Tính chất của Nitric Acid (HNO₃) đặc, loãng và sự chuyển hóa Nitrogen Oxide

Phương trình / Quy luật áp dụng: Cu + 4HNO₃(đặc) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

Giải thích chuẩn SGK: Trên cùng một bàn thí nghiệm bố trí kết hợp hai thí nghiệm kinh điển của bài hợp chất nitrogen: một là «Phản ứng của Cu với HNO₃ đặc và loãng» (hai ống nghiệm có nhánh + cốc NaOH xử lí khí thải), hai là «Hòa tan và chuyển hóa NO / NO₂ trong ống tiêm».

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Thường gặp trong đề thi: Cấu trúc hai phần «Điều chế → Xử lí khí thải» của bộ dụng cụ phản ứng giữa kim loại và nitric acid; mục đích dùng ống nghiệm có nhánh và dây đồng di động.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Cu + 4HNO₃(đặc) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

Giải thích chuẩn SGK: Nitric acid là chất oxi hóa rất mạnh: nó oxi hóa Cu thành Cu²⁺ và bản thân bị khử thành NO₂ (N từ +5 xuống +4, mỗi nguyên tử N nhận 1 electron); NO₂ là chất khí màu nâu đỏ. Thiết kế dây đồng di động giúp dừng phản ứng bất cứ lúc nào bằng cách kéo dây đồng lên khỏi mặt dung dịch.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi trọng tâm: Hiện tượng và phương trình hóa học của Cu với HNO₃ đặc; vì sao HNO₃ tác dụng với kim loại không sinh ra khí H₂; tác dụng của việc dùng dây đồng có thể kéo lên hạ xuống.

Phương trình / Quy luật áp dụng: 3Cu + 8HNO₃(loãng) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

Giải thích chuẩn SGK: Tính oxi hóa của HNO₃ loãng yếu hơn HNO₃ đặc, nhưng mức độ bị khử sâu hơn: N bị khử xuống +2 tạo thành khí NO không màu, ít tan trong nước (mỗi nguyên tử N nhận 3 electron). Khí NO vừa tiếp xúc với O₂ trong không khí lập tức chuyển thành khí NO₂ màu nâu đỏ (2NO + O₂ = 2NO₂) — vì vậy trạng thái «không màu» chỉ quan sát được khi không có O₂.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi trọng tâm: Hiện tượng, phương trình phân tử và phương trình ion thu gọn của Cu với HNO₃ loãng; giải thích vì sao khí không màu hóa nâu đỏ ngoài không khí.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Hóa chất: Fe (hoặc Cu) + HNO₃ (nhiệt độ thường, HNO₃ đặc)

Giải thích chuẩn SGK: Ở nhiệt độ thường, bề mặt Fe và Al bị HNO₃ đặc oxi hóa tạo thành một lớp màng oxide bền, khít che phủ kim loại bên trong (hiện tượng thụ động hóa) làm phản ứng dừng lại ngay — do đó có thể dùng bồn chứa bằng Fe hoặc Al để đựng HNO₃ đặc nguội; nhưng nếu cho vào HNO₃ loãng thì Fe và Al vẫn phản ứng mãnh liệt.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi trọng tâm: Tại sao ở nhiệt độ thường có thể dùng bình bằng sắt (Fe) hoặc nhôm (Al) để đựng và chuyên chở HNO₃ đặc; phân biệt sự thụ động hóa với sự không phản ứng.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Khí thải: NO, NO₂ + Dung dịch NaOH

Giải thích chuẩn SGK: Cả NO và NO₂ đều là những khí độc gây ô nhiễm và hại đường hô hấp. Cốc bên phải trong bộ dụng cụ chứa dung dịch NaOH với đầu ống dẫn nhúng dưới mặt thoáng để hấp thụ khí thải; việc lắp bộ phận xử lí khí thải quyết định độ an toàn và chuẩn mực của thí nghiệm.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi trọng tâm: Cách xử lí khí thải độc hại NOx (hấp thụ bằng dung dịch kiềm NaOH); tính ăn mòn và dễ bay hơi của nitric acid.

Phương trình / Quy luật áp dụng: 4HNO₃ = 4NO₂↑ + O₂↑ + 2H₂O (ánh sáng hoặc đun nóng △)

Giải thích chuẩn SGK: HNO₃ đặc kém bền, khi có ánh sáng hoặc đun nóng sẽ bị phân hủy: 4HNO₃ = 4NO₂↑ + O₂↑ + 2H₂O; khí NO₂ sinh ra tan một phần vào dung dịch làm acid có màu vàng và làm tăng áp suất trong bình, vì vậy phải đựng trong lọ thủy tinh tối màu (màu nâu) và để ở nơi thoáng mát.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi trọng tâm: Giải thích vì sao HNO₃ đặc thường có màu vàng và phải đựng trong lọ tối màu (viết phương trình phân hủy).

