Muối ammonium | Tính chất, nhận biết, nhiệt phân và ứng dụng

Trong chương trình Hóa học 11, muối ammonium là nhóm hợp chất ion chứa ion \(NH_4^{+}\), thường gặp như \(NH_4Cl\), \(NH_4NO_3\) và \((NH_4)_2SO_4\).

Học sinh cần nắm được muối ammonium là gì, tính chất của muối ammonium, độ tan, khả năng điện li, phản ứng của muối ammonium với kiềm, cách nhận biết muối ammonium, nhiệt phân và ứng dụng của muối ammonium trong thực tế.

Muối ammonium là gì?

Muối ammonium là muối chứa cation ammonium \(NH_4^{+}\) và anion gốc acid. Cation \(NH_4^{+}\) được hình thành khi phân tử ammonia \(NH_3\) nhận một proton \(H^{+}\)

\(NH_3\) + \(H^{+}\)\(⇌\) \(NH_4^{+}\)

Một số muối ammonium thường gặp trong chương trình phổ thông gồm \(NH_4Cl\) (ammonium chloride), \(NH_4NO_3\) (ammonium nitrate), \(\left(NH_4\right)_2SO_4\) (ammonium sulfate) và \(NH_4HCO_3\) (ammonium hydrogencarbonate). Ở trạng thái rắn, muối ammonium tồn tại dưới dạng tinh thể ion; lực hút tĩnh điện giữa \(NH_4^{+}\) và anion góp phần ổn định mạng tinh thể. [1]

Cần phân biệt \(NH_3\) với \(NH_4^{+}\). \(NH_3\) là phân tử trung hòa, còn \(NH_4^{+}\) là ion mang điện tích +1. Sự khác nhau này đặc biệt quan trọng khi viết phương trình ion và giải thích phản ứng của muối ammonium với dung dịch kiềm.

Tính chất của muối ammonium

Muối ammonium có tan trong nước không?

Các muối ammonium thông dụng thường là chất rắn tinh thể, phần lớn có màu trắng hoặc không màu và tan tốt trong nước. Theo quy tắc độ tan được sử dụng ở bậc phổ thông, các muối chứa \(NH_4^{+}\) đều được xem là dễ tan trong nước.

Muối ammonium là chất điện li mạnh hay yếu?

Khi hòa tan trong nước, muối ammonium phân li thành các ion. Chẳng hạn:

\(NH_4Cl\) \(\rightarrow\) \(NH_4^{+}\) + \(Cl^{-}\)

\(\left(NH_4\right)_2SO_4\) \(\rightarrow\) 2\(NH_4^{+}\) + \(SO_4^{2-}\)

Các muối ammonium tan trong nước phân li gần như hoàn toàn thành ion nên được xếp vào nhóm chất điện li mạnh. Bản thân ion NH₄⁺ không tạo màu đặc trưng cho dung dịch.

Tính acid yếu của ion ammonium

\(NH_4^{+}\) còn có khả năng thể hiện tính acid yếu theo thuyết Brønsted:

\[NH_4^{+}+H_2O\rightleftharpoons NH_3+H_3O^{+}\]

Vì vậy, dung dịch của một số muối như \(NH_4Cl\) có môi trường acid yếu. Tuy nhiên, pH thực tế còn phụ thuộc vào bản chất của anion đi kèm, nên không thể kết luận mọi dung dịch muối ammonium đều có cùng độ acid. Không thể kết luận các muối ammonium đều lưỡng tính; tính acid–base còn phụ thuộc vào anion đi kèm.

Tính chất hóa học của muối ammonium

Hai nội dung quan trọng nhất khi đề cập đến tính chất hóa học của muối ammonium: phản ứng với dung dịch kiềm và tính kém bền khi đun nóng (sự phân hủy nhiệt).

Muối ammonium tác dụng với kiềm

Phản ứng đặc trưng nhất của muối ammonium là phản ứng với dung dịch kiềm mạnh như NaOH hoặc KOH. Khi đun nhẹ, khí ammonia \(NH_3\) được giải phóng.

