Giáo án Hóa học Lớp 11 nâng cao - Bài 12: Axit Nitric và muối Nitrat

BÀI 12: AXIT NITRIC VÀ MUỐI NITRAT (Tiết 1) ( Hóa học 11 – chương trình nâng cao) Mục tiêu bài học Về kiến thức Học sinh biết: - Cẩu tạo phân tử, tính chất vật lí của HNO3 - Tính chất hóa học của axit nitric. b. Học sinh hiểu: HNO3 là một axit mạnh. HNO3 là một chất oxi hóa mạnh, oxi hóa được hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt), nhiều phi kim và một số hợp chất. Về kĩ năng - Quan sát, nhận xét, dự đoán được sp tạo thành trong các phản ứng có axit nitric tham gia. - Viết phương trình phản ứng oxi hóa khử minh họa tính chất của HNO3 - Cân bằng phản ứng oxi hóa khử bằng phương pháp thăng bằng electron. - Viết phương trình phản ứng dưới dạng ion rút gọn. 3) Rèn luyện tư duy - Từ CTCT suy ra tính chất hóa học - Phân tích, tổng hợp vấn đề, suy luận lôgic Chuẩn bị Giáo viên: + Hóa chất thí nghiệm: dd HNO3đ, dd HNO3l, Cu, S, dd BaCl2. + Dụng cụ thí nghiệm: ống nghiệm, đèn cồn, kẹp gỗ Học sinh: + Đọc và nghiên cứu bài + Sưu tầm thông tin về những ứng dụng của axit nitric III. Phương pháp - Thuyết trình - đàm thoại Nêu - giải quyết vẫn đề Tổ chức hoạt động nhóm, TN biểu diễn IV.Tổ chức hoạt động dạy học Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng Hoạt động 1: - Ổn định lớp (khoảng 2 phút). - Kiểm tra bài cũ Bài 7 sgk trang 48 Hoàn thành các phương trình phản ứng sau NH4Cl (NH4)2CO3 NH4NO2 NH4NO3 Bài 7: Đáp án B Phương trình phản ứng: + OH- NH3Ó+ H2O NH3 là khí có mùi khai, khí này làm xanh giấy quì ẩm. 2. NH4Cl NH3‹ +HCl (NH4)2CO3 2NH3‹ + H2O + CO2‹ NH4NO2N2‹ + 2H2O NH4NO3N2O +2H2O - Giảng bài mới Như chúng ta đã biết, nitơ và các hợp chất của nó có nhiều ứng dụng rất quan trọng trong thực tế. Hôm nay, chúng ta sẽ nghiên cứu một hợp chất mới của nitơ, đó là axit nitric. Mời các em cùng học bài “axit nitric và muối nitrat”. Hoạt động 2: Cẩu tạo phân tử và tính chất vật lí 1.Yêu cầu HS viết CTPT, CTCT, xác định soh, hóa trị của axit nitric. 2. Yêu cầu học sinh đọc SGK và cho biết các thông tin sau về tính chất vật lí của HNO3: trạng thái, khối lượng riêng, nhiệt độ sôi. Gv tiến hành thí nghiệm sau: 1). mở nắp lọ đựng dd HNO3 đ 2). Đun nhẹ ống nghiệm chứa dd HNO3 trên ngọn lửa đèn cồn. Yêu cầu hs quan sát hiện tượng, nhận xét. Giáo viên xác nhận ý kiến của học sinh, bổ sung: - HNO3 dễ bị phân hủy, chỉ cần dưới tác dụng của ánh sáng HNO3 cũng bị phân hủy một phần tạo thành NO2. Do đó, để bảo quản dd HNO3, người ta