Trả lời nhanh
Nhiệt phân nhôm nitrat cho nhôm oxit, khí nitơ đioxit và khí oxi theo phương trình: 4Al(NO3)3 → (t°) 2Al2O3 + 12NO2↑ + 3O2↑. Al đứng giữa Mg và Cu trong dãy hoạt động nên muối nitrat của nó bị phân huỷ thành oxit kim loại, NO2 và O2.
Phương trình nhiệt phân Al(NO3)3
4Al(NO3)3 → (t°) 2Al2O3 + 12NO2↑ + 3O2↑
- Điều kiện: đun nóng ở nhiệt độ cao.
- Hiện tượng: có khí màu nâu đỏ (NO2) thoát ra, kèm khí không màu (O2); chất rắn còn lại là Al2O3 màu trắng.
- Loại phản ứng: phân huỷ, có sự thay đổi số oxi hoá nên là phản ứng oxi hoá – khử nội phân tử.
Lưu ý: muối thường gặp trong phòng thí nghiệm là Al(NO3)3·9H2O. Khi đun, muối ngậm nước mất nước và bị thuỷ phân trước, rồi mới phân huỷ hoàn toàn thành Al2O3. Ở bài tập phổ thông, ta xét muối khan theo phương trình trên.
Vì sao tạo ra Al2O3 mà không phải kim loại Al hay muối nitrit?
Quy luật nhiệt phân muối nitrat phụ thuộc vị trí kim loại trong dãy hoạt động hoá học:
| Nhóm kim loại | Sản phẩm nhiệt phân | Ví dụ |
|---|---|---|
| Từ K đến Ca (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 |
Nhôm nằm ở nhóm giữa nên sản phẩm là oxit Al2O3. Al2O3 rất bền, không bị nhiệt phân tiếp, cũng không bị khí sinh ra khử về Al. Muối nitrit của nhôm thì không bền nên không tạo thành.
Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron
Al giữ nguyên số oxi hoá +3. Chỉ N và O thay đổi:
- Chất oxi hoá: N+5 + 1e → N+4 (nhân 12)
- Chất khử: 2O-2 → O20 + 4e (nhân 3)
12 nguyên tử N nhận 12e, 3 phân tử O2 (6 nguyên tử O) nhường 12e: electron cân bằng. Từ đó 12NO2 và 3O2. Bảo toàn Al cho 2Al2O3, nên cần 4Al(NO3)3.
Kiểm tra O: vế trái 4 × 9 = 36; vế phải 2 × 3 + 12 × 2 + 3 × 2 = 6 + 24 + 6 = 36. Đúng.
Mẹo nhớ: với kim loại hoá trị n thuộc nhóm Mg–Cu, luôn có 4M(NO3)n → 2M2On + 4nNO2 + nO2. Thay n = 3 ta được ngay 12NO2 và 3O2; thay n = 2 rồi rút gọn ra phương trình của Cu(NO3)2.
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là Al + NO2 + O2 (nhầm với nhóm sau Cu).
- Viết Al(NO2)3 + O2 (nhầm với nhóm K–Ca).
- Quên hệ số 4 ở vế trái nên không cân bằng được O, thường bị lệch hệ số của O2.
- Quên ghi điều kiện t° và dấu ↑ cho chất khí.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Nhiệt phân hoàn toàn 21,3 gam Al(NO3)3. Tính khối lượng chất rắn thu được và thể tích hỗn hợp khí (đktc).
Giải: M(Al(NO3)3) = 213 g/mol nên n = 0,1 mol. Theo phương trình: n(Al2O3) = 0,1 × 2/4 = 0,05 mol, m = 0,05 × 102 = 5,1 g. n(NO2) = 0,3 mol; n(O2) = 0,075 mol; tổng khí 0,375 mol, V = 0,375 × 22,4 = 8,4 lít. Kiểm tra bảo toàn khối lượng: 13,8 + 2,4 + 5,1 = 21,3 g. Đúng.
Bài 2. Dẫn toàn bộ khí ở Bài 1 vào nước dư. Có khí nào thoát ra không? Tính số mol HNO3 tạo thành.
Giải: Tỉ lệ n(NO2) : n(O2) = 0,3 : 0,075 = 4 : 1, đúng tỉ lệ của phản ứng 4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3. Vì vậy hai khí được hấp thụ hết, không còn khí thoát ra. n(HNO3) = 0,3 mol (chính bằng 3 lần số mol muối ban đầu, vì toàn bộ nhóm NO3– được tái tạo).
Bài 3. Viết phương trình nhiệt phân Fe(NO3)3 và so sánh với Al(NO3)3.
Giải: 4Fe(NO3)3 → (t°) 2Fe2O3 + 12NO2↑ + 3O2↑. Hai muối cùng hoá trị 3, cùng nhóm Mg–Cu nên có hệ số hoàn toàn giống nhau, chỉ khác oxit tạo thành.
Tóm tắt
- Al(NO3)3 nhiệt phân tạo Al2O3, NO2 và O2.
- Tỉ lệ mol NO2 : O2 = 4 : 1 nên hỗn hợp khí hấp thụ hết vào nước tạo HNO3.
- Nhớ quy luật theo dãy hoạt động của kim loại để viết nhanh các muối nitrat khác.
Cùng chuyên đề: Bài nằm trong mục lục Các phương trình hóa học thường gặp: tổng hợp hơn 300 phản ứng có cân bằng. Bài trước: Fe2O3 + HCl → FeCl3 + H2O: Fe2O3 ra FeCl3 và cách cân bằng.
Câu hỏi thường gặp
Nhiệt phân Al(NO3)3 thu được sản phẩm gì?
Thu được nhôm oxit Al2O3 (chất rắn trắng), khí NO2 màu nâu đỏ và khí O2: 4Al(NO3)3 → 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2.
Vì sao Al(NO3)3 nhiệt phân ra oxit mà không ra kim loại Al?
Vì Al là kim loại hoạt động, nằm giữa Mg và Cu trong dãy hoạt động hoá học. Muối nitrat của nhóm này phân huỷ thành oxit kim loại, NO2 và O2; chỉ muối của kim loại sau Cu mới tạo ra kim loại.
Hiện tượng khi nhiệt phân Al(NO3)3 là gì?
Có khí màu nâu đỏ thoát ra (NO2) cùng khí oxi không màu, chất rắn còn lại là Al2O3 màu trắng.
Tỉ lệ mol NO2 và O2 khi nhiệt phân Al(NO3)3 là bao nhiêu?
Là 12 : 3, tức 4 : 1. Tỉ lệ này đúng bằng tỉ lệ phản ứng 4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3, nên hấp thụ hỗn hợp khí vào nước sẽ không còn khí dư.