- Rót 20ml dung dịch H2SO3 đậm đặc vào bình thuỷ tinh.
1. Điều chế NO
Cho vào ống nghiệm vài mẩu vụn đồng, axit nitric hơi loãng (pha 1 thể tích nước vào 1 thể tích axit). Đậy ống nghiệm bằng nút có ống dẫn khí xuyên qua, đầu ống dẫn này được nhúng vào một cốc nước. Đun nhẹ ống nghiệm. Khí nitơ oxit lúc đầu có lẫn cả nitơ peoxit (vì oxi của không khí ở trong bình đã oxi hoá NO thành NO2). Do đó chờ 1 - 2 phút cho không khí bị đẩy ra hết rồi mới úp ngược ống nghiệm. Cách thu qua nước như vậy sẽ làm cho nitơ oxit không bị lẫn nitơ peoxit, độ tan của NO 4,7ml/100g nước ở 200C. Khi ống nghiệm đầy khí NO thì phải đậy nút kín.
2. Tính chất dễ bị ôxi hoá của NO
Thu sẵn nitơ oxit vào đầy ống nghiệm, mở nút đậy ống nghiệm. Màu nâu của nitơ peôxit dần xuất hiện từ phía trên ống do NO bị oxi hoá.
Thí nghiệm 11: Điều chế nitơ peoxit NO2
Hoá chất: axit HNO3 đặc, đồng vụn.
Dụng cụ: Ống nghiệm, bình eclen, nút, ống dẫn. Cách tiến hành:
Dùng các dụng cụ như điều chế nitơ oxit. Ở đây phải dùng axit nitric đậm đặc đổ vào ống nghiệm (hay bình cầu) đựng vụn đồng. Phản ứng xảy ra, không cần đun nóng, khí nitơ peoxit màu nâu bay ra khá nhanh. Không thu khí NO2 qua nước mà cho ngay đầu ống dẫn khí vào đáy bình khô để khí NO2 đẩy không khí ra khỏi bình (để khí NO2 không tác dụng với H2Osinh ra HNO3 và NO).
Thí nghiệm 12: Điều chế axit nitric
Hoá chất: KNO3 tinh thể, H2SO4 đặc.
Dụng cụ: Ống nghiệm chữ nhân (2 nhánh), giá sắt, đèn cồn, cốc đựng nước đá lạnh.
Cách tiến hành:
Việc điều chế và thu axit từ muối nitrat và axit sunfuric được tiến hành nhanh, an toàn và đơn giản trong "ống nghiệm chữ nhân" (2 nhánh). Cho vào nhánh thứ nhất của ống nghiệm này khoảng một thìa nhỏ muối nitrat (KNO3 hoặc NH4NO3) và rót vào đó lượng axit sunfuric đậm đặc vừa đủ thấm ướt muối nitrat. Đậy miệng ống
nghiệm bằng bông thuỷ tinh (hoặc bông). Nhúng nhánh thứ hai của "ống nghiệm 2 nhánh" vào cốc nước (hình 2.4.7). Sau đó dùng đèn cồn đun nóng nhẹ và từ từ nhánh ống nghiệm có đựng hoá chất, sẽ thu được 1-2ml axit HNO3 đậm đặc. Có thể dùng axit HNO3 mới thu được này để làm các thí nghiệm về tính chất của nó ngay trong ống nghiệm hai nhánh này. Thí dụ: tác dụng của HNO3 với cacbon và đồng kim loại.
Thí nghiệm 13: Điều chế axit nitric từ amôniac
Hoá chất: KMnO4, NH4Cl, vôi sống, Cr2O3, dd NH3 đặc
Dụng cụ: Ống nghiệm, ống thuỷ tinh hình trụ, bình cầu, lọ thuỷ tinh, dây bếp điện, quả bóng cao su, giá sắt, biến trở (hoặc bếp điện), muỗng sắt.