phải đựng chúng trong bình tối màu hoặc bọc bằng giấy đen và để nơi khô mát. - HNO3 tan tốt trong nước. CTPT: HNO3 CTCT: H - – N Số oxi hóa của N: +5. Hóa trị : IV 2. HNO3 là chất lỏng, khối lượng riêng 1,53 g/cm3, nhiệt độ sôi 860C. Hiện tượng: 1) Có khói xuất hiện trên miệng lọ chứa dd HNO3 đ. 2) Có khí màu nâu trong ống nghiệm (hoặc dd có màu vàng khi để lâu ngoài k2) . Nhận xét: -HNO3 đặc dễ bị bốc khói trong không khí ẩm -HNO3 dễ bị phân hủy bởi nhiệt hoặc as. Bài 12 Axit nitric và muối nitrat I. Cấu tạo phân tử 1. CTPT: HNO3 2. CTCT: H - – N Số oxi hóa của N: +5 (là soh cao nhất của nitơ). Hóa trị : IV II. Tính chất vật lí - là chất lỏng, không màu, t0s: 860C, D = 1,53 g/cm3. -dễ bị bốc khói trong không khí ẩm. - kém bền nhiệt - Tan tốt trong nước Hoạt động 3: Tính axit của HNO3 Yêu cầu học sinh lấy các ví dụ về tính axit của HNO3. Viết phương trình phản ứng minh họa dạng phân tử và ion rút gọn. Kết luận: nguyên nhân tính axit của HNO3 là do HNO3 có khả năng phân li ra ion H+ -Làm quì tím chuyển sang màu đỏ. -Tác dụng với bazơ : HNO3+NaOH®NaNO3+H2O H+ + OH- ® H2O -Tác dụng với oxit bazơ: 2HNO3+CuO®Cu(NO3)2+H2O 2H+ + CuO ® Cu2+ +H2O -Tác dụng với một số muối 2HNO3 + Na2CO3® 2NaNO3 + H2O + CO2‹ 2H+ + ® H2O + CO2‹ II. Tính chất hóa học 1. Tính axit Trong dd HNO3 phân li hoàn toàn: HNO3 ® H++NO3 - (axit mạnh) 1) HNO3+NaOH® NaNO3+H2O H+ + OH- ® H2O 2) 2HNO3+CuO ® Cu(NO3)2+H2O 2H+ + CuO ® Cu2+ +H2O 3) 2HNO3 + Na2CO3® 2NaNO3 + H2O + CO2‹ 2H+ + ® H2O + CO2‹ Hoạt động 4: Phản ứng của kim loại với HNO3 - Yêu cầu học sinh cho biết các mức oxi hóa của N, nhận xét về mức oxi hóa của N trong HNO3, dự đoán về tính chất oxi hóa khử của hợp chất này? - Yêu cầu học sinh dự đoán hiện tượng xảy ra trong 2 thí nghiệm sau: 1) cho Cu vào dd HCl 2) Cho Cu vào dd HNO3. Giáo viên làm thí nghiệm: Cho dd HNO3 vào ống nghiệm đã chứa sẵn Cu, đun nóng nhẹ trên ngọn lửa đèn cồn. Yêu cầu học sinh quan sát hiện tượng, viết phương trình phản ứng minh họa. Xác nhận ý kiến 2 Chia lớp làm 3 nhóm (viết các ptpư, so sánh, nhận xét) Chú ý: HS về nhà cân bằng các pt phản ứng. Nhóm 1: 1)Cu + HCl ® 2)Cu + HNO3 đ ® 3)Cu +HNO3l ® Nhóm 2: 4)Fe + HCl ® 5)Fe + HNO3 đ ® 6)Fe + HNO3l® Nhóm 3: 7)Mg + HNO3 đ ® 8)Mg +HNO3l ® Giáo viên giới thiệu một số kim loại như Al, Fe bị thụ động hóa trong HNO3 đặc nguội Các mức oxi hóa của N: -3 0 +1 +2 +3 +4 +5 NH3,N2,N2O,NO,N2O3,NO2,N2O5 HNO2 HNO3 Trong HNO3 N có mức oxi hóa là +5, đây là mức oxi hóa cao nhất