Phương pháp điều chế HNO3 trong phòng thí nghiệm

Câu hỏi: Phương pháp Điều chế HNO₃ trong phòng thí nghiệm?

Lời giải:

     - Trong phòng thí nghiệm Axit nitrit có thể điều chế bằng cách cho đồng(II) nitrat hoặc cho phản ứng những khối lượng bằng nhau kali nitrat (KNO₃) với axit sunfuric (H₂SO₄) 96%, và chưng cất hỗn hợp này tại nhiệt độ sôi của HNO₃ là 83°C cho đến khi còn lại chất kết tinh màu trắng, kali hidrosunfat (KHSO₄), còn lưu lại trong bình. HNO₃ bốc khói đỏ thu được có thể chuyển thành axit màu trắng.

     - Cần lưu ý khi thí nghiệm thì phải dùng các trang thiết bị bằng thủy tinh, hay nhất là bình cổ cong nguyên khối do HNO₃ khan tấn công cả nút bần, cao su và da nên sự rò rỉ có thể cực kỳ nguy hiểm:

H₂SO₄ + KNO₃ → KHSO₄ + HNO₃

Sau đây, hãy cùng Top lời gải tìm hiểu chi tiết về Axit nitrit (HNO₃)  và cách điều chế nhé.

Axit nitrit là gì?

     - Axit nitrit là một hợp chất vô cơ có công thức hóa học HNO₃. Axit nitrit tinh khiết là chất lỏng, không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm. Trong tự nhiên, axit nitrit hình thành trong những cơn mưa giông kèm sấm chớp và hiện nay chúng là một trong những tác nhân gây ra mưa axit.

Axit nitrit có những tính chất nào?

Tính chất vật lí của axit nitrit

     - Axit nitrit là chất lỏng hoặc khí không màu, tan tốt trong nước (C<65%)

     - Trong môi trường tự nhiên, axit nitrit có màu vàng nhạt do sự tích tụ của oxit nitơ.

     - Nhiệt độ đông đặc: -42°C

     - Nhiệt độ sôi: 83°C

     - Dưới tác dụng của ánh sáng, HNO₃ bị phân hủy tạo thành nitơ dioxit NO₂ (nhiệt độ thường).

4HNO₃ →  4NO₂ + 2H₂O + O₂

     - Ở nhiệt độ cao, nitơ dioxit bị hòa tan bởi axit HNO₃ thành dung dịch có màu vàng hoặc đỏ.

     - Là một axit có tính ăn mòn cao, cực độc, dễ bắt lửa.

Tính chất hóa học của axit nitrit

     - Axit nitrit là một dung dịch nitrat hydro có công thức hóa học HNO₃. Đây là một axit khan, là một monoaxit mạnh, có tính oxi hóa mạnh có thể nitrat hóa nhiều hợp chất vô cơ, có hằng số cân bằng axit (pKa) = −2, nó hoàn toàn điện li thành các ion nitrat NO³⁻ và một proton hydrat, hay còn gọi là ion hiđrôni, H₃O⁺:

1. Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ.

     - Tương tự các axit mạnh khác, dung dịch HNO₃ có thể làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ.

2. Tác dụng với bazơ, oxit bazơ, muối cacbonat tạo thành muối nitrat và nước

2HNO₃ + Mg(OH)₂ → Mg(NO₃)₂ + 2H₂O

2HNO₃ + CuO → Cu(NO₃)₂ + H₂O

2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂

3. Tác dụng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt tạo thành muối nitrat và nước

Kim loại + HNO_{3 đặc} → muối nitrat + NO + H₂O (t^o)

Kim loại + HNO_{3 loãng} → muối nitrat + NO + H₂O

Kim loại + HNO_{3 loãng lạnh} → muối nitrat + H₂

Mg_(rắn) + 2HNO_{3 loãng lạnh} → Mg(NO₃)₂ + H_{2 (khí)}

*Lưu ý: Fe, Al, Cr bị thụ động hóa trong dung dịch HNO₃ đặc, nguội 

4. Tác dụng với phi kim (các nguyên tố á kim, ngoại trừ silic và halogen) tạo thành nitơ dioxit nếu là HNO₃ đặc và oxit nitơ với axit loãng và nước, oxit của phi kim.

3C + 4HNO_{3 loãng} → 3CO₂ + 4NO + 2H₂O

C + 4HNO_{3 đặc nóng} → CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

5. Tác dụng với hợp chất:

     - Axit HNO₃ có khả năng phá hủy nhiều hợp chất hữu cơ, nên sẽ rất nguy hiểm nếu để axit này tiếp xúc với cơ thể người.

3H₂S + 2HNO_{3 (>5%)} → 3S _{(kết tủa)} + 2NO + 4H₂O

PbS + 8HNO_{3 (đặc)} → PbSO_{4 (kết tủa)}  + 8NO₂ + 4H₂O

     - Ag₃PO₄ tan trong HNO₃, HgS không tác dụng với HNO₃.

Axit nitrit được điều chế theo phương pháp nào?

-Trong tự nhiên

     - Axit nitrit được tạo ra từ các cơn mưa lớn có sét, đây cũng là nguyên nhân gây nên những trận mưa axit.

-Trong phòng thí nghiệm

     - Axit nitrit có thể điều chế bằng cách cho đồng(II) nitrat hoặc cho phản ứng những khối lượng bằng nhau kali nitrat (KNO₃) với axit sunfuric (H₂SO₄) 96%, và chưng cất hỗn hợp này tại nhiệt độ sôi của HNO₃ là 83°C cho đến khi còn lại chất kết tinh màu trắng, kali hidrosunfat (KHSO₄), còn lưu lại trong bình. HNO₃ bốc khói đỏ thu được có thể chuyển thành axit màu trắng.

     - Cần lưu ý khi thí nghiệm thì phải dùng các trang thiết bị bằng thủy tinh, hay nhất là bình cổ cong nguyên khối do HNO₃ khan tấn công cả nút bần, cao su và da nên sự rò rỉ có thể cực kỳ nguy hiểm:

H₂SO₄ + KNO₃ → KHSO₄ + HNO₃

-Trong công nghiệp

     - Dung dịch HNO₃ cấp thương mại thường có nồng độ giữa 52% và 68%. Việc sản xuất nó được thực hiện bằng công nghệ Ostwald do Wilhelm Ostwald phát minh.

     - Axit nitrit 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