Trả lời nhanh
Đồng(II) nitrat bị nhiệt phân thành đồng(II) oxit, khí nitơ đioxit và khí oxi: 2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2↑ + O2↑ (điều kiện: nhiệt độ cao). Cu đứng trong khoảng từ Mg đến Cu của dãy hoạt động nên muối nitrat của nó cho oxit kim loại, NO2 và O2.
Phương trình nhiệt phân Cu(NO3)2
Phương trình đã cân bằng:
2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2↑ + O2↑ (t°)
Kiểm tra cân bằng: vế trái có 2 Cu, 4 N, 12 O; vế phải có 2 Cu, 4 N và số O là 2 + 8 + 2 = 12. Vậy phương trình đúng.
- Điều kiện: đun nóng mạnh (khoảng vài trăm độ C).
- Loại phản ứng: phân huỷ, đồng thời là phản ứng oxi hoá – khử (N+5 bị khử thành N+4, O-2 bị oxi hoá thành O2).
Hiện tượng quan sát được
- Tinh thể (hoặc dung dịch cô cạn) màu xanh lam của đồng(II) nitrat dần chuyển thành chất rắn màu đen là CuO.
- Có khí màu nâu đỏ thoát ra (NO2, độc, mùi hắc).
- Que đóm còn tàn đỏ có thể bùng cháy nếu đưa vào miệng ống, do có O2 (khí NO2 cũng hỗ trợ cháy nên hiện tượng này không dùng để kết luận riêng cho O2).
Lưu ý an toàn: làm trong tủ hút, vì NO2 gây hại đường hô hấp.
Vì sao ra CuO mà không ra Cu hay Cu(NO2)2?
Muối nitrat càng của kim loại kém hoạt động thì càng dễ bị phân huỷ sâu. Có ba trường hợp cần nhớ:
| Nhóm kim loại | Sản phẩm nhiệt phân | Ví dụ |
|---|---|---|
| Từ K đến Na (trước Mg) | Muối nitrit + O2 | 2KNO3 → 2KNO2 + O2 |
| Từ Mg đến Cu | Oxit kim loại + NO2 + O2 | 2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2 + O2 |
| Sau Cu (Ag, Hg, Au…) | Kim loại + NO2 + O2 | 2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2 |
Cu nằm ở cuối nhóm giữa nên sản phẩm là oxit CuO. Cùng nhóm này còn có Mg(NO3)2, Zn(NO3)2, Fe(NO3)2, Al(NO3)3… Riêng muối sắt(II) và sắt(III) cho Fe2O3.
Mẹo nhớ: “Trước Mg thành nitrit, giữa thành oxit, sau Cu thành kim loại”. Hai nhóm sau luôn có NO2 và O2.
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là Cu + NO2 + O2 (nhầm với AgNO3).
- Viết Cu(NO2)2 + O2 (nhầm với nhóm KNO3, NaNO3).
- Quên hệ số 4 của NO2 hoặc cân bằng O sai. Nên cân bằng N trước (4 N → 4NO2), rồi cân bằng O sau cùng.
- Ghi sản phẩm khí là NO thay vì NO2.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Nhiệt phân hoàn toàn 18,8 g Cu(NO3)2. Tính khối lượng chất rắn thu được và thể tích khí (đktc).
Giải: n(Cu(NO3)2) = 18,8 : 188 = 0,1 mol. Theo phương trình: n(CuO) = 0,1 mol, m = 0,1 × 80 = 8 g; n(NO2) = 0,2 mol; n(O2) = 0,05 mol. Tổng khí 0,25 mol, V = 0,25 × 22,4 = 5,6 lít. Kiểm tra bảo toàn khối lượng: 8 + 0,2×46 + 0,05×32 = 8 + 9,2 + 1,6 = 18,8 g. Đúng.
Bài 2. Nung 37,6 g Cu(NO3)2 một thời gian thì khối lượng chất rắn giảm 10,8 g. Tính hiệu suất phân huỷ.
Giải: Cứ 2 mol Cu(NO3)2 phân huỷ, khối lượng giảm bằng khối lượng khí = 4×46 + 32 = 216 g. Khối lượng giảm 10,8 g ứng với 10,8 : 216 = 0,05 lần như vậy, tức 0,1 mol Cu(NO3)2 đã phân huỷ. Ban đầu có 37,6 : 188 = 0,2 mol. Hiệu suất = 0,1 : 0,2 = 50%.
Bài 3. Dẫn toàn bộ khí sinh ra ở Bài 1 vào nước dư. Có khí nào thoát ra không? Tính khối lượng HNO3 tạo thành.
Giải: Hỗn hợp có NO2 : O2 = 4 : 1, đúng tỉ lệ của phản ứng 4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3. Vì vậy khí bị hấp thụ hết, không có khí thoát ra. n(HNO3) = n(NO2) = 0,2 mol, m = 0,2 × 63 = 12,6 g.
Ghi nhớ nhanh
- Cu(NO3)2 nhiệt phân → CuO (đen) + NO2 (nâu đỏ) + O2.
- Tỉ lệ mol Cu(NO3)2 : CuO : NO2 : O2 = 2 : 2 : 4 : 1.
- Khối lượng chất rắn giảm chính là khối lượng khí NO2 và O2 bay ra.
Câu hỏi thường gặp
Cu(NO3)2 nhiệt phân tạo ra những chất nào?
Tạo ra CuO (chất rắn màu đen), khí NO2 màu nâu đỏ và khí O2 theo phương trình 2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2 + O2 khi đun nóng.
Vì sao nhiệt phân Cu(NO3)2 không tạo ra kim loại Cu?
Chỉ muối nitrat của kim loại đứng sau Cu trong dãy hoạt động (như Ag, Hg) mới bị phân huỷ thành kim loại. Cu thuộc nhóm từ Mg đến Cu nên tạo oxit CuO.
Hỗn hợp khí sau nhiệt phân Cu(NO3)2 có tỉ lệ mol thế nào?
NO2 : O2 = 4 : 1. Tỉ lệ này đúng bằng tỉ lệ phản ứng với nước tạo HNO3 nên hỗn hợp bị hấp thụ hoàn toàn trong nước dư.
Hiện tượng nhận biết phản ứng nhiệt phân Cu(NO3)2 là gì?
Chất rắn màu xanh lam chuyển dần sang màu đen và có khí màu nâu đỏ thoát ra, mùi hắc.