Ví dụ:

\(NH_4Cl\) + NaOH \(\rightarrow\) NaCl + \(NH_3\) + \(H_2O\)

\(\left(NH_4\right)_2SO_4\) + 2NaOH \(\rightarrow\) \(Na_2SO_4\) + 2\(NH_3\) + 2\(H_2O\)

Phương trình ion rút gọn:

\(NH_4^{+}\) + \(OH^{-}\) \(\rightarrow\) \(NH_3\) + \(H_2O\)
Về bản chất, \(OH^{-}\) nhận proton từ \(NH_4^{+}\), từ đó tạo khí \(NH_3\) có mùi khai và \(H_2O\). Phản ứng này vừa thể hiện tính chất hóa học đặc trưng, vừa là cơ sở để nhận biết ion ammonium trong phòng thí nghiệm.

Nhiệt phân muối ammonium: Muối ammonium có bền với nhiệt không?

Nhiều muối ammonium bị phân hủy khi đun nóng. Sản phẩm tạo thành phụ thuộc vào anion của muối và khả năng oxi hóa của gốc acid. Vì vậy, học sinh không nên áp dụng một phương trình nhiệt phân chung cho tất cả các chất. Vì vậy, không thể kết luận nhiệt phân các muối ammonium đều thu được khí NH₃.

Một số phương trình thường gặp khi đun nóng một số muối ammonium:

\(NH_4Cl\) \(\rightarrow\) \(NH_3\) + HCl

\(NH_4HCO_3\) \(\rightarrow\) \(NH_3\) + \(CO_2\) + \(H_2O\)

\(NH_4NO_3\) \(\rightarrow\) \(N_2O\) + 2\(H_2O\)

Với \(NH_4Cl\) và \(NH_4HCO_3\), quá trình đun nóng tạo ra các chất khí hoặc hơi. Riêng \(NH_4NO_3\) có thể xảy ra quá trình oxi hóa – khử nội phân tử vì nitrogen trong \(NH_4^{+}\) có số oxi hóa −3, trong khi nitrogen của \(NO_3^{-}\) có số oxi hóa +5.

Trong phạm vi bài tập Hóa học 11, phương trình \(NH_4NO_3\) \(\rightarrow\) \(N_2O\) + 2\(H_2O\) thường được sử dụng khi xác định sản phẩm nhiệt phân. Không nên suy đoán sản phẩm nhiệt phân chỉ dựa trên một quy tắc chung.

Cách nhận biết muối ammonium

Để nhận biết ion \(NH_4^{+}\), cho mẫu cần kiểm tra tác dụng với dung dịch NaOH hoặc KOH rồi đun nhẹ. Nếu xuất hiện khí \(NH_3\) không màu, có tính base và làm giấy quỳ tím ẩm chuyển sang màu xanh thì mẫu chứa ion ammonium.

Phương trình ion rút gọn:

\(NH_4^{+}\) + \(OH^{-}\) \(\rightarrow\) \(NH_3\) + \(H_2O\)

Ví dụ, để phân biệt hai dung dịch \(NH_4Cl\) và NaCl, có thể cho NaOH vào từng mẫu rồi đun nhẹ. Dung dịch tạo khí \(NH_3\) là \(NH_4Cl\), còn mẫu không xuất hiện hiện tượng tương ứng là NaCl.

Trong thực hành, không nên đưa mũi trực tiếp sát miệng ống nghiệm để ngửi khí (điều này rất nguy hiểm). Thay vào đó, có thể sử dụng giấy quỳ tím ẩm để kiểm tra NH₃ an toàn hơn.

Cần lưu ý rằng phản ứng với kiềm chỉ chứng minh sự có mặt của NH₄⁺. Nếu cần phân biệt \(NH_4Cl\) và \(\left(NH_4\right)_2SO_4\), học sinh cần tiếp tục nhận biết anion, chẳng hạn sử dụng ion \(Ba^{2+}\) để xác định \(SO_4^{2-}\).

\(Ba^{2+}\) + \(SO_4^{2-}\)\(\rightarrow\) \(BaSO_4\)

Ứng dụng của muối ammonium

Ứng dụng phổ biến nhất của muối ammonium là sản xuất phân bón cung cấp nitrogen cho cây trồng. Các hợp chất như \(\left(NH_4\right)_2SO_4\), \(NH_4NO_3\) và các ammonium phosphate là những nguồn nitrogen quan trọng trong nông nghiệp.

\(NH_4Cl\) còn được sử dụng trong một số loại pin khô, làm chất trợ hàn và hỗ trợ xử lý bề mặt kim loại. Dữ liệu của PubChem ghi nhận ammonium chloride được sử dụng trong phân bón, pin khô, mạ điện, xử lý kim loại và nhiều lĩnh vực công nghiệp khác.

