NH4Cl → NH3 + HCl: nhiệt phân amoni clorua và các cách tạo NH3
Lớp 11Hóa học

NH4Cl → NH3 + HCl: nhiệt phân amoni clorua và các cách tạo NH3

Trả lời nhanh

NH4Cl ra NH3 theo hai cách. Cách 1 là nhiệt phân: NH4Cl → NH3↑ + HCl↑ (đun nóng, thuận nghịch). Cách 2 là cho tác dụng với kiềm khi đun nóng, ví dụ NH4Cl + NaOH → NaCl + NH3↑ + H2O. Cách 2 mới dùng để điều chế NH3, vì nhiệt phân tạo hỗn hợp khí NH3 và HCl dễ kết hợp lại.

Phương trình nhiệt phân NH4Cl

Amoni clorua là muối của bazơ yếu (NH3) với axit mạnh (HCl). Khi đun nóng mạnh, muối này bị phân huỷ:

NH4Cl (r) ⇄ NH3 (k) + HCl (k) (điều kiện: nhiệt độ cao, vài trăm độ C)

  • Đây là phản ứng thuận nghịch: nguội đi thì NH3 và HCl lại hoá hợp thành NH4Cl.
  • Đây không phải phản ứng oxi hoá – khử: N giữ số oxi hoá −3, H giữ +1, Cl giữ −1.
  • Chất rắn trắng ở đáy ống biến mất, nhưng ở phần thành ống nguội phía trên lại đọng một lớp chất rắn trắng. Hiện tượng này dễ bị nhầm là “thăng hoa”.

Giải thích thí nghiệm đun NH4Cl trong ống nghiệm

Cho một ít NH4Cl vào ống nghiệm khô, đun nóng đáy ống. Đặt hai mẩu giấy quỳ tím ẩm ở gần miệng ống.

  1. NH4Cl phân huỷ thành NH3 và HCl ở vùng nóng.
  2. NH3 (M = 17) nhẹ hơn HCl (M = 36,5) nên khuếch tán nhanh hơn. Quỳ tím ẩm vì thế thường xanh lên trước.
  3. HCl khuếch tán chậm hơn, đến sau thì quỳ chuyển sang đỏ.
  4. Ở vùng nguội, hai khí gặp nhau và tái tạo NH4Cl rắn, bám thành ống.

Mẹo nhớ: “nóng thì tách, nguội thì hợp”. Chính vì vậy không thể thu NH3 tinh khiết bằng cách nhiệt phân NH4Cl.

Cách đúng để từ NH4Cl điều chế NH3

Muối amoni tác dụng với dung dịch kiềm khi đun nóng sinh ra NH3. Ion NH4+ nhường proton cho OH−:

NH4+ + OH− → NH3↑ + H2O

  • NH4Cl + NaOH → NaCl + NH3↑ + H2O (đun nóng)
  • 2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3↑ + 2H2O (đun nóng hỗn hợp rắn, cách dùng phổ biến trong phòng thí nghiệm)

Hiện tượng: có khí mùi khai thoát ra, làm quỳ tím ẩm hoá xanh và tạo khói trắng khi gặp đũa thuỷ tinh nhúng HCl đặc. Đây cũng là cách nhận biết ion NH4+.

NH3 tạo ra được làm khô bằng vôi sống hoặc NaOH rắn, rồi thu bằng cách đẩy không khí với ống nghiệm úp ngược (NH3 nhẹ hơn không khí). Không dùng H2SO4 đặc hay CaCl2 khan để làm khô vì chúng phản ứng với NH3.

So sánh nhiệt phân một số muối amoni

Muối Sản phẩm nhiệt phân Có phải oxi hoá – khử?
NH4Cl NH3 + HCl Không
(NH4)2CO3 2NH3 + CO2 + H2O Không
NH4NO2 N2 + 2H2O Có
NH4NO3 N2O + 2H2O (khoảng 200 °C) Có

Quy tắc: gốc axit không có tính oxi hoá (Cl−, CO32−) thì muối amoni cho NH3 và axit tương ứng. Gốc có tính oxi hoá (NO2−, NO3−) thì NH4+ bị oxi hoá, tạo N2 hoặc N2O.

Lỗi sai thường gặp

  • Viết NH4Cl → N2 + H2 + Cl2. Sai, vì đây là phản ứng phân huỷ không đổi số oxi hoá.
  • Quên điều kiện nhiệt độ hoặc quên kí hiệu thuận nghịch (⇄).
  • Cho rằng nhiệt phân là cách điều chế NH3 trong phòng thí nghiệm.
  • Dùng NH4Cl với axit và mong thu NH3. Axit không đẩy được NH3 khỏi muối amoni, cần môi trường kiềm.

Bài luyện tập

Bài 1. Nhiệt phân hoàn toàn 5,35 g NH4Cl (giả sử thu được sản phẩm khí riêng biệt). Tính khối lượng NH3 và HCl tạo thành.

Đáp án: n(NH4Cl) = 5,35 : 53,5 = 0,1 mol. Theo phương trình, n(NH3) = n(HCl) = 0,1 mol. Do đó m(NH3) = 1,7 g và m(HCl) = 3,65 g. Tổng 5,35 g, đúng định luật bảo toàn khối lượng.

Bài 2. Đun nóng 10,7 g NH4Cl với 0,25 mol NaOH. Tính thể tích NH3 thu được ở điều kiện chuẩn (25 °C, 1 bar), coi phản ứng hoàn toàn.

Đáp án: n(NH4Cl) = 10,7 : 53,5 = 0,2 mol. NaOH dư (0,25 > 0,2) nên NH4Cl hết, n(NH3) = 0,2 mol. V = 0,2 × 24,79 ≈ 4,96 lít.

Bài 3. Vì sao khi đun NH4Cl trong ống nghiệm, phần thành ống phía trên lại có chất rắn trắng?

Đáp án: NH3 và HCl bay lên vùng nguội, gặp nhau và hoá hợp lại thành NH4Cl rắn do phản ứng nhiệt phân thuận nghịch.

Câu hỏi thường gặp

NH4Cl nhiệt phân ra những chất nào?

NH4Cl nhiệt phân thành NH3 và HCl ở dạng khí: NH4Cl ⇄ NH3 + HCl. Phản ứng thuận nghịch, nên khi nguội hai khí lại hoá hợp thành NH4Cl rắn.

Điều chế NH3 trong phòng thí nghiệm từ NH4Cl bằng cách nào?

Trộn NH4Cl với Ca(OH)2 rắn rồi đun nóng: 2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O. Khí NH3 được làm khô bằng vôi sống rồi thu bằng cách đẩy không khí.

Phản ứng NH4Cl → NH3 + HCl có phải phản ứng oxi hoá – khử không?

Không. Số oxi hoá của N (−3), H (+1) và Cl (−1) đều không thay đổi trước và sau phản ứng.

NH4Cl + NaOH có hiện tượng gì?

Đun nóng hỗn hợp thấy có khí mùi khai thoát ra, làm quỳ tím ẩm chuyển xanh. Phương trình: NH4Cl + NaOH → NaCl + NH3 + H2O.

Bài học liên quan