Phần

Muối ammonium: nhiệt phân, nhận biết và bài toán hỗn hợp định lượng

Em sẽ làm được gì?

Mục tiêu bài học: viết đúng phản ứng nhiệt phân và phản ứng với kiềm của các muối ammonium, và giải bài toán hỗn hợp hai muối ammonium bằng bảo toàn nguyên tố nitrogen (đo qua lượng khí $NH_3$ thoát ra).

**Mục tiêu bài học:** viết đúng phản ứng nhiệt phân và phản ứng với kiềm của các muối ammonium, và giải bài toán hỗn hợp hai muối ammonium bằng bảo toàn nguyên tố nitrogen (đo qua lượng khí $NH_3$ thoát ra).

Cần nhớ trước

Kiến thức cần có: muối ammonium ( $NH_4Cl$ , $(NH_4)_2SO_4$ , $NH_4NO_3$ ) tan tốt, phản ứng với kiềm đun nóng giải phóng $NH_3$ — đây là phản ứng dùng để nhận biết ion $NH_4^+$ (Hóa 11 nền tảng). Bài này là bước tiếp theo trong cùng chương: từ chỗ chỉ nhận biết định tính, ta dùng chính phản ứng đó để định lượng thành phần một hỗn hợp muối.

**Kiến thức cần có:** muối ammonium ($NH_4Cl$, $(NH_4)_2SO_4$, $NH_4NO_3$) tan tốt, phản ứng với kiềm đun nóng giải phóng $NH_3$ — đây là phản ứng dùng để nhận biết ion $NH_4^+$ (Hóa 11 nền tảng). Bài này là **bước tiếp theo trong cùng chương**: từ chỗ chỉ nhận biết định tính, ta dùng chính phản ứng đó để định lượng thành phần một hỗn hợp muối.

Đề nền tảng dừng ở việc nhận biết một muối ammonium bằng mùi khai và giấy quỳ ẩm hóa xanh khi đun với $NaOH$ . Đề HSG đi xa hơn: cho một hỗn hợp hai muối ammonium khác nhau, chỉ cho tổng khối lượng và thể tích khí $NH_3$ thu được, rồi hỏi phần trăm khối lượng mỗi muối. Muốn giải được, em cần nhớ mỗi loại muối giải phóng bao nhiêu mol $NH_3$ trên một mol muối.

Đề nền tảng dừng ở việc nhận biết một muối ammonium bằng mùi khai và giấy quỳ ẩm hóa xanh khi đun với $NaOH$. Đề HSG đi xa hơn: cho một hỗn hợp hai muối ammonium khác nhau, chỉ cho tổng khối lượng và thể tích khí $NH_3$ thu được, rồi hỏi phần trăm khối lượng mỗi muối. Muốn giải được, em cần nhớ mỗi loại muối giải phóng bao nhiêu mol $NH_3$ trên một mol muối.

Phản ứng với kiềm — số mol NH₃ phụ thuộc công thức muối

$NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t^\circ} NaCl + NH_3\uparrow + H_2O$ $(NH_4)_2SO_4 + 2NaOH \xrightarrow{t^\circ} Na_2SO_4 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$ Điểm mấu chốt: $NH_4Cl$ có một $NH_4^+$ trong công thức nên giải phóng 1 mol $NH_3$ trên 1 mol muối, còn $(NH_4)_2SO_4$ có hai $NH_4^+$ nên giải phóng 2 mol $NH_3$ trên 1 mol muối. Bỏ qua chi tiết này là lỗi phổ biến nhất khi tính hỗn hợp hai muối ammonium khác gốc acid.

$$NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t^\circ} NaCl + NH_3\uparrow + H_2O$$ $$(NH_4)_2SO_4 + 2NaOH \xrightarrow{t^\circ} Na_2SO_4 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$$ Điểm mấu chốt: $NH_4Cl$ có một $NH_4^+$ trong công thức nên giải phóng 1 mol $NH_3$ trên 1 mol muối, còn $(NH_4)_2SO_4$ có hai $NH_4^+$ nên giải phóng 2 mol $NH_3$ trên 1 mol muối. Bỏ qua chi tiết này là lỗi phổ biến nhất khi tính hỗn hợp hai muối ammonium khác gốc acid.

