Công thức hóa học của axit nitric

Câu hỏi: Công thức hóa học của axit nitric

Trả lời:

Axit nitric có công thức hóa học là HNO₃, được gọi là dung dịch nitrat hidro hay còn được gọi là axit nitric khan. Axit này được hình thành ở trong tự nhiên, tạo ra từ những cơn mưa do sấm và sét tạo thành. 

Cùng Top lời giải tìm hiểu thêm về axit nitric nhé!

1. Axit Nitric – HNO₃ là gì?

- Là một hợp chất hóa học có công thức hóa học (HNO₃), là một dung dịch nitrat hiđrô (axit nitric khan). Trong tự nhiên, axít nitric hinh thành trong những cơn mưa giông kèm sấm chớp và hiện nay chúng là một trong những tác nhân gây ra mưa axít.

- Nó là một chất axit độc và ăn mòn có thể dễ gây cháy. Axit nitric tinh khiết không màu sắc còn nếu để lâu sẽ có màu hơi vàng do sự tích tụ của các ôxít nitơ. Nếu một dung dịch có hơn 86% axit nitric, nó được gọi là axit nitric bốc khói. Acid nitric bốc khói có đặc trưng axit nitric bốc khói trắng và axit nitric bốc khói đỏ, tùy thuộc vào số lượng điôxit nitơ hiện diện.

2. Tính chất vật lý của axit nitric

- Axit nitric là chất lỏng không màu, tan tốt trong nước (C<65%). Nó cũng có thể tồn tại ở dạng khí, không màu. Trong môi trường tự nhiên, axit nitric có màu vàng nhạt do sự tích tụ của oxit nito.

- Axit nitric tinh khiết có tỷ trọng khoảng 1522kg/m³, khi để ngoài không khí, nếu axit nitric có nồng độ 86% ta sẽ thấy khói trắng bốc lên. Nhiệt độ đông đặc là -42 °C và nhiệt độ sôi là 83 °C.

- Dưới tác dụng của ánh sáng, axit nitric bị phân hủy tạo thành nito dioxit NO₂ ( nhiệt độ thường).

4HNO₃ →  4NO₂ + 2H₂O + O₂

- Do đó cần bảo quản axit nitric trong các chai, lọ tối màu, tránh ánh sáng và khu vực cất giữ phải đảm bảo nhiệt độ thấp hơn 0°C.

- Ở nhiệt độ cao, nito dioxit bị hòa tan bởi axit nitric thành dung dịch có màu vàng hoặc đỏ. Điều này gây ảnh hưởng không nhỏ đến các đặc trưng vật lý, phụ thuộc vào nồng độ NO₂ , đặc biệt là áp suất hơi trên chất lỏng, nhiệt độ sôi, màu sắc dung dịch.

- Chưng cất hỗn hợp axit nitric và nước, ta được azeotrope có nồng độ 68% HNO₃ và sôi ở 120.5 °C, 1 atm. Axit nitric là một axit có tính ăn mòn cao, cực độc, dễ bắt lửa.

3. Tính chất hóa học

- HNO₃­ là một axit mạnh

- Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ.

- Tác dụng với oxit bazơ (trong đó kim loại đã đạt hóa trị cao nhất) → muối + H₂O:

2HNO₃ + CuO → Cu(NO₃)₂ + H₂O

- Tác dụng với bazơ (trong đó kim loại đã đạt hóa trị cao nhất) → muối + H₂O:

2HNO₃ + Mg(OH)₂ → Mg(NO₃)₂ + 2H₂O

- Tác dụng với muối (trong muối kim loại đã đạt hóa trị cao nhất) → muối mới + axit mới:

2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO­₃­)₂ + CO₂ + H₂O

- HNO₃ là chất oxi hóa mạnh

- Tác dụng với kim loại:

- HNO₃ phản ứng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt → muối nitrat + H₂­O và sản phẩm khử của N⁺⁵ (NO₂, NO, N₂O, N₂ và NH₄NO₃).

M + HNO₃ → M(NO₃)n + H₂O + NO₂ (NO, N₂O, N₂, NH₄NO₃)

- Sản phẩm khử của N⁺⁵ là tùy thuộc vào độ mạnh của kim loại và nồng độ của dung dịch axit. Thông thường thì dung dịch đặc → NO₂, dung dịch loãng → NO; dung dịch axit càng loãng, kim loại càng mạnh thì N bị khử xuống mức càng sâu.

Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Fe + 4HNO₃ loãng → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

8Na + 10HNO₃ → 8NaNO₃ + NH₄NO₃ + 3H₂O

Chú ý: Nếu cho Fe hoặc hỗn hợp Fe và Cu tác dụng với dung dịch HNO₃ mà sau phản ứng còn dư kim loại → trong dung dịch Fe thu được chỉ ở dạng muối Fe²⁺. HNO₃ đặc nguội thụ động với Al, Fe, Cr.

- Tác dụng với phi kim → NO₂ + H₂O + oxit của phi kim.

C + 4HNO₃ → CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

S + 4HNO₃ → SO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

P + 5HNO₃ → H₃PO₄ + 5NO₂ + H₂O

- Tác dụng với các chất khử khác (oxit bazơ, bazơ và muối trong đó kim loại chưa có hóa trị cao nhất...).