\(NH_4HCO_3\) có thể được dùng làm chất tạo xốp trong một số sản phẩm thực phẩm do chất này phân hủy khi gia nhiệt, tạo \(CO_2\), \(NH_3\) và \(H_2O\). Một số hợp chất ammonium khác cũng được sử dụng làm phụ gia hoặc chất điều chỉnh trong các điều kiện phù hợp.

Phân bón chứa \(NH_4^{+}\) còn có thể ảnh hưởng đến pH của đất. Khi được chuyển hóa thành nitrate trong quá trình nitrate hóa, H⁺ có thể được tạo ra, khiến đất có xu hướng acid hóa nếu sử dụng kéo dài mà không có biện pháp quản lý phù hợp.

Bài tập về ammonia và muối ammonium lớp 11 có lời giải

Trắc nghiệm nhận biết - thông hiểu

Câu 1

Thuốc thử thích hợp để nhận biết ion \(NH_4^{+}\) là:

A. NaCl
B. NaOH
C. HCl
D. \(BaCl_2\)

Đáp án: B. NaOH

Phân tích đề bài:

• Dạng bài: Nhận biết ion ammonium \(NH_4^{+}\).

• Dữ kiện đề cho: Lựa chọn một thuốc thử có thể tạo hiện tượng đặc trưng với \(NH_4^{+}\).

• Thông tin cần tìm: Thuốc thử thích hợp để nhận biết \(NH_4^{+}\).

Kiến thức cần dùng:

Ion \(NH_4^{+}\) phản ứng với ion OH⁻ khi đun nhẹ, giải phóng khí ammonia NH₃. Khí NH₃ làm giấy quỳ tím ẩm chuyển sang màu xanh.

Hướng dẫn giải:

NaOH cung cấp ion \(OH^{-}\) nên có thể dùng để nhận biết \(NH_4^{+}\):

\(NH_4^{+}\) + \(OH^{-}\) \(\rightarrow\) \(NH_3\) + \(H_2O\)

Khi đun nhẹ, khí \(NH_3\) thoát ra. Có thể dùng giấy quỳ tím ẩm để kiểm tra: quỳ tím chuyển sang màu xanh.

Vì vậy, chọn B. NaOH

Câu 2

Sản phẩm nhiệt phân \(NH_4HCO_3\) là:

A. \(NH_3\) và \(CO_2\)
B. \(NH_3\), \(CO_2\) và \(H_2O\)
C. N₂, \(CO_2\) và \(H_2O\)
D. \(NH_4OH\) và \(CO_2\)

Đáp án: B

Phân tích đề bài:

• Dạng bài: Xác định sản phẩm nhiệt phân của muối ammonium.

• Dữ kiện đề cho: Muối \(NH_4HCO_3\) được đun nóng.

• Thông tin cần tìm: Các sản phẩm tạo thành sau phản ứng nhiệt phân.

Kiến thức cần dùng:

Một số muối ammonium kém bền nhiệt như: \(NH_4HCO_3\) khi đun nóng phân hủy tạo \(NH_3\), \(CO_2\) và \(H_2O\)

Hướng dẫn giải:

Phương trình phản ứng:

\(NH_4HCO_3\) → \(NH_3\)↑ + \(CO_2\)↑ + \(H_2O\) (nhiệt độ cao)

Như vậy, sản phẩm gồm \(NH_3\), \(CO_2\) và \(H_2O\)

Chọn B. \(NH_3\), \(CO_2\) và \(H_2O\)

Câu 3

Khi nhiệt phân \(NH_4NO_3\) theo phương trình thường sử dụng trong chương trình Hóa học 11, sản phẩm khí chứa nitrogen là:

A. \(NH_3\)
B. \(NO_2^{}\)
C. \(N_2O\)
D. \(N_2\)

Đáp án: C

Phân tích đề bài:

• Dạng bài: Xác định sản phẩm nhiệt phân của muối ammonium có gốc acid có tính oxi hóa.

• Dữ kiện đề cho: Nhiệt phân \(NH_4NO_3\).

• Thông tin cần tìm: Chất khí chứa nitrogen tạo thành.

Kiến thức cần dùng:

\(NH_4NO_3\) kém bền nhiệt. Trong phản ứng nhiệt phân được xét ở chương trình phổ thông, chất này tạo \(N_2O\) và H₂O.