Chênh lệch này chính là chìa khóa của bài toán hỗn hợp bên dưới — bỏ qua nó sẽ lập sai phương trình bảo toàn nitrogen.

Bước 3 là bước hay thiếu nhất: nhiều học sinh chỉ lập một phương trình (khối lượng) rồi bí, quên rằng lượng khí NH3 chính là phương trình thứ hai.

Ví dụ

Ví dụ 1 — Hỗn hợp NH₄Cl và (NH₄)₂SO₄

1
Hỗn hợp X gồm $NH_4Cl$ và $(NH_4)_2SO_4$ nặng $23{,}9$ gam. Cho X tác dụng với dung dịch $NaOH$ dư, đun nóng, thu được $9{,}916$ lít khí $NH_3$ (đkc). Tính phần trăm khối lượng mỗi muối trong X.
Hỗn hợp X gồm $NH_4Cl$ và $(NH_4)_2SO_4$ nặng $23{,}9$ gam. Cho X tác dụng với dung dịch $NaOH$ dư, đun nóng, thu được $9{,}916$ lít khí $NH_3$ (đkc). Tính phần trăm khối lượng mỗi muối trong X.
2
Gọi $a$ , $b$ lần lượt là số mol $NH_4Cl$ ( $M=53{,}5$ ) và $(NH_4)_2SO_4$ ( $M=132$ ).
Gọi $a$, $b$ lần lượt là số mol $NH_4Cl$ ($M=53{,}5$) và $(NH_4)_2SO_4$ ($M=132$).
3
$53{,}5a + 132b = 23{,}9 \quad (1)$
$$53{,}5a + 132b = 23{,}9 \quad (1)$$
4
$n_{NH_3} = \dfrac{9{,}916}{24{,}79} = 0{,}4$ mol. Theo hai phương trình, $NH_4Cl$ cho 1 mol $NH_3$ /mol muối, $(NH_4)_2SO_4$ cho 2 mol $NH_3$ /mol muối: $a + 2b = 0{,}4 \quad (2)$
$n_{NH_3} = \dfrac{9{,}916}{24{,}79} = 0{,}4$ mol. Theo hai phương trình, $NH_4Cl$ cho 1 mol $NH_3$/mol muối, $(NH_4)_2SO_4$ cho 2 mol $NH_3$/mol muối: $$a + 2b = 0{,}4 \quad (2)$$
5
Từ (2): $a = 0{,}4 - 2b$ . Thay vào (1): $53{,}5(0{,}4-2b) + 132b = 23{,}9 \Rightarrow 21{,}4 - 107b + 132b = 23{,}9 \Rightarrow 25b = 2{,}5 \Rightarrow b = 0{,}1$ mol, $a = 0{,}2$ mol.
Từ (2): $a = 0{,}4 - 2b$. Thay vào (1): $53{,}5(0{,}4-2b) + 132b = 23{,}9 \Rightarrow 21{,}4 - 107b + 132b = 23{,}9 \Rightarrow 25b = 2{,}5 \Rightarrow b = 0{,}1$ mol, $a = 0{,}2$ mol.
6
Khối lượng $NH_4Cl = 0{,}2 \times 53{,}5 = 10{,}7$ gam; khối lượng $(NH_4)_2SO_4 = 0{,}1 \times 132 = 13{,}2$ gam. Vậy $\%NH_4Cl \approx 44{,}77\%$ và $\%(NH_4)_2SO_4 \approx 55{,}23\%$ (làm tròn đến hàng phần trăm, tổng đúng 100%).
Khối lượng $NH_4Cl = 0{,}2 \times 53{,}5 = 10{,}7$ gam; khối lượng $(NH_4)_2SO_4 = 0{,}1 \times 132 = 13{,}2$ gam. Vậy $\%NH_4Cl \approx 44{,}77\%$ và $\%(NH_4)_2SO_4 \approx 55{,}23\%$ (làm tròn đến hàng phần trăm, tổng đúng 100%).

Nhiệt phân muối ammonium — sản phẩm phụ thuộc gốc acid

Muối ammonium của acid không có tính oxi hóa (như $NH_4Cl$ ) khi nhiệt phân tách trực tiếp thành khí: $NH_4Cl \xrightarrow{t^\circ} NH_3\uparrow + HCl\uparrow$ còn muối của acid có tính oxi hóa như $NH_4NO_3$ thì N trong $NH_4^+$ ( $-3$ ) và N trong $NO_3^-$ ( $+5$ ) có thể oxi hóa – khử nội phân tử: $NH_4NO_3 \xrightarrow{t^\circ} N_2O\uparrow + 2H_2O$ Đây là điểm khác biệt học sinh hay quên — không phải muối ammonium nào nhiệt phân cũng cho lại $NH_3$ .