Cách tiến hành:
Cách 1: Cho vào ống nghiệm một ít tinh thể thuốc tím (hoặc hỗn hợp kali clorat và MnO2) thành lớp dày độ 1cm rồi đến một lớp hỗn hợp amôni clorua và vôi sống (đã tán vụn và trộn kỹ với nhau từ trước) dầy độ 1cm. Tiếp đó đến một lớp bông amiăng dầy hơn (có thể thay bằng bông thuỷ tinh thật sạch) rồi một lớp
KNO3 (tt) H2SO4 (đ) bông tẩm xút HNO3 đồng dây
Hình 2.4.7. Điều chế axit nitric
Hình 2.4.8. Điều chế axit nitric từ
85
crôm oxit (mới điều chế từ amôni bicrômat (NH4)2Cr2O7) làm xúc tác. Nên cho thêm vài sợi dây đồng mảnh vào lớp xúc tác. Cuối cùng là một lớp bông amiăng (hoặc bông thuỷ tinh) để giữ cho chất xúc tác không bị tản ra (hình 2.4.8). Tất cả các chất nói trên cho đến khoảng 2/3 thể tích ống nghiệm và không nên nén chặt vì cần để cho dòng khí oxi, amôniăc đi qua được dễ dàng. Đậy ống nghiệm này bằng nút có ống dẫn khí tới một ống nghiệm đựng 1-2ml quỳ tím. Cặp ống nghiệm nằm ngang trên giá sắt.
Khi bắt đầu thí nghiệm, dùng đèn cồn đốt nóng mạnh chất xúc tác trong khoảng vài phút, rồi dùng một đèn cồn thứ hai đun nóng thuốc tím (hoặc hỗn hợp KClO3 và MnO2). Không trực tiếp đun nóng hỗn hợp amôni clorua và vôi sống vì nhiệt ở hai đèn cồn đủ để làm bay hơi amôniac từ hỗn hợp này. Hỗn hợp amôniac và oxi sẽ đi qua xúc tác. Nếu chất xúc tác đủ nóng và đủ oxi thì amôniac sẽ bị oxi hóa mạnh, chất xúc tác nóng đỏ lên, axít nitric được tạo thành sẽ làm đổi màu dung dịch ở ống nghiệm thu.
Nếu lấy amôni clorua, vôi sống quá nhiều và đun nóng hỗn hợp đó thì amôniac bay ra nhiều không kịp bị oxi hoá hết, sẽ làm màu dung dịch chuyển thành xanh. Đối với thí nghiệm này nếu thực hiện
đúng như hướng dẫn trên thì chỉ sau 2 phút là có thể thấy kết quả rõ rệt.
Cách 2: Có thể dùng thí nghiệm sau đây để thấy rõ quá trình oxi hóa amôniac thành nitơ oxit và thấy đồng thời quá trình tác dụng của axit nitric mới tạo thành với amôniac. Lấy một bình cầu lớn cỡ 1 đến 2 lít và chuẩn bị nút có 3 muỗng sắt xuyên qua (hình 2.4.9). Rót khoảng 5ml dung dịch
amôniac đặc vào bình, lắc để láng thành bình bằng dung dịch đó và tạo thành trong bình hỗn hợp khí amôniac và không khí. Cho crôm oxit Cr2O3 mới điều chế vào đầy 3 muỗng sắt rồi đưa các muỗng sắt đó vào bình cầu, sẽ thấy crôm oxit bị nóng đỏ lên do quá trình bị oxi hóa của amôniac toả ra nhiều nhiệt. Lắc nhẹ cho
oxit crôm rơi dần dần xuống đáy bình, trong khi chúng tiếp tục nóng đỏ lên. Sẽ thấy khói trắng đầy bình, do những hạt amôni nitrat tạo thành và axit nitric mới tạo ra tác dụng với amôniac còn dư.
Cách 3: Có thể dùng điện để đun nóng chất xúc tác cho quá trình oxi hóa amôniac thành nitơ oxit NO, nhờ đó thấy rõ nitơ peôxit được tạo thành. Lắp dụng cụ như hình 3.4.10. Lấy một ống thuỷ tinh chịu nóng đường kính 2,5 - 3cm, dài 35- 40cm. Chuẩn bị 2 cái nút cao su lắp vừa hai đầu ống. Ở mỗi nút có một ống thuỷ tinh nhỏ và một đoạn dây đồng xuyên qua. Nối hai đoạn dây đồng này với nhau bằng một đoạn dây bếp điện. Sau khi đã nối dây bếp điện với hai đoạn dây đồng và đậy nút thử, tháo nhẹ một nút và căng nhẹ dây bếp điện rồi cho chất xúc tác vào đầy ống thuỷ tinh. Cần chú ý theo dõi để dây bếp điện luôn ở tâm của ống và không chạm vào thành thuỷ tinh. Chất xúc tác có thể là crôm oxit Cr2O3 mới điều chế (hoặc sắt oxit Fe2O3 có trộn 3% bítmút oxit Bi2O3). Sau đó nối một ống dẫn khí với bình đựng dung dịch 10-12% amôniac, ống thứ hai với bình cầu khô (như hình 2.4.10).