của N, do đó trong các phản ứng oxi hóa khử, HNO3 đóng vai trò là chất oxi hóa, sản phẩm khử là những chất mà trong đó N có mức oxi hóa thấp hơn. -Hiện tượng: 1) Cho Cu vào dd HCl: không có hiện tượng gì do Cu đứng sau H trong dãy hoạt động hóa học. 2)Ý kiến 1: Không có hiện tượng (tương tự trên) Ý kiến 2: Có xảy ra phản ứng do HNO3 là một chất có tính oxi hóa mạnh, có khả năng oxi hóa hầu hết các kim loại ( trừ Au, Pt). Hiện tượng: - dung dịch chuyển sang màu xanh -có khí màu nâu trong ống nghiệm. Phương trình phản ứng: Cu0+4 ®+ 2‹ + 2H2O (nâu) Nhóm 1 1)Cu + HCl ®(không xảy ra) 2) Cu0+4đ ®+ 2‹ + 2H2O 3) 3Cu0+8l ®3+ 2‹ + 4H2O Nhận xét: HCl không oxi hóa được Cu. HNO3đặc oxi hóa Cu tạo ra sản phẩm khử là NO2, HNO3 loãng oxi hóa Cu tạo ra sản phẩm khử là NO. Nhóm 2 4)Fe0 + H+1Cl ®+‹ 5)Fe0 +6đ ®+ 3‹ +3H2O 6) Fe0+4l ®3+ ‹ + 2H2O Nhận xét HCl chỉ oxi hóa Fe0 lên Fe+2. HNO3 oxi hóa Fe0 lên Fe+3 (mức oxi hóa cao nhất) trong đó dd HNO3 đặc tạo ra sản phẩm khử là NO2, dd HNO3 loãng tạo ra sản phẩm khử là NO. Nhóm 3 7) Mg0 +4đ ®+ 2‹ +2H2O 8)4Mg0 +10l ® 4+ + 3H2O Nhận xét: Mg là kim loại có tính khử mạnh, tác dụng với dung dịch HNO3 loãng có thể tạo ra sản phẩm khử là NH4NO3. 2. Tính oxi hóa a) Phản ứng với kim loại * Nhận xét: Trong HNO3 ion có tính oxi hóa mạnh hơn ion H+, nó có khả năng oxi hóa hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt) tạo thành muối nitrat của kim loại với hóa trị cao nhất, nước và sản phẩm khử có mức oxi hóa thấp hơn của N. Kim loại có tính khử càng mạnh, dd axit có nồng độ càng loãng, sản phẩm khử có mức oxi hóa càng thấp. VD: 1) Cu0+4đ ®+ 2‹ + 2H2O 2) 3Cu0+8l ®3+ 2‹ + 4H2O 3)Fe0 +6đ ®+ 3‹ +3H2O 4) Fe0+4l ®3+ ‹ + 2H2O 5)4Mg0 +10l ®4+ + 3H2O Chú ý: HNO3 oxi hóa kim loại có nhiều mức oxi hóa lên mức oxi hóa cao nhất. Kết luận: Sản phẩm khử của nitơ phụ thuộc: - Nồng độ của axit - Bản chất của kim loại Thông thường: ï Khi dd HNO3 tác dụng với kim loại có tính khử yếu, nếu: + HNO3 đ NO2 (nâu) +HNO3l NO K0 màu, hóa nâu ngoài k2: NO +1/2O2 NO2 ï dd HNO3 tác dụng với những kim loại có tính khử mạnh N2O, N2, NH4NO3 Hoạt động 5: Phản ứng của HNO3 với phi kim Giáo viên tiến hành thí nghiệm sau: Cho S bằng hạt đỗ xanh vào ống nghiệm chứa dd HNO3 đặc, đun nóng nhẹ trên ngọn lửa đèn cồn. Phản ứng kết thúc, nhỏ vào ống nghiệm vài giọt dd BaCl2. Yêu cầu học sinh quan sát hiện tượng, giải thích và viết phương trình phản ứng minh họa. Tương tự, viết phương trình phản ứng khi cho C, P tác dụng