

3. Hỏi: Vì sao HNO₃ đặc ăn mòn kim loại khó khăn hơn HNO₃ loãng?

Đáp:

Vì muối nitrat tạo ra rất ít tan trong axit nitric HNO₃ đặc, cản trở phản ứng.

4. Hỏi: Vì sao khi cho kim loại tác dụng với dung dịch HNO₃ thường thu được hỗn hợp các sản phẩm như NO₂, NO, N₂O, N₂,…( Ví dụ: Al_(dư) +  HNO_{3 (đặc)}).

Đáp:

Vì nồng độ HNO₃ giảm dần trong quá trình phản ứng nên thường tạo ra hỗn hợp sản phẩm, do sản phẩm của quá trình oxi hóa phụ thuộc vào nồng độ HNO₃.

5. Hỏi: Giải thích vì sao cùng một kim loại phản ứng với HNO₃ đặc thì cho NO₂ còn với HNO₃ loãng thì cho NO?

Đáp:

Sản phẩm chủ yếu lúc đầu của quá trình kim loại khử HNO₃ là axit nitrơ HNO₂. Axit này không bền, phân hủy thành NO và NO₂. NO₂ tác dụng với H₂O của dung dịch loãng tạo ra HNO₃ và NO.

2HNO₂ →  NO  +  NO₂ +  H₂O

3NO₂ +  H₂O  ↔ 2HNO₃ +  NO                  (*)

Khi nồng độ axit tăng lên, cân bằng (*) sẽ chuyển dịch về phía tạo thành NO₂. Khi nồng độ axit giảm (HNO₃ loãng) cần bằng (*) chuyển dịch về phía tạo thành NO.

6. Hỏi: Tại sao một số kim loại như Au, Pt không tan trong axit nitric nhưng tan trong dung dịch nước cường toan “3V(HCl_đặc)+ 1V(HNO_{3 đặc})”.

Đáp: Nước cường toan có tính oxi hóa mãnh liệt hơn cả HNO₃ đặc.

6HCl  +  2HNO₃ →  3Cl₂ + 2NO  +  4H₂O

2Au  +  3Cl₂ →  2AuCl₃

Như vậy, Au và Pt tan được ở đây là do ái dực lớn của chúng đối với clo, do đó mà phản ứng không tạo ra muối nitrat, mà tạo ra muối clorua. Thực tế, kết quả cuối cùng là thu được axit phức H[AuCl₄] (axit cloroauric).

AuCl₃ +  HCl  →  H[AuCl₄]

7. Hỏi: Trong phân tử HNO₃, N có hóa trị và số oxi hóa là bao nhiêu?

Đáp: 

 

8. Hỏi: Giải thích hiên tượng thụ động của Al, Fe, Cr trong HNO₃ đặc nguội?

Đáp:

Khi cho Al, Fe, Cr vào HNO₃ đặc nguội thì chúng không phản ứng, sau đó lấy các kim loại vào các dung dịch axit loãng thì chúng cũng không phản ứng với các axit này, hiện tượng này gọi là hiện tượng thụ động hóa. Do axít HNO₃ đặc nguội tạo một lớp oxit kim loại bền bảo vệ chúng khỏi bị oxi hóa.

9. Hỏi: Giải thích sự khác nhau giữa phản ứng nhiệt phân các muối (NH₄)₂Cr₂O₇, NH₄NO₃, NH₄NO₂ với sự nhiệt phân các muối (NH₄)₂CO₃, NH₄Cl. Viết PTHH của các phản ứng tương ứng.

Đáp:

Các muối (NH₄)₂CO₃, NH₄Cl là muối của các axit không có tính oxi hóa, do đó khi bị nhiệt phân luôn giải phóng khí NH₃

 

Các muối (NH₄)₂Cr₂O₇, NH₄NO₃, NH₄NO₂ là muối của các axit có tính oxi hóa mạnh, do đó khi bị nhiệt phân tạo ra NH₃ sẽ bị oxi hóa thành N₂ hoặc N₂O.

 

10. Hỏi: Ta biết rằng phản ứng :          2NO     +         O₂        --->         2NO₂

xẩy ra rất dễ dàng. Trong sản xuất axit HNO₃ khi oxihóa NH₃ bằng O₂ xúc tác Pt, tại sao  lấy lượng O₂ luôn dư để phản ứng có thể tạo thành NO₂ và sau đó là HNO₃ , nhưng phản ứng chỉ dừng lại ở giai đoạn tạo NO.

                                                                        800-900⁰C

                               4NH₃      +         5O₂   ----------------->   4NO     +         6H₂O

                                                                              Pt

Đáp:

            Phản ứng giữa NO và O₂ tạo NO­₂ là một phản ứng tỏa nhiệt, vì vậy nếu nhiệt độ càng cao thì phản ứng hiệu suất càng thấp, còn điều kiện để phản ứng giữa NH₃ và O₂ để tạo ra NO xẩy ra ở nhiệt độ rất cao (800-900⁰C), do đó nên NO có tạo thành cũng không thể phản ứng với O₂ dư để tạo NO₂. Trong công nghiệp, sau khi NH₃ phản ứng với O₂, người ta đưa hỗn hợp phản ứng về nhiệt độ thường (bằng cách làm lạnh hỗn hợp ) thì lập tức NO tác dụng với O₂ thành NO₂ ngay.

11. Hỗn hợp kim loại tác dụng với hỗn hợp HNO3 và H2SO4 đặc xảy ra như thế nào?

Khi cho hỗn hợp kim loại vào hỗn hợp HNO₃ + H₂SO₄ đặc thì vấn đề khá phức tạp:
+ Về mặt nhiệt động, HNO₃ có tính oxi hóa mạnh hơn H₂SO₄ nên ưu tiên phản ứng hơn. Nói một cách lý tưởng là trong môi trường phản ứng phải hết NO₃^- mới đến phản ứng của SO4^2- trong H⁺ với kim loại. Do đó, muối tạo thành là muối sunfat chứ không có muối nitrat.
+ Về mặt động học, có thể xảy ra song song 2 phản ứng: phản ứng kim loại với HNO₃ và với H₂SO₄ để tạo ra đồng thời NO₂ và SO₂. Tuy nhiên, NO₃^- trong H⁺ phản ứng có phần ưu thế hơn và NO₂ tạo ra lại phản ứng với SO₂, đồng thời SO₂ tạo ra lại phản ứng với HNO₃ trong dung dịch.
Vì vậy, quan niệm 2 quá trình phản ứng của kim loại với HNO₃ và H₂SO₄ hoàn toàn độc lập với nhau là không chính xác. Ngược lại, quan niệm phải hết NO₃^- mới đến SO₄^2- tham gia phản ứng cũng không thực tế (vì kim loại tiếp xúc với cả ion NO_3^- , ion SO₄^2-, ion H⁺ trong dung dịch). Trong dung dịch sau pahnr ứng sẽ có các ion kim loại, ion NO_3^- , ion SO₄^2-, ion H⁺ nên khó tính thật chính xác lượng muối tạo thành, chỉ có thể nghĩ rằng muối sunfat sẽ ưu tiên hơn.