Hình 2.4.10. Điều chế NO2 từ NH3
Khi biểu diễn thí nghiệm, nối dây bếp điện với nguồn điện đèn qua một máy biến trở hoặc bếp điện. Sau vài phút khi chất xúc tác đã nóng đỏ, dùng quả bóp cao su đẩy không khí hoặc dùng khí kế đẩy oxi đi qua bình đựng dung dịch amôniac. Phản ứng oxi hoá amôniac xảy ra khá mãnh liệt. Sẽ thấy có nitơ peoxit màu nâu ở bình cầu thu (do NO tạo thành bị ôxihoá). Nếu bình cầu ướt
Bình thu NO Bình thu NOBình thu NO Bình thu NO2222 Xúc tác Xúc tác Xúc tác Xúc tác Khôn Khôn Khôn Không khíg khíg khíg khí dd NH dd NH dd NH dd NH3333
87
và dùng quả bóp cao su bơm quá lâu làm cho lượng amôniac dư nhiều thì sẽ không thấy NO2 mà thấy khói trắng (những hạt amôni nitrat) trong bình thu.
Cần theo dõi để dây bếp điện không tiếp xúc với thành ống thuỷ tinh làm vỡ ống.
Thí nghiệm 14: Tính chất ôxi hoá mạnh của axit nitric
Hoá chất: HNO3 đặc, đồng mảnh, than gỗ, dầu thông, H2SO4 đặc, paraphin. Dụng cụ: ống nghiệm hai nhánh, cặp gỗ, giá sắt, đèn cồn.
Cách tiến hành:
1. Axit nitric tác dụng với đồng (một kim loại kém hoạt động)
Dùng ống nghiệm có hai nhánh (ống nghiệm chữ nhân) và axit HNO3 đã điều chế được như ở hình 2.4.7, thí nghiệm 12. Cho vài mẩu đồng vụn vào nhánh chứa HNO3 . Sau đó nút bông tẩm dung dịch NaOH đặc đậy kín ống nghiệm để hạn chế lượng NO2 bay ra phòng. Không nên dùng nhiều đồng và axit vì sẽ có nhiều khí NO2 bay ra, rất độc. Nếu so sánh, ta thấy phản ứng này mạnh hơn phản ứng của axit sunfuric đặc với đồng.
Có thể làm thí nghiệm này đơn giản hơn như sau:
Lấy miếng đồng nhỏ (chừng 4cm2) sơn bằng vecni (hay phủ bằng parafin). Viết chữ hay vẽ trên tấm đồng bằng dùi nhọn (tức là cạo lớp vecni hay parafin bảo vệ). Nhỏ dung dịch HNO3 loãng 1:1 trên các nét viết. Sau một lúc rửa sạch tấm đồng, cạo lớp vecni còn lại. Trên tấm đồng đã khắc rõ các chữ đã viết.
2. Axit nitric tác dụng với cacbon
Đổ 1-2 ml axit nitric đặc vào ống nghiệm được giữ thẳng đứng trên giá sắt. Dùng đèn đun sôi lăn tăn axit rồi bỏ ngay vào đó một que đóm còn than hồng. Que đóm sẽ cháy sáng trong axit nitric và có rất nhiều khí NO2 bay ra. Khi kết quả đã rõ thì đậy ống nghiệm bằng nút bông có tẩm dung dịch đặc NaOH hoặc đưa vào tủ hốt.
3. Dùng ống nghiệm hai nhánh để làm đồng thời 3 thí nghiệm ( điều chế axit
Có thể dùng ngay lượng axit nitric vừa điều chế được trong ống nghiệm hai nhánh (như ở thí nghiệm 12 điều chế HNO3 ở trên) cho tác dụng với than hồng (hoặc que đóm còn than hồng). Sau đó dùng quả bóp cao su để hút hết khí nitơ peoxit vừa sinh ra ở nhánh ống nghiệm đựng axit nitric (sau đó hoà tan khí NO2 đã thu được trong quả bóp vào cốc
nước). Cũng có thể dùng đũa thuỷ tinh có quấn bông tẩm dung dịch natri hiđrôxit NaOH đặc cho vào nhánh ống nghiệm có nhiều khí NO2 để hút hết NO2. Sau đó tiếp tục làm thí nghiệm với đồng ngay trong nhánh ống nghiệm còn một lượng nhỏ axit nitric.
