Trả lời nhanh
NH4Cl ra N2 khi đun nóng dung dịch NH4Cl với NaNO2: NaNO2 + NH4Cl → NaCl + N2↑ + 2H2O (t°). Đây là phản ứng oxi hoá – khử: N+3 trong NaNO2 nhận 3 electron, N−3 trong NH4Cl nhường 3 electron, cả hai cùng tạo N2. Phản ứng dùng để điều chế khí nitrogen trong phòng thí nghiệm.
Phương trình hoá học
NaNO2 + NH4Cl → NaCl + N2↑ + 2H2O (điều kiện: đun nóng)
- Chất phản ứng: natri nitrit (NaNO2) và amoni clorua (NH4Cl), thường dùng dạng dung dịch đậm đặc.
- Sản phẩm: natri clorua, khí nitrogen và nước.
- Hiện tượng: khi đun nóng, có bọt khí không màu, không mùi thoát ra. Đó là khí N2.
- Loại phản ứng: oxi hoá – khử, đồng thời là phản ứng “đồng chuyển hoá” (hai số oxi hoá khác nhau của nitrogen cùng về 0).
Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron
Bước 1: xác định số oxi hoá. Trong NaNO2, N có số oxi hoá +3. Trong NH4Cl (ion NH4+), N có số oxi hoá −3. Trong N2, N có số oxi hoá 0.
Bước 2: viết quá trình cho – nhận electron.
- Chất oxi hoá: N+3 + 3e → N0
- Chất khử: N−3 → N0 + 3e
Bước 3: số electron nhường = số electron nhận (đều bằng 3) nên hệ số của NaNO2 và NH4Cl đều là 1. Hai nguyên tử N tạo thành 1 phân tử N2.
Bước 4: cân bằng các nguyên tố còn lại. Na và Cl đã cân bằng. Vế trái có 4 H, nên vế phải cần 2H2O. Kiểm tra O: vế trái 2, vế phải 2 → đúng.
| Nguyên tố | Vế trái | Vế phải |
|---|---|---|
| Na | 1 | 1 |
| N | 2 | 2 |
| H | 4 | 4 |
| O | 2 | 2 |
| Cl | 1 | 1 |
Phương trình ion thu gọn: NO2− + NH4+ → N2 + 2H2O. Ion Na+ và Cl− chỉ là ion “khán giả”.
Vì sao phản ứng này tạo ra N2?
Thực chất, khi trộn hai muối trong dung dịch sẽ có sự trao đổi ion tạo NH4NO2 (amoni nitrit). Muối này kém bền, bị nhiệt phân ngay: NH4NO2 → N2 + 2H2O. Vì vậy ta thấy kết quả cuối cùng là NH4Cl “ra” N2.
Lý do dùng NaNO2 và NH4Cl thay vì NH4NO2 tinh khiết: hai muối này bền, rẻ, dễ bảo quản, còn NH4NO2 khan dễ phân huỷ và có thể gây nguy hiểm.
Cách điều chế N2 trong phòng thí nghiệm
- Cho dung dịch NaNO2 bão hoà và dung dịch NH4Cl bão hoà vào bình cầu.
- Đun nóng nhẹ; khí thoát ra theo ống dẫn.
- Thu khí bằng cách đẩy nước (N2 ít tan trong nước, nhẹ hơn một chút so với không khí nên không thu bằng đẩy không khí để tránh lẫn).
Lưu ý an toàn: NaNO2 độc, không để dính tay, không đun quá mạnh khiến phản ứng xảy ra dồn dập. Thí nghiệm cần thực hiện dưới sự hướng dẫn của giáo viên.
Phân biệt với các phản ứng khác của NH4Cl
Không phải cứ đun NH4Cl là ra N2. Học sinh hay nhầm các trường hợp sau:
| Tác nhân | Sản phẩm | Ghi chú |
|---|---|---|
| Nhiệt phân NH4Cl | NH3 + HCl | NH4Cl → NH3 + HCl (t°), phản ứng thuận nghịch, không phải oxi hoá – khử |
| NH4Cl + NaOH | NaCl + NH3 + H2O | Khí mùi khai, dùng nhận biết ion NH4+ |
| NH4Cl + NaNO2 | NaCl + N2 + 2H2O | Cần đun nóng, tạo khí không mùi |
| NH3 dư + Cl2 | N2 + NH4Cl | 8NH3 + 3Cl2 → N2 + 6NH4Cl, có khói trắng |
Mẹo nhớ: muốn có N2 thì cần một chất chứa N ở mức oxi hoá âm (−3) gặp một chất chứa N ở mức oxi hoá dương (+3). “Âm gặp dương, cùng về không.”
Lỗi sai thường gặp
- Quên điều kiện đun nóng, hoặc viết sản phẩm là NH3 do nhầm với phản ứng với kiềm.
- Viết H2O với hệ số 1 (không cân bằng H và O).
- Coi NaCl là chất kết tủa. NaCl tan trong dung dịch, nên không có kết tủa.
- Thu khí N2 bằng phương pháp đẩy không khí: N2 (M = 28) gần bằng không khí (M ≈ 29) nên khó thu tinh khiết.
Bài tập luyện tập
Bài 1. Đun nóng dung dịch chứa 0,1 mol NH4Cl với lượng dư NaNO2. Tính thể tích N2 thu được (đktc), coi hiệu suất 100%.
Đáp án: n(N2) = n(NH4Cl) = 0,1 mol → V = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít.
Bài 2. Nhiệt phân hoàn toàn hỗn hợp phản ứng từ 6,9 gam NaNO2 (M = 69) với NH4Cl dư, hiệu suất 80%. Tính thể tích N2 (đktc).
Đáp án: n(NaNO2) = 6,9 : 69 = 0,1 mol → n(N2) lí thuyết = 0,1 mol. Thực tế: 0,1 × 0,8 = 0,08 mol → V = 0,08 × 22,4 = 1,792 lít.
Bài 3. Trong phản ứng NaNO2 + NH4Cl, chất nào là chất khử, chất nào là chất oxi hoá?
Đáp án: NH4Cl (N−3 tăng lên 0) là chất khử; NaNO2 (N+3 giảm xuống 0) là chất oxi hoá.
Câu hỏi thường gặp
NH4Cl ra N2 trong trường hợp nào?
Khi đun nóng NH4Cl với NaNO2 (thường dùng dung dịch bão hoà): NaNO2 + NH4Cl → NaCl + N2 + 2H2O. Nhiệt phân NH4Cl đơn độc chỉ cho NH3 và HCl.
Phản ứng NaNO2 + NH4Cl có phải phản ứng oxi hoá – khử không?
Có. N trong NaNO2 giảm từ +3 xuống 0 (chất oxi hoá), N trong NH4Cl tăng từ −3 lên 0 (chất khử).
Hiện tượng của phản ứng NaNO2 + NH4Cl là gì?
Khi đun nóng, dung dịch sủi bọt khí không màu, không mùi, đó là khí N2. Dung dịch thu được chứa NaCl tan.
Vì sao không thu khí N2 bằng cách đẩy không khí?
Vì N2 có khối lượng mol 28, gần bằng không khí (khoảng 29), nên khí dễ lẫn với không khí. Người ta thu bằng cách đẩy nước vì N2 rất ít tan.