4HNO₃ + FeO → Fe(NO₃)₃ + NO₂ + 2H₂O

4HNO₃ + FeCO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO₂ + 2H₂O + CO₂

4. Điều chế axit nitric - HNO₃

- Trong tự nhiên, axit nitric được tạo ra từ các cơn mưa lớn có sét, gây nên những trận mưa axit.

a. Điều chế axit nitric - HNO₃ trong phòng thí nghiệm

- Người ta cho muối natri nitrat tinh thể tác dụng với axit sunfuric đặc, chưng cất hỗn hợp này tại nhiệt độ sôi của axit nitric là 83 °C cho đến khi còn lại chất kết tinh màu trắng. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ tạo ra một lượng nhỏ axit.

H₂SO₄ đặc + NaNO₃ (tinh thể) → HNO₃ + NaHSO₄

- Axit nitric bốc khói đỏ thu được có thể chuyển thành axit nitric màu trắng. Khi thực hiện thí nghiệm , các dụng cụ phải làm từ thủy tinh, đặc biệt là bình cổ cong nguyên khối do axit nitric khan.

b. Điều chế axit nitric - HNO₃ trong công nghiệp

- Axit nitric loãng có thể cô đặc đến 68% axit với một hỗn hợp azeotropic với 32% nước. Để thu được axit có nồng độ cao hơn, tiến hành chưng cất với axit sunfuric H₂SO₄. H₂SO₄ đóng vai trò là chất khử sẽ hấp thụ lại nước.

4NH₃ + 5O₂  → 4NO + 6H₂O (Pt, 850^oC)

2NO + O₂ → NO₂

4NO₂  + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

- Dung dịch axit nitric công nghiệp thường có nồng độ 52% và 68%. Việc sản xuất axit nitric được thực hiện bằng công nghệ Ostwald do Wilhelm Ostwald phát minh.

5. Ứng dụng của HNO₃

a. Trong phòng thí nghiệm

+ Axit nitric là thuốc thử chính được sử dụng cho quá trình nitrat hóa – việc bổ sung một nhóm nitro. Điển hình là một phân tử hữu cơ. Và nó cũng thường được sử dụng như một tác nhân oxy hóa mạnh.

+ Axit nitric cũng được sử dụng trong phòng thí nghiệm trường học để tiến hành các thí nghiệm liên quan đến việc thử clorit. Cho axit nitric (HNO₃) tác dụng với mẫu thử, sau đó cho dung dịch bạc nitrat vào để tìm kết tủa trắng của bạc clorua.

b. Trong hóa chất công nghiệp

+ Axit Nitric nồng độ 68% được mang sử dụng để có thể chế tạo ra các loại thuốc nổ cơ bản như TNT hay như cyclotrimethylenetrinitramin (RDX).

+ Axit nitric có nồng độ 0,5-2% được sử dụng làm hợp chất nền nhằm xác định trong dung dịch có tồn tại kim loại không. Người ta gọi đó là kỹ thuật ICP-MS và ICP-AES.

+ Người ta còn sử dụng Axit Nitric để sản xuất ra các hợp chất hữu cơ, bột màu, các loại thuốc nhuộm vải và chất tẩy màu.

+ Axit nitric được dùng để sản xuất nitrobenzen – tiền chất để sản xuất anilin và các dẫn xuất anilin với những ứng dụng then chốt trong sản xuất bọt xốp polyuretan, sợi aramit và dược phẩm.

+ Ở điều kiện nồng độ hóa học thấp (khoảng 10%) axit nitric thường sẽ được dùng để nhân tạo thông và maple. Màu sắc khi được tạo ra nhờ phản ứng sẽ có một màu khá giống màu vàng xám kiểu như màu gỗ cũ hoặc gỗ đã thành phẩm.

+ HNO₃ còn được dùng làm các loại chất tẩy rửa đường ống, tẩy rửa bề mặt kim loại có trong các nhà máy sản xuất sữa.

+ Axit Nitric được dùng để loại bỏ các tạp chất, có khả năng cân bằng lại mức độ tiêu chuẩn của H₂O.

+ Sử dụng để điều chế các loại phân bón hóa học, phân đạm, các loại muối nitrate ngành phân bón như: KNO₃, Ca(NO₃)₂,…

6. Lợi ích và tác hại của axit nitric trong đời sống

a. Lợi ích

- HNO₃ được sử dụng phổ biến trong điều chế thuốc nổ như nitroglycerin hay các RDX.

- Axit nitric dùng chủ yếu để sản xuất phân đạm, các muối nitrat ngành phân bón như KNO₃, Ca(NO₃)₂,…

- HNO₃ được dùng khá phổ biến trong điều chế các muối nitrat trong phòng thí nghiệm cũng như trong cuộc sống.

- Ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp xi mạ, luyện kim vì phản ứng hầu hết với các kim loại trong các hợp chất hữu cơ. 

- Sử dụng trong chế tạo thuốc nhuộm vải, len, sợi,…

- Ứng dụng trong xử lý nước để loại bỏ tạp chất, cân bằng lại độ tiêu chuẩn của nước.

- HNO₃ sử dụng để điều chế, làm chất xúc tác, làm thuốc thử để phân biệt một số hóa chất trong phòng thí nghiệm.

b. Tác hại

- Hít phải: Làm tổn thương hệ hô hấp.

- Nuốt phải: Gây bỏng nặng các cơ quan thực quản, trường hợp nhẹ có thể gây nôn ói, tiêu chảy hoặc gây tử vong.

- Dây vào mắt: Gây tổn thương giác mạc, có thể mù lòa.

- Tiếp xúc với da: Gây phỏng da.