Phản ứng nhiệt phân Cu(NO3)2 tạo ra CuO, NO2 và O2 là một phản ứng quan trọng trong hóa học vô cơ. Đây là phản ứng phân hủy, đồng thời cũng là phản ứng oxi hóa khử, được sử dụng rộng rãi trong điều chế và nghiên cứu các hợp chất của đồng. Dưới đây là phân tích chi tiết về phản ứng này, cùng với các bài tập vận dụng để hiểu rõ hơn về nó.
Phản ứng nhiệt phân Cu(NO3)2: CuNO32 → CuO
1. Phương trình phản ứng
Phương trình hóa học của phản ứng nhiệt phân đồng (II) nitrat như sau:
2Cu(NO3)2 →to 2CuO + 4NO2 + O2
2. Điều kiện phản ứng
Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao.
3. Cân bằng phương trình bằng phương pháp thăng bằng electron
Alt text: Sơ đồ minh họa quá trình cân bằng phương trình phản ứng nhiệt phân Cu(NO3)2 sử dụng phương pháp thăng bằng electron, chú thích rõ các giai đoạn và sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố.
Quá trình oxi hóa khử diễn ra như sau:
CuN+5O−232→toCuO+N+4O2+O02
Các quá trình thay đổi số oxi hóa:
- N+5 + 1e → N+4 (quá trình khử)
- 2O-2 → O2 + 4e (quá trình oxi hóa)
Từ đó, ta có phương trình hóa học đã cân bằng:
2Cu(NO3)2 →to 2CuO + 4NO2 + O2
4. Mở rộng về nhiệt phân muối nitrat
Các muối nitrat khác nhau sẽ bị phân hủy theo các cách khác nhau khi đun nóng, tùy thuộc vào độ hoạt động của kim loại:
-
Muối nitrat của kim loại kiềm (trước Mg):
Muối nitrate →to muối nitrite + O2
Ví dụ: 2KNO3→t02KNO2+O2
-
Muối nitrat của kim loại từ Mg đến Cu:
Muối nitrate →to oxit kim loại + NO2 + O2
Ví dụ: 2Cu(NO3)2→t02CuO+4NO2+O2
-
Muối nitrat của kim loại kém hoạt động (sau Cu):
Muối nitrate →to kim loại + NO2 + O2
Ví dụ: 2AgNO3→t02Ag+2NO2+O2
Alt text: Hình ảnh ống nghiệm chứa Cu(NO3)2 đang được đun nóng, sản phẩm tạo thành là chất rắn màu đen CuO bám trên thành ống, kèm theo khói màu nâu đỏ của khí NO2.
Phương pháp giải bài tập nhiệt phân muối nitrat:
Thường sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng để giải các bài tập liên quan đến nhiệt phân muối nitrat.
5. Các phản ứng nhiệt phân đặc biệt
Một số phản ứng nhiệt phân đặc biệt khác:
- NH4NO3 →to N2O + 2H2O
- 4Fe(NO3)2 →to 2Fe2O3 + 8NO2 + O2
6. Bài tập vận dụng
Câu 1: Nhiệt phân hoàn toàn Fe(NO3)3 trong không khí thu được sản phẩm gồm
A. FeO, NO2, O2.
B. Fe2O3, NO2.
C. Fe, NO2, O2.
D. Fe2O3, NO2 , O2.
Hướng dẫn giải:
Đáp án D
4Fe(NO3)3 →to 2Fe2O3 + 12NO2↑ + 3O2↑
Câu 2: Có các mệnh đề sau:
(1) Các muối nitrate đều tan trong nước và đều là chất điện li mạnh.
(2) Ion NO3− có tính oxi hóa trong môi trường axit.
(3) Khi nhiệt phân muối nitrate rắn ta đều thu được khí NO2.
(4) Hầu hết muối nitrate đều bền nhiệt.
Trong các mệnh đề trên, những mệnh đề đúng là
A. (1) và (3).
B. (2) và (4).
C. (2) và (3).
D. (1) và (2).
Hướng dẫn giải:
Đáp án D
(1), (2) đúng.
(3) sai vì các muối nitrate của kim loại mạnh (kali, natri,…) khi bị nhiệt phân sinh ra muối nitrite và O2.
(4) sai vì các muối nitrate dễ bị nhiệt phân hủy.
Câu 3: Khi nhiệt phân, dãy muối nitrate nào đều cho sản phẩm là oxit kim loại, khí nitơ đioxit và khí oxi
A. Cu(NO3)2, Fe(NO3)2, Mg(NO3)2
B. Cu(NO3)2, NaNO3, Pb(NO3)2
C. Hg(NO3)2, AgNO3
D. Zn(NO3)2, AgNO3, Pb(NO3)2
Hướng dẫn giải
Đáp án A
Nhiệt phân các muối của các kim loại từ Mg đến Cu trong dãy hoạt động hóa học thu được oxit kim loại, khí NO2 và O2
Phương trình hóa học phản ứng minh họa:
2Cu(NO3)2 →to2CuO + 4NO2 + O2↑
4Fe(NO3)2 →to 2Fe2O3 + 8NO2 + O2.