4. Dầu thông cháy trong axit nitric đậm đặc
Axit nitric dùng ở đây rất đậm đặc mới được điều chế từ kali nitrat và axit sunfuric đậm đặc. Dùng axit nitric HNO3 trong bình đã để hở nút hoặc loại axit đã để lâu ở phòng thí nghiệm thì thí nghiệm này sẽ không có kết qủa.
Rót một hỗn hợp axit nitric đậm đặc và axit sunfuric đậm đặc tỷ lệ bằng nhau về thể tích vào chén sứ đặt trong một cốc thuỷ tinh lớn. Dùng ống nhỏ giọt cho dầu thông (C10H16) vào chén đựng axit (hình 2.4.11). Dầu thông sẽ bốc cháy và có nhiều khí nitơ peôxit toả ra.
Khi tiến hành thí nghiệm cần phải theo các biện pháp bảo hiểm sau đây: - Nhất thiết phải dùng nắp đậy cốc vì đôi khi ngọn lửa rất lớn, vì axit bắn tung toé có thể làm bỏng người. Nắp đậy có một lỗ con để nhỏ dầu thông vào chén.
- Không được nghiêng người hoặc cúi gần phía miệng cốc.
- Cần có biện pháp hạn chế khí NO2 bay ra phòng (như ở thí nghiệm trên).
5. Một số kim loại trở thành thụđộng khi tác dụng với HNO3đậm đặc
Lấy 2 ống nghiệm - một ống chứa 2ml HNO3 đậm đặc bốc khói, ống thứ hai đựng 2ml HNO3 có pha nước (1:1)
Hình 2.4.11. Axit nitric
89
Thả 2 đinh sắt đã lau sạch mỡ vào 2 ống nghiệm đó. Tại ống thứ nhất không có phản ứng gì xảy ra, tại ống thứ 2 phản ứng xảy ra lúc đầu chậm sau đó mạnh dần lên và có khí màu nâu bay ra (NO2).
Sau đó ta cũng cho thêm 2ml H2O vào ống nghiệm 1 phản ứng cũng không thấy xảy ra, dù HNO3 đã được pha loãng như tại ống nghiệm 2. Điều đó chứng tỏ HNO3 đậm đặc đã tạo cho sắt tính thụ động - đinh sắt này sẽ không bị tác dụng với HNO3 loãng nữa. Tính thụ động này sẽ mất ngay nếu cho một sợi dây đồng chạm tới đinh sắt nằm trong dung dịch HNO3. Đinh sắt sẽ vẫn tác dụng với dung dịch HNO3 dù rằng ta đã bỏ sợi dây đồng ra khỏi dung dịch.
Thí nghiệm 15: Tính chất oxi hóa mạnh của muối nitrat
Hoá chất: KNO3 tinh thể, than củi, lưu huỳnh bột Dụng cụ: ống nghiệm, đèn cồn, giá sắt, thìa nhựa, kẹp sắt. Cách tiến hành:
1. Muối nitrat tác dụng với cacbon
Cho một ít kali nitrat (độ 1cm3) vào ống nghiệm. Đun chảy muối đó, đồng
thời đốt nóng đỏ một mẩu than gỗ. Khi kali nitrat đã nóng chảy hết và mẩu than đã cháy đỏ thì bỏ ngay mẩu than đó vào đáy ống nghiệm, than sẽ cháy sáng. Nếu khi cháy mẩu than bị bắn lên dính vào thành ống nghiệm thì dùng đũa thuỷ tinh đẩy xuống hoặc bỏ thêm một mẩu than hồng khác.
2. Nitrat tác dụng với cacbon và lưu huỳnh
Thí nghiệm này còn giúp nêu lên quá trình hoá học xảy ra khi thuốc nổ đen cháy.
Tiến hành thí nghiệm giống như thí nghiệm kali nitrat tác dụng với cacbon ở trên. Sau khi cho mẩu than nóng đỏ vào ống nghiệm và nó đã cháy mạnh thì dùng thìa cho ngay vào đó một ít bột lưu huỳnh (bằng lượng kali nitrat). Hỗn hợp sẽ cháy rất mạnh, ống nghiệm bị nóng đỏ và có thể bị chảy dài ra nếu dùng nhiều lưu huỳnh và kali nitrat.
