Trả lời nhanh
KNO3 ra O2 khi bị nhiệt phân: 2KNO3 → 2KNO2 + O2↑ (nhiệt độ cao). Sản phẩm gồm kali nitrit (chất rắn) và khí oxi. Muối nitrat của kim loại mạnh (đứng trước Mg) bị mất bớt oxi, nên N+5 trong nitrat bị khử về N+3 trong nitrit, còn O-2 bị oxi hoá thành O2.
Phương trình hoá học
2KNO3 → 2KNO2 + O2↑ (điều kiện: t°, thường trên 400 °C)
Đây là phản ứng phân huỷ, đồng thời là phản ứng oxi hoá – khử. Muốn viết nhanh, bạn chỉ cần nhớ: nitrat của kim loại kiềm → nitrit + O2.
Điều kiện và hiện tượng
- Điều kiện: đun nóng mạnh. Ở nhiệt độ thường, KNO3 bền.
- Hiện tượng: chất rắn màu trắng nóng chảy, sau đó sủi bọt khí. Đưa que đóm còn tàn đỏ vào miệng ống nghiệm, tàn đóm bùng cháy, chứng tỏ khí thoát ra là O2.
- Chất rắn còn lại: KNO2 màu trắng hoặc hơi vàng nhạt, không có khí màu nâu đỏ bay ra (khác với nhiệt phân Cu(NO3)2).
Vì sao KNO3 sinh ra O2?
Trong ion NO3–, nitơ có số oxi hoá +5 (cao nhất) nên có tính oxi hoá. Khi nóng, nitơ nhận electron về +3, còn oxi trong gốc nitrat nhường electron để thành O2.
- Quá trình khử: N+5 + 2e → N+3 (2 nguyên tử N nhận 4e).
- Quá trình oxi hoá: 2O-2 → O20 + 4e.
Số electron nhận bằng số electron nhường (4e), nên hệ số cân bằng là 2 : 2 : 1. Ion K+ không đổi số oxi hoá, chỉ “đứng xem”.
So sánh nhiệt phân các muối nitrat
Sản phẩm phụ thuộc vị trí của kim loại trong dãy hoạt động hoá học:
| Kim loại trong muối | Sản phẩm nhiệt phân | Ví dụ |
|---|---|---|
| Trước Mg (K, Na, Ca, Ba…) | Muối nitrit + O2 | 2NaNO3 → 2NaNO2 + O2 |
| Từ Mg đến Cu | Oxit kim loại + NO2 + O2 | 2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2 + O2 |
| Sau Cu (Ag, Au…) | Kim loại + NO2 + O2 | 2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2 |
Mẹo nhớ: kim loại càng mạnh thì càng “giữ” oxi, muối chỉ mất đúng một nguyên tử O mỗi gốc (thành nitrit). Kim loại càng yếu thì muối càng phân huỷ sâu, ra cả khí NO2 màu nâu đỏ.
Lỗi sai thường gặp
- Viết KNO3 → K2O + NO2 + O2. Sai, vì kali là kim loại kiềm nên sản phẩm là KNO2.
- Quên cân bằng: viết KNO3 → KNO2 + O2 (lệch số O). Phải có hệ số 2 ở cả hai muối.
- Nhầm khí thoát ra là NO2 vì nhớ phản ứng của Cu(NO3)2.
- Quên điều kiện t° khi viết phương trình.
Ứng dụng liên quan
Do giải phóng O2 khi nóng, KNO3 là chất oxi hoá mạnh, có trong thành phần thuốc nổ đen (cùng than và lưu huỳnh) và pháo hoa. Trong phòng thí nghiệm, nó cũng có thể dùng để điều chế lượng nhỏ O2. Khi làm thí nghiệm cần tuân thủ an toàn, không trộn với chất dễ cháy.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Nhiệt phân hoàn toàn 10,1 g KNO3. Tính thể tích O2 (đktc) và khối lượng KNO2 thu được. (M của KNO3 = 101, KNO2 = 85)
Giải: n(KNO3) = 10,1 : 101 = 0,1 mol. Theo phương trình, n(O2) = 0,05 mol, V = 0,05 × 22,4 = 1,12 lít. n(KNO2) = 0,1 mol, m = 0,1 × 85 = 8,5 g. Kiểm tra: 10,1 − 0,05×32 = 8,5 g ✓.
Bài 2. Nhiệt phân 20,2 g KNO3 với hiệu suất 80%. Tính thể tích O2 (đktc) và khối lượng chất rắn sau phản ứng.
Giải: n(KNO3) = 0,2 mol; số mol phản ứng = 0,2 × 80% = 0,16 mol. n(O2) = 0,08 mol, V = 0,08 × 22,4 = 1,792 lít. Khối lượng chất rắn = 20,2 − 0,08 × 32 = 17,64 g (gồm 0,16 mol KNO2 và 0,04 mol KNO3 dư).
Bài 3. Nung KNO3 đến phân huỷ hoàn toàn, khối lượng chất rắn giảm 3,2 g. Tính khối lượng KNO3 ban đầu.
Giải: Khối lượng giảm chính là khối lượng O2 bay ra: n(O2) = 3,2 : 32 = 0,1 mol. n(KNO3) = 0,2 mol, m = 0,2 × 101 = 20,2 g.
Mẹo: với bài “khối lượng chất rắn giảm”, hãy nghĩ ngay đến định luật bảo toàn khối lượng: phần giảm = khối lượng khí thoát ra.
Câu hỏi thường gặp
KNO3 nhiệt phân ra những chất nào?
KNO3 nhiệt phân tạo kali nitrit KNO2 và khí oxi O2 theo phương trình 2KNO3 → 2KNO2 + O2 (t°).
Làm sao nhận biết khí sinh ra khi nhiệt phân KNO3 là O2?
Đưa que đóm còn tàn đỏ vào miệng ống nghiệm, tàn đóm bùng cháy sáng chứng tỏ khí là O2. Không có khí màu nâu đỏ nên đó không phải NO2.
Vì sao nhiệt phân Cu(NO3)2 có khí nâu đỏ còn KNO3 thì không?
Kali là kim loại mạnh nên muối chỉ mất một nguyên tử O để thành nitrit. Đồng đứng giữa Mg và Cu nên muối phân huỷ sâu hơn, tạo CuO, NO2 (nâu đỏ) và O2.
KNO3 có phản ứng với O2 không?
Không. KNO3 đã chứa N ở mức oxi hoá cao nhất (+5), nó là chất sinh ra O2 khi nóng chứ không tác dụng với O2.