Phương trình / Quy luật áp dụng: 2NO + O₂ = 2NO₂

Giải thích chuẩn SGK: Trong không khí chỉ có khoảng 21 % thể tích là O₂: hút 10 mL không khí chỉ đưa vào 2.1 mL O₂, vừa đủ oxi hóa 4.2 mL NO thành NO₂ (2NO + O₂ = 2NO₂), vì vậy độ đậm của màu nâu đỏ phụ thuộc vào lượng không khí đã hút vào, phần NO dư vẫn không màu.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Thường gặp trong đề thi: Bài toán tính thể tích khí trong phản ứng giữa NO, O₂ và H₂O; giải thích định lượng hiện tượng khí không màu hóa nâu đỏ.

Phương trình / Quy luật áp dụng: 3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO

Giải thích chuẩn SGK: Khi NO₂ tác dụng với nước xảy ra phản ứng tự oxi hóa - khử: 3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO; trong 3 nguyên tử N(+4) có 2 nguyên tử tăng lên +5 và 1 nguyên tử giảm xuống +2 — nên NO₂ vừa là chất oxi hóa vừa là chất khử; cứ 3 thể tích NO₂ phản ứng chỉ để lại 1 thể tích khí NO, thể tích khí giảm đi 2/3 nên pít-tông bị đẩy vào trong.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi trọng tâm: Phản ứng của NO₂ với nước (tự oxi hóa - khử); «NO₂ vừa là chất oxi hóa vừa là chất khử»; bài toán độ giảm thể tích khí.

Phương trình / Quy luật áp dụng: 2NO + O₂ = 2NO₂ · 3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO

Giải thích chuẩn SGK: Phần kiểm tra không thêm kết luận mới: Muốn chuyển hóa nhiều NO thành HNO₃ phải nạp không khí và lắc với nước nhiều lần; đồng thời nếu không xử lí khí thải hoặc không bảo quản đúng cách HNO₃ đặc thì thí nghiệm vẫn không đạt yêu cầu an toàn.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Cấu trúc điểm tối đa: Hút không khí nhiều lượt + Lắc đều với nước + Hấp thụ khí thải bằng NaOH + Bảo quản HNO₃ đặc trong lọ màu nâu tránh sáng.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Đặc → NO₂, Loãng → NO. Theo chương trình Hóa học 11: Cu + 4HNO₃(đặc) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O; 3Cu + 8HNO₃(loãng) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O. Tùy thuộc vào nồng độ của nitric acid mà sản phẩm khử thu được khác nhau; dù đặc hay loãng cũng không giải phóng khí H₂.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Khí NO không màu sinh ra bị oxygen trong không khí oxi hóa thành NO₂. Phương trình phản ứng: 2NO + O₂ = 2NO₂. Sản phẩm khử trực tiếp của HNO₃ loãng với Cu là khí NO (không màu), khi tiếp xúc với oxygen trong không khí sẽ lập tức hóa nâu đỏ.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: NO₂ vừa là chất oxi hóa, vừa là chất khử. Đáp án đúng là D. Trong phản ứng 3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO: trong 3 nguyên tử N(+4) có 2 nguyên tử tăng số oxi hóa từ +4 lên +5 (tạo HNO₃) và 1 nguyên tử giảm số oxi hóa từ +4 xuống +2 (tạo NO), vì vậy NO₂ vừa là chất oxi hóa vừa là chất khử.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: 4HNO₃ = 4NO₂↑ + O₂↑ + 2H₂O (phân hủy khi có ánh sáng hoặc đun nóng). Dung dịch HNO₃ đặc kém bền, khi có ánh sáng hoặc đun nóng sẽ bị phân hủy sinh ra khí nitrogen dioxide (NO₂), vì vậy cần bảo quản trong lọ tối màu và đặt ở nơi thoáng mát. Phương trình: 4HNO₃ = 4NO₂↑ + O₂↑ + 2H₂O (điều kiện: ánh sáng hoặc △).

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Bề mặt Fe, Al bị HNO₃ đặc nguội oxi hóa tạo thành lớp màng oxide bền, khít ngăn cản kim loại bên trong tiếp tục phản ứng. Mặc dù Fe và Al phản ứng mạnh với HNO₃ loãng, nhưng ở nhiệt độ thường bề mặt của chúng bị HNO₃ đặc oxi hóa tạo thành một lớp màng oxide rất mỏng, bền và khít (hiện tượng thụ động hóa) bảo vệ kim loại bên trong, nên dùng được bình Fe hoặc Al để chứa HNO₃ đặc nguội. Lưu ý điều kiện: nhiệt độ thường và acid đặc — nếu cho vào HNO₃ loãng thì vẫn phản ứng bình thường.