Có thể chế hỗn hợp thuốc nổ đen từ kali nitrat, bột than gỗ và bột lưu huỳnh theo tỉ lệ khối lượng như sau: 12 phần kali nitrat, 2 phần than và 1 phần lưu huỳnh bột. Nghiền thật nhỏ riêng từng chất, sấy khô rồi trộn thật đều với nhau. Cho thuốc nổ đen đó vào trong những băng giấy làm thành pháo dây rồi đốt.
Thí nghiệm 16: Cách nhận biết axit nitric và muối nitrat
Hoá chất: HNO3, KNO3, H2SO4, HCl, Cu vụn. Dụng cụ: ống nghiệm, đèn cồn.
Cách tiến hành:
1. Nhận biết HNO3
Dựa vào đặc tính của HNO3 tác dụng với đồng: - HNO3 đậm đặc tác dụng với Cu ở nhiệt độ thường
Cu + 4 HNO3 Cu(NO3)2 +2NO2 + H2O
Nhờ khói mầu nâu NO2 bay ra dung dịch Cu(NO3)2 có mầu xanh ta biết đó là HNO3.
- HNO3 loãng tác dụng với Cu bị đun nóng:
3Cu + 8 HNO3 3Cu(NO3)2 +2NO + 4H2O 2NO + O2 2NO2
2. Nhận biết muối nitrat (dựa vào phương trình ion)
3Cu + 2NO3- + 8H+ 3Cu++ + 2NO + 4H2O
Lấy vụn đồng thả vào 5 ống nghiệm có đựng các chất khác nhau. - Ống 1 chứa dung dịch đậm đặc KNO3
- Ống 2 chứa dung dịch đậm đặc H2SO4 - Ống 3 chứa dung dịch đậm đặc HCl
- Ống 4 chứa dung dịch đậm đặc H2SO4 và vài tinh thể KNO3 - Ống 5 chứa dung dịch đậm đặc HCl và vài tinh thể KNO3
Tại ống nghiệm 4 ta thấy ngay khí màu nâu NO2 bay ra. Tại ống nghiệm 5 phải đun nóng nhẹ sẽ thấy khí màu nâu bay ra. Còn 3 ống nghiệm khác không thấy khí màu nâu.
91
Thí nghiệm 17: Điều chế photpho trắng từ photpho đỏ. Sự phát quang của
photpho trắng
Hoá chất: P đỏ, dd CuSO4
Dụng cụ: Ống nghiệm, ống nghiệm 2 nhánh, nút cao su, ống dẫn thuỷ tinh chữ L, cốc thuỷ tinh đựng nước đá, giá sắt, đèn cồn, đũa thuỷ tinh có cuốn bông.
Cách tiến hành:
Ở nhiều trường học không có sẵn photpho trắng nhưng có photpho đỏ. Do đó các giáo viên hoá học rất cần nắm vững các thí nghiệm dưới đây.
Cách 1: Lắp dụng cụ như hình 2.4.12a. Cho vào đáy nhánh lớn ống nghiệm hai nhánh khô một lượng photpho đỏ bằng hạt đậu. Cho khí cacbonic vào đầy ống nghiệm rồi đậy bằng nút có ống dẫn khí xuyên qua. Ống dẫn này được nhúng vào ống nghiệm đựng dung dịch CuSO4. Sau đó đun nóng mạnh đáy nhánh lớn của ống nghiệm, nơi có đựng photpho đỏ. Lúc đầu có xuất hiện một ít khói trắng do có anhiđrit photphoric P2O5 được tạo thành. Sau đó photpho đỏ sẽ biến thành hơi rồi ngưng tụ lại thành những giọt lỏng mầu trắng tụ cả ở thành phía trong của nhánh nhỏ của ống nghiệm. Đó là phopho trắng. Có thể dùng cốc rộng miệng đựng đầy nước hoặc vải thấm nước để làm lạnh nhánh nhỏ của ống nghiệm có nhánh.
Khi thấy khối P đỏ đã hoá hơi chỉ còn một lớp cặn đen, các giọt photpho trắng đông tụ lại thành các giọt nhỏ ở thành ống nghiệm, cần vừa xoay ống nghiệm vừa đun vào phía thành ngoài của ống nghiệm chỗ có nhiều giọt nhỏ trắng. Cuối cùng các giọt nhỏ sẽ chảy ra rồi tụ vào với nhau thành giọt lớn hơn tập trung