Muối ammonium của acid không có tính oxi hóa (như $NH_4Cl$) khi nhiệt phân tách trực tiếp thành khí: $$NH_4Cl \xrightarrow{t^\circ} NH_3\uparrow + HCl\uparrow$$ còn muối của acid có tính oxi hóa như $NH_4NO_3$ thì N trong $NH_4^+$ ($-3$) và N trong $NO_3^-$ ($+5$) có thể oxi hóa – khử nội phân tử: $$NH_4NO_3 \xrightarrow{t^\circ} N_2O\uparrow + 2H_2O$$ Đây là điểm khác biệt học sinh hay quên — không phải muối ammonium nào nhiệt phân cũng cho lại $NH_3$.

Sai lầm thường gặp

Bẫy thường gặp: một đề hỏi "nhiệt phân hoàn toàn $NH_4NO_3$ thu được khí gì", nhiều học sinh trả lời $NH_3$ và $HNO_3$ theo phản xạ từ $NH_4Cl$ . Sai — vì $NO_3^-$ có tính oxi hóa, phản ứng nhiệt phân $NH_4NO_3$ là phản ứng oxi hóa – khử nội phân tử, sản phẩm là $N_2O$ và $H_2O$ , không có $NH_3$ hay $HNO_3$ tự do thoát ra.

**Bẫy thường gặp:** một đề hỏi "nhiệt phân hoàn toàn $NH_4NO_3$ thu được khí gì", nhiều học sinh trả lời $NH_3$ và $HNO_3$ theo phản xạ từ $NH_4Cl$. Sai — vì $NO_3^-$ có tính oxi hóa, phản ứng nhiệt phân $NH_4NO_3$ là phản ứng oxi hóa – khử nội phân tử, sản phẩm là $N_2O$ và $H_2O$, không có $NH_3$ hay $HNO_3$ tự do thoát ra.

Luyện phản xạ

Ghi nhớ

Tóm tắt: số mol $NH_3$ giải phóng khi đun muối ammonium với kiềm bằng đúng số ion $NH_4^+$ trong công thức muối — 1 với $NH_4Cl$ , 2 với $(NH_4)_2SO_4$ . Bài toán hỗn hợp hai muối luôn cần hai phương trình: khối lượng và số mol khí $NH_3$ . Nhiệt phân thì khác hẳn: muối của acid có tính oxi hóa ( $NH_4NO_3$ ) cho phản ứng oxi hóa – khử nội phân tử, không cho lại $NH_3$ .

**Tóm tắt:** số mol $NH_3$ giải phóng khi đun muối ammonium với kiềm bằng đúng số ion $NH_4^+$ trong công thức muối — 1 với $NH_4Cl$, 2 với $(NH_4)_2SO_4$. Bài toán hỗn hợp hai muối luôn cần hai phương trình: khối lượng và số mol khí $NH_3$. Nhiệt phân thì khác hẳn: muối của acid có tính oxi hóa ($NH_4NO_3$) cho phản ứng oxi hóa – khử nội phân tử, không cho lại $NH_3$.

Bắc cầu sang bài sau: $NH_4NO_3$ vừa nhắc ở trên là muối của $HNO_3$ — acid mạnh và có tính oxi hóa đặc biệt. Chương tiếp theo học nguyên nhân sâu xa: chuỗi biến đổi số oxi hóa từ $NH_3$ đến $HNO_3$ , và cách $HNO_3$ oxi hóa cả những kim loại mà acid thường không phản ứng nổi.

**Bắc cầu sang bài sau:** $NH_4NO_3$ vừa nhắc ở trên là muối của $HNO_3$ — acid mạnh và có tính oxi hóa đặc biệt. Chương tiếp theo học nguyên nhân sâu xa: chuỗi biến đổi số oxi hóa từ $NH_3$ đến $HNO_3$, và cách $HNO_3$ oxi hóa cả những kim loại mà acid thường không phản ứng nổi.