Điều chế nitric acid (HNO3) trong phòng thí nghiệm

Nitric acid ($\mathrm{HNO_3}$) là một trong những hợp chất quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn lẫn nghiên cứu. Việc nắm vững nguyên lý điều chế cũng như tính chất hóa học của chất này là một phần kiến thức nền tảng thiết yếu trong chương trình hóa học phổ thông.

Bài viết này sẽ hướng dẫn và phân tích chi tiết quá trình tổng hợp nitric acid quy mô phòng thí nghiệm. Phương pháp chủ đạo dựa trên phản ứng giữa tinh thể sodium nitrate ($\mathrm{NaNO_3}$) và dung dịch sulfuric acid ($\mathrm{H_2SO_4}$) đậm đặc ($98\%$) dưới tác dụng của nhiệt độ. Khi hệ thống hỗn hợp được gia nhiệt lên khoảng $250^\circ\mathrm{C}$, $\mathrm{HNO_3}$ được sinh ra ở trạng thái hơi, sau đó di chuyển qua hệ thống ống sinh hàn để ngưng tụ thành dạng lỏng.

Phương trình phản ứng chính:

$$\mathrm{NaNO_3 + H_2SO_4 \xrightarrow{t^\circ} NaHSO_4 + HNO_3 \uparrow}$$

Sản phẩm ngưng tụ thu được là dung dịch nitric acid bốc khói với nồng độ xấp xỉ $68\%$. Đặc biệt, dung dịch này thường mang màu vàng đặc trưng. Nguyên nhân là do ở nhiệt độ cao, một phần $\mathrm{HNO_3}$ đã bị phân hủy tạo ra khí nitrogen dioxide ($\mathrm{NO_2}$) và hòa tan trở lại vào dung dịch:

$$\mathrm{4HNO_3 \xrightarrow{t^\circ} 4NO_2 \uparrow + O_2 \uparrow + 2H_2O}$$

Bên cạnh việc phân tích quá trình điều chế, bài viết cũng sẽ đi sâu vào khảo sát tính oxi hóa cực mạnh của sản phẩm thông qua phản ứng đặc trưng với kim loại copper ($\mathrm{Cu}$). Khi cho đồng tiếp xúc với dung dịch $\mathrm{HNO_3}$ vừa thu được (và xúc tác thêm bằng cách pha loãng nhẹ), phản ứng diễn ra mãnh liệt, dung dịch chuyển xanh đồng thời giải phóng khí $\mathrm{NO_2}$ màu nâu đỏ. Đây là minh chứng trực quan và rõ nét nhất cho hoạt tính của chất:

$$\mathrm{Cu + 4HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 \uparrow + 2H_2O}$$

Mời các bạn cùng theo dõi chi tiết các bước lắp ráp thiết bị, tiến hành thực nghiệm và giải thích hiện tượng qua bài viết dưới đây để củng cố thêm góc nhìn thực tiễn về bài học.

https://youtu.be/iRBUR6UWooM