Trả lời nhanh
Phương trình nhiệt phân đồng(II) nitrat: 2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2↑ + O2↑ (đun nóng). Cu đứng giữa Mg và Cu trong dãy hoạt động hoá học nên muối nitrat của nó bị nhiệt phân thành oxit kim loại, khí NO2 màu nâu đỏ và khí O2. Chất rắn xanh lam chuyển dần sang màu đen của CuO.
Phương trình nhiệt phân Cu(NO3)2
2Cu(NO3)2 —t°→ 2CuO + 4NO2↑ + O2↑
- Chất tham gia: đồng(II) nitrat Cu(NO3)2.
- Sản phẩm: đồng(II) oxit CuO (rắn, đen), nitơ đioxit NO2 (khí, nâu đỏ), oxi O2 (khí, không màu).
- Điều kiện: đun nóng (nhiệt độ cao).
- Loại phản ứng: phản ứng phân huỷ, đồng thời là phản ứng oxi hoá – khử.
Kiểm tra cân bằng
| Nguyên tố | Vế trái (2Cu(NO3)2) | Vế phải (2CuO + 4NO2 + O2) |
|---|---|---|
| Cu | 2 | 2 |
| N | 2 × 2 = 4 | 4 |
| O | 2 × 6 = 12 | 2 + 8 + 2 = 12 |
Vì sao có phản ứng oxi hoá – khử?
Trong ion NO3–, nitơ có số oxi hoá +5. Sau phản ứng, trong NO2 nitơ có số oxi hoá +4, nên N+5 bị khử. Một phần oxi trong gốc nitrat (số oxi hoá –2) bị oxi hoá lên 0 để tạo O2. Cu vẫn giữ số oxi hoá +2 trước và sau phản ứng.
- Quá trình khử: N+5 + 1e → N+4
- Quá trình oxi hoá: 2O2– → O2 + 4e
Vì vậy cứ 4 nguyên tử N nhận 4e thì tạo 1 phân tử O2 nhường 4e: đó là lý do tỉ lệ NO2 : O2 = 4 : 1.
Hiện tượng quan sát được
- Tinh thể màu xanh lam của muối dần chuyển sang chất rắn màu đen (CuO).
- Có khí màu nâu đỏ thoát ra (NO2), mùi hắc và độc.
- Que đóm còn tàn đỏ đưa vào miệng ống nghiệm có thể bùng cháy do có O2.
Lưu ý: muối thường gặp trong phòng thí nghiệm là Cu(NO3)2·3H2O. Khi đun, muối ngậm nước mất nước và có thể chảy rữa trước, rồi mới bị phân huỷ. Thí nghiệm cần làm trong tủ hút vì NO2 độc.
Quy tắc nhiệt phân muối nitrat
| Kim loại trong muối | Sản phẩm nhiệt phân | Ví dụ |
|---|---|---|
| Trước Mg (K, Na, Ca, Ba…) | Muối nitrit + O2 | 2KNO3 → 2KNO2 + O2 |
| Từ Mg đến Cu (Mg, Al, Zn, Fe, Pb, Cu…) | Oxit kim loại + NO2 + O2 | 2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2 + O2 |
| Sau Cu (Ag, Au, Hg…) | Kim loại + NO2 + O2 | 2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2 |
Mẹo nhớ: kim loại càng mạnh thì giữ oxi càng chặt, sản phẩm càng “nhẹ” (chỉ mất một ít O2); kim loại càng yếu thì muối càng bị phá vỡ hoàn toàn đến kim loại.
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là Cu + NO2 + O2 (nhầm với muối của Ag) – Cu là kim loại đứng ở nhóm “oxit”.
- Viết sản phẩm là Cu(NO2)2 + O2 – chỉ đúng với muối của kim loại kiềm, kiềm thổ.
- Cân bằng sai hệ số: quên nhân đôi Cu(NO3)2 nên O không cân bằng.
- Quên mũi tên ↑ cho khí hoặc quên điều kiện nhiệt độ.
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 hỗn hợp khí (đktc). (M của Cu(NO3)2 = 188 g/mol.)
Giải: n = 18,8 : 188 = 0,1 mol. Theo phương trình: nCuO = 0,1 mol → m = 0,1 × 80 = 8 g. nNO2 = 0,2 mol; nO2 = 0,05 mol, tổng khí 0,25 mol → V = 0,25 × 22,4 = 5,6 lít. Kiểm tra: m khí = 0,2 × 46 + 0,05 × 32 = 10,8 g; 8 + 10,8 = 18,8 g ✓.
Bài 2. Nhiệt phân hoàn toàn m gam Cu(NO3)2, khối lượng chất rắn giảm 5,4 g. Tìm m.
Giải: Khối lượng giảm chính là khối lượng khí bay ra. Cứ 2 mol Cu(NO3)2 (376 g) tạo 4 mol NO2 và 1 mol O2, khối lượng khí = 184 + 32 = 216 g. Vậy m = 376 × 5,4 : 216 = 9,4 g (tức 0,05 mol).
Bài 3. Toàn bộ khí từ 0,1 mol Cu(NO3)2 bị nhiệt phân được hấp thụ vào nước dư. Có khí nào còn dư không? Thu được bao nhiêu mol HNO3?
Giải: Khí gồm 0,2 mol NO2 và 0,05 mol O2 (tỉ lệ 4 : 1). Phản ứng: 4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3. Đúng tỉ lệ nên không còn khí dư; nHNO3 = 0,2 mol.
Để học tiếp, hãy so sánh với nhiệt phân các muối nitrat khác (KNO3, AgNO3, Fe(NO3)2) theo bảng quy tắc ở trên để thấy sự khác nhau về sản phẩm.
Câu hỏi thường gặp
Nhiệt phân Cu(NO3)2 thu được sản phẩm gì?
Thu được đồng(II) oxit CuO màu đen, khí NO2 màu nâu đỏ và khí O2: 2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2 + O2 (đun nóng).
Vì sao nhiệt phân Cu(NO3)2 không tạo ra Cu hay Cu(NO2)2?
Cu đứng giữa Mg và Cu trong dãy hoạt động hoá học nên muối nitrat nhiệt phân thành oxit kim loại. Muối nitrit chỉ tạo ra với kim loại đứng trước Mg, còn kim loại tự do chỉ tạo ra với kim loại đứng sau Cu như Ag, Hg.
Tỉ lệ mol NO2 và O2 khi nhiệt phân Cu(NO3)2 là bao nhiêu?
Tỉ lệ n(NO2) : n(O2) = 4 : 1, nên hỗn hợp khí này hấp thụ hoàn toàn vào nước tạo HNO3 theo phản ứng 4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3.
Khi nhiệt phân 1 mol Cu(NO3)2 thì khối lượng chất rắn giảm bao nhiêu?
Giảm 108 g, tương ứng khối lượng khí thoát ra gồm 2 mol NO2 (92 g) và 0,5 mol O2 (16 g). Chất rắn còn lại là 1 mol CuO nặng 80 g.