với HNO3. Nhận xét về số oxi hóa của S, C, P trong các sản phẩm tạo thành? Hiện tượng: Ban đầu có khí màu nâu trong ống nghiệm, chứng tỏ có sự tạo thành của NO2. Khi nhỏ BaCl2 vào ống nghiệm, có kết tủa trắng chứng tỏ trong dung dịch có H2SO4. Phương trình: 1)S0 +6đ ® +6‹+2 H2O 2) C0 +4đ ®‹ + 4‹+2 H2O 3) P0 +5đ ®+ 5‹+ H2O Nhận xét: Trong phản ứng với HNO3, S, C, P đều bị oxi hóa đến mức oxi hóa cao nhất. b. Phản ứng với phi kim 1)S0 +6đ ® +6‹+2 H2O 2) C0 +4đ ®‹ + 4‹ 2 H2O 3) P0 +5đ ®+ 5‹+ H2O Nhận xét: -Phi kim bị oxi hóa đến mức cao nhất. - HNO3 có thể bị khử đến NO hoặc NO2 tùy theo nồng độ của axit. Hoạt động 6: Phản ứng của HNO3 với hợp chất Gv biểu diễn thí nghiệm: lần lượt cho dd NaOH vào các ống nghiệm: + ống 1: dd FeCl2 + ống 2: dd FeCl2 đã thêm dd HNO3 HS quan sát, mô tả, gt hiện tượng và viết ptpư. Yêu cầu học sinh hoàn thành các phương trình phản ứng sau, cho biết chúng có thuộc loại phản ứng oxi hóa khử hay không? 1) FeO + HNO3 2) Fe2O3 + HNO3 3) SO2+ HNO3 + ống 1:xuất hiện kết tủa màu xanh (FeCl2) FeCl2 + 2NaOH Fe(OH)2 + 2NaCl ( kt xanh) + ống 2: dd không màu (Fe2+) chuyển sang màu vàng (Fe3+) Fe2+ +2H+ + NO3- Fe3+ + NO2 + H2O Sau đó thu được kt nâu (Fe(OH)3): Fe3+ +3OH- Fe(OH)3 Phương trình phản ứng: 1)+4 ®+ ‹ +2H2O 2) Fe2O3 +6HNO3 ®2 Fe(NO3) 3 + 3 H2O 3)+ 2® + 2‹ Nhận xét: Phản ứng 2: không là phản ứng oxi hóa khử. Phản ứng 1, 3: xảy ra sự oxi hóa khử. Trong FeO số oxi hóa của sắt là +2, trong SO2 số oxi hóa của S là +4, đây là những mức oxi hóa trung gian, những chất này khi tác dụng với HNO3 dễ dàng bị oxi hóa để tạo thành những sản phẩm với số oxi hóa cao nhất. c. Phản ứng với hợp chất Fe2+ +2H+ + NO3- Fe3+ + NO2 + H2O 1)+4 ®+ ‹ +2H2O 2)+ 2® + 2‹ Nhận xét: HNO3 có khả năng phản ứng với các hợp chất có tính khử. Hoạt động 7: Củng cố và hưởng dẫn về nhà Giáo viên nhắc lại: - HNO3 là một axit mạnh, có đầy đủ tính chất của một axit - HNO3 là chất oxi hóa mạnh, oxi hóa được hầu hết các kim loại ( trừ Au, Pt), nhiều phi kim và hợp chất có tính khử. - Khả năng oxi hóa của HNO3 phụ thuộc vào bản chất của chất khử và nồng độ dung dịch HNO3 - Bài tập về nhà: Bài 1, 2,6, 7 trang 55 * Mở rộng: Từ xưa trong cuộc sống lao động và sản xuất, ông cha ta đã rút ra kinh nghiệm: “ Lúa chiêm láp ló đầu bờ Hễ nghe tiếng sấm phất cờ mà lên” Bằng những hiểu biết của mình về hóa học em hãy làm sáng tỏ kinh nghiệm trên. V. Rút KN bản thân ..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................