2Mg(NO3)2 →to2MgO + 4NO2 + O2↑
Câu 4. Dãy chất nào sau đây bị nhiệt phân hủy ở nhiệt độ cao
A. CaCO3, Zn(OH)2, KNO3, KMnO4
B. BaSO3, BaCl2, KOH, Na2SO4
C. AgNO3, Na2CO3, KCl, BaSO4
D. Fe(OH)3, Na2SO4, BaSO4, KCl
Hướng dẫn giải
Đáp án A
Phương trình phản ứng minh họa
CaCO3 →to CaO + CO2
Zn(OH)2 →to ZnO + H2O
2KNO3 →to2KNO2 + O2
2KMnO4→to K2MnO4 + MnO2 + O2
Câu 5: Trong các nhận xét dưới đây về muối nitrate của kim loại, nhận xét nào không đúng?
A. Tất cả các muối nitrate đều dễ tan trong nước
B. Các muối nitrate đều dễ bị phân huỷ bởi nhiệt
C. Các muối nitrate chỉ được sử dụng làm phân bón hoá học trong nông nghiệp
D. Các muối nitrate đều là chất điện li mạnh, khi tan trong nước phân li ra cation kim loại và anion nitrate
Hướng dẫn giải
Đáp án C
Muối nitrate được dùng như một chất nguyên liệu; trong phân bón, nghề làm pháo hoa, nguyên liệu của bom khói, chất bảo quản, và như một tên lửa đẩy, cũng như thuỷ tinh và men gốm.
Câu 6. Nhiệt phân hoàn toàn KNO3 thu được sản phẩm
A. K, NO2, O2.
B. KNO2, O2, NO2.
C. KNO2, O2.
D. K2O, N2O.
Hướng dẫn giải
Đáp án C
2KNO3 →to2KNO2 + O2
Câu 7. Nhiệt phân hoàn toàn Cu(NO3)2 thu được các sản phẩm là
A. CuO, O2.
B. CuO, NO2, O2.
C. Cu, NO2, O2.
D. Cu2O, O2.
Hướng dẫn giải
Đáp án B
Phương trình nhiệt phân
2Cu(NO3)2 →to 2CuO+ 4NO2 + O2.
Câu 8: copper (II) oxide có thể điều chế bằng cách
A. nhiệt phân Cu(OH)2.
B. nhiệt phân Cu(NO3)2.
C. nhiệt phân Cu(OH)2.CuCO3.
D. cả A, B, C đều đúng.
Hướng dẫn giải
Đáp án D
A. Đúng. Cu(OH)2→t°CuO+H2O
B. Đúng. 2Cu(NO3)2 →to 2CuO + 4NO2 + O2
C. Đúng. Cu(OH)2.CuCO3 →to 2CuO + CO2 + H2O
→ Cả cách A, B, C đều đúng.
Câu 9: Để điều chế Fe(NO3)2 ta có thể dùng phản ứng nào sau đây?
A. Fe + dung dịch AgNO3 dư
B. Fe + dung dịch Cu(NO3)2
C. FeO + dung dịch HNO3
D. FeS + dung dịch HNO3
Hướng dẫn giải
Đáp án B
Fe + Cu(NO3)2 → Fe(NO3)2 + Cu
Câu 10: Cho 8,4g sắt vào 300 ml dung dịch AgNO3 1,3M. Lắc kĩ cho phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là
A. 16,2.
B. 42,12.
C. 32,4.
D. 48,6.
Hướng dẫn giải
Đáp án B
nFe = 0,15 mol; nAgNO3= 0,39 mol
Fe+2Ag+→Fe2++2Ag0,15→0,3→0,15→0,3mol
Fe2++Ag+→Fe3++Ag0,09←(0,39−0,3)→0,09mol
→ m = mAg = 0,39.108 = 42,12 gam
Câu 11: Khi nhiệt phân hoàn toàn hỗn hợp NH4NO3, Cu(NO3)2, AgNO3, Fe(NO3)2 thì chất rắn thu được sau phản ứng gồm:
A. CuO, FeO, Ag
B. CuO, Fe2O3, Ag
C. CuO, Fe2O3, Ag2O
D. NH4NO2, CuO, Fe2O3, Ag
Hướng dẫn giải:
Đáp án B
A sai vì có Fe2O3
C sai vì không thể tạo ra Ag2O
D sai vì không tạo ra NH4NO2
Câu 12: Nhiệt phân các muối: KClO3, KNO3, NaHCO3, Ca(HCO3)2, KMnO4, Fe(NO3)2, AgNO3, Cu(NO3)2 đến khi tạo thành chất rắn có khối lượng không đổi, thu được bao nhiêu oxit kim loại?
A. 4
B. 6
C. 5
D. 3
Hướng dẫn giải:
Đáp án A
2KClO3 →to 2KCl + 3O2
2KNO3 →to 2KNO2 + O2
2KMnO4 →to K2MnO4 + MnO2 + O2
2AgNO3 →to 2Ag + 2NO2 + O2
2NaHCO3 →to Na2CO3 + CO2 + H2O
2Ca(HCO3)2 →to 2CaO + 4CO2 + 2H2O
4Fe(NO3)2 →to 2Fe2O3 + 8NO2 + O2.
2Cu(NO3)2 →to 2CuO + 4NO2 + O2
Trong các phản ứng trên, các oxit kim loại thu được là: CaO, Fe2O3, CuO, MnO2 => 4 oxit.
Alt text: Hình ảnh tổng hợp các ứng dụng phổ biến của đồng oxit (CuO) trong sản xuất gốm sứ, chất xúc tác công nghiệp, và vật liệu bán dẫn.
Hy vọng bài viết này cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan và sâu sắc về phản ứng Cu(NO3)2 ra CuO, cùng với các ứng dụng và bài tập liên quan. Nắm vững kiến thức này sẽ giúp bạn tự tin hơn trong học tập và các kỳ thi.