Hướng dẫn giải:

Phương trình:

\(NH_4NO_3\) \(\rightarrow\) \(N_2O\) + 2\(H_2O\)

Do đó, khí chứa nitrogen được tạo thành là \(N_2O\).

Chọn C. \(N_2O\)

Câu 4

Nhận xét nào sau đây không đúng về muối ammonium?

A. Tất cả muối ammonium bền với nhiệt

B. Các muối ammonium tan trong nước là chất điện li mạnh

C. Theo quy tắc độ tan phổ thông, các muối ammonium đều tan trong nước

D. Ion NH₄⁺ có tính acid yếu trong nước

Đáp án: A

Phân tích đề bài:

• Dạng bài: Nhận biết tính chất chung của muối ammonium.

• Dữ kiện đề cho: Bốn nhận định liên quan đến độ tan, khả năng điện li, độ bền nhiệt và phản ứng đặc trưng.

• Thông tin cần tìm: Nhận định sai.

Kiến thức cần dùng:

Muối ammonium có một số đặc điểm quan trọng:

• Theo quy tắc độ tan phổ thông, các muối ammonium đều tan trong nước.

• Các muối ammonium tan trong nước là chất điện li mạnh.

• Nhiều muối ammonium kém bền nhiệt.

• Ion NH₄⁺ có tính acid yếu và phản ứng với OH⁻ tạo NH₃.

Hướng dẫn giải:

Phát biểu A cho rằng tất cả muối ammonium đều bền với nhiệt là không đúng. Nhiều muối ammonium dễ bị phân hủy khi đun nóng, ví dụ:

\(NH_4HCO_3\) → \(NH_3\)↑ + \(CO_2\)↑ + \(H_2O\)

Do đó, chọn A. Tất cả muối ammonium bền với nhiệt

Câu 5

Trộn 300 ml dung dịch \(NaNO_2\) 2M với 200 ml dung dịch \(NH_4Cl\) 2M rồi đun nóng cho đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn. Thể tích khí thu được ở điều kiện chuẩn là bao nhiêu?

A. 24,79 L

B. 14,874 L

C. 9,916 L

D. 1,2395 L

Đáp án: C

Phân tích đề bài:

• Dạng bài: Phản ứng giữa muối ammonium và muối nitrite, có xét chất giới hạn.

• Dữ kiện đề cho: 300 ml dung dịch \(NaNO_2\) 2M và 200 ml dung dịch \(NH_4Cl\) 2M.

• Thông tin cần tìm: Thể tích khí \(N_2\) tạo thành.

• Hướng xử lý: Tính số mol hai chất, xác định chất giới hạn, từ đó tính số mol và thể tích \(N_2\).

Kiến thức cần dùng:

Công thức tính số mol từ nồng độ mol: \(n=C_MV\).

Phương trình phản ứng tổng quát:

\[NH_4Cl+NaNO_2\rightarrow N_2+NaCl+2H_2O\]

Tỉ lệ mol \[NH_4Cl:NaNO_2:N_2=1:1:1\]

Hướng dẫn giải:

Số mol \(NaNO_2\):

\(n_{NaNO_2}=2\times0{,}300=0{,}60\ \text{mol}\)

Số mol \(NH_4Cl\):

\(n_{NH_4Cl}=2\times0{,}200=0{,}40\ \text{mol}\)

Theo phương trình, \(NH_4Cl\) và \(NaNO_2\) phản ứng theo tỉ lệ 1 : 1. Vì \(n_{NH_4Cl}<n_{NaNO_2}\) nên \(NH_4Cl\) phản ứng hết.

Do đó \(n_{N_2}=n_{NH_4Cl}=0{,}40\ \text{mol}\).

Thể tích khí \(N_2\) ở điều kiện chuẩn:

\[V_{N_2}=0{,}40\times24{,}79=9{,}916\ \text{L}\]

Vậy chọn C. 9,916 L.

Tự luận vận dụng

Câu 1

Cho 5,35 g \(NH_4Cl\) phản ứng hoàn toàn với NaOH dư. Tính thể tích NH₃ thu được ở điều kiện chuẩn.

Phân tích đề bài:

• Dạng bài: Tính lượng NH₃ sinh ra từ phản ứng của muối ammonium với kiềm.

• Dữ kiện đề cho:

  • \(m_{NH_4Cl}\) =5,35g

  • NaOH dư nên \(NH_4Cl\) phản ứng hết.

• Thông tin cần tìm: Thể tích khí NH₃ tạo thành.

• Hướng xử lý: Đổi khối lượng \(NH_4Cl\) thành số mol, sử dụng tỉ lệ phương trình phản ứng để tìm số mol NH₃, sau đó tính thể tích khí.

Kiến thức cần dùng:

Công thức:

n = \(\frac{m}{M}\)

Phương trình:

\(NH_4Cl\) + NaOH → NaCl + NH₃↑ + H₂O

Theo phương trình:

\(n_{NH_4Cl}\) : \(n_{NH_3}\) = 1 : 1

Hướng dẫn giải:

Số mol \(NH_4Cl\):
\(n_{NH_4Cl}\) = \(\frac{5,35}{53,5}\) = 0,10 mol

Do NaOH dư nên toàn bộ \(NH_4Cl\) phản ứng.

Theo phương trình:

\(n_{NH_3}\) = \(n_{NH_4Cl}\) = 0,10 mol

Thể tích khí NH₃:

\(V_{NH_3}\) = 0,10 × 24,79 = 2,479 L

Vậy thể tích khí NH₃ thu được là 2,479 L.

Câu 2

Có ba dung dịch \(NH_4Cl\), NaCl và \(Na_2SO_4\). Chỉ dùng NaOH và \(BaCl_2\), hãy nhận biết từng dung dịch

Phân tích đề bài:

• Dạng bài: Nhận biết các dung dịch mất nhãn bằng phản ứng đặc trưng của ion.

• Dữ kiện đề cho: Ba dung dịch \(NH_4Cl\), NaCl và \(Na_2SO_4\), thuốc thử được phép sử dụng là NaOH và \(BaCl_2\).

• Thông tin cần tìm: Cách xác định chính xác từng dung dịch.

• Hướng xử lý: Trước tiên nhận biết \(NH_4^{+}\) bằng NaOH, sau đó dùng \(BaCl_2\) để phân biệt \(SO_4^{2-}\) với \(Cl^{-}\).

Kiến thức cần dùng:

\(NH_4^{+}\) phản ứng với OH⁻ khi đun nhẹ tạo NH₃:

NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃ + H₂O

Ion SO₄²⁻ phản ứng với Ba²⁺ tạo kết tủa trắng BaSO₄:

Ba²⁺ + \(SO_4^{2-}\) → BaSO₄↓

NaCl không cho hiện tượng đặc trưng với hai thuốc thử trên trong điều kiện của bài.

Hướng dẫn giải:

Bước 1: Nhận biết \(NH_4Cl\)

Lấy một lượng nhỏ mỗi dung dịch vào các ống nghiệm riêng, thêm NaOH rồi đun nhẹ.

Mẫu xuất hiện khí NH₃ làm quỳ tím ẩm chuyển xanh là \(NH_4Cl\).

Phương trình:

NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃ + H₂O

Hay phương trình ion rút gọn:

NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃ + H₂O

Bước 2: Phân biệt NaCl và Na₂SO₄

Cho BaCl₂ vào hai mẫu còn lại.

• Mẫu xuất hiện kết tủa trắng là Na₂SO₄:

Na₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + 2NaCl

Phương trình ion rút gọn:

Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄

• Mẫu không xuất hiện hiện tượng là NaCl.

Kết luận: Dùng NaOH để nhận biết NH₄Cl trước, sau đó dùng BaCl₂ để phân biệt Na₂SO₄ và NaCl.

Muối ammonium là nhóm hợp chất ion chứa \(NH_4^{+}\)có nhiều tính chất và ứng dụng quan trọng. Học sinh cần ghi nhớ ba điểm cốt lõi:

• Các muối ammonium thông dụng thường tan tốt trong nước

• \(NH_4^{+}\) phản ứng với \(OH^{-}\) tạo \(NH_3^{}\)

• Nhiều muối ammonium kém bền khi đun nóng. Từ các đặc điểm này, người học có thể nhận biết \(NH_4^{+}\), dự đoán hiện tượng và giải các bài tập định tính hoặc định lượng liên quan.

Để hệ thống thêm kiến thức về nitrogen, ammonia và kiến thức hóa học vô cơ khác, học sinh có thể tiếp tục tham khảo chuyên mục bài giảng Hóa học 11 tại ZIM Academy.