Bài học

Muối ammonium: tính chất, nhận biết và ứng dụng

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em nêu được tính chất chung của muối ammonium, viết được phản ứng nhận biết ion ammonium bằng dung dịch base mạnh, giải thích được phản ứng nhiệt phân của muối ammonium, và so sánh được hàm lượng nitrogen giữa các loại phân đạm ammonium thường gặp để lựa chọn phân bón phù hợp.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã viết phản ứng $NH_3 + HCl \to NH_4Cl$ — đây chính là cách tạo ra một muối ammonium. Bài này khai thác tiếp tính chất của những muối đó, dựa trên nguyên tắc phản ứng trao đổi ion đã học ở lớp dưới: acid mạnh hơn (hoặc base mạnh hơn) đẩy được acid yếu hơn (hoặc base yếu hơn) ra khỏi muối của nó.

Khởi động

Một túi phân đạm ghi nhãn "NH₄NO₃ — hàm lượng N: 35%". Nếu nghi ngờ gói phân trong kho thực chất chỉ là muối ăn giả nhãn, làm sao chỉ bằng vài thao tác đơn giản trong phòng thí nghiệm — không cần máy móc phức tạp — để khẳng định đó đúng là một muối ammonium?

Kiến thức trọng tâm

Muối ammonium là muối chứa cation $NH_4^+$ , ví dụ $NH_4Cl$ (ammonium chloride), $(NH_4)_2SO_4$ (ammonium sulfate), $NH_4NO_3$ (ammonium nitrate). Tất cả muối ammonium đều tan tốt trong nước — đây là đặc điểm chung, khác hẳn với nhiều muối kim loại kém tan.

Phản ứng đặc trưng — nhận biết ion ammonium: khi đun nóng muối ammonium với dung dịch base mạnh (thường dùng $NaOH$ ), ion $NH_4^+$ bị base mạnh đẩy trở lại thành khí $NH_3$ thoát ra, vì $NH_3$ là base yếu hơn $NaOH$ rất nhiều.

$NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t^\circ} NaCl + NH_3\uparrow + H_2O$

Khí $NH_3$ thoát ra có mùi khai đặc trưng, làm quỳ tím tẩm ướt đặt ở miệng ống nghiệm chuyển sang màu xanh — đây là dấu hiệu để nhận biết một dung dịch có chứa ion ammonium, phản ứng được dùng phổ biến trong phòng thí nghiệm lẫn kiểm tra nhanh phân bón.

Phản ứng nhiệt phân: đun nóng riêng muối ammonium (không cần base) cũng làm muối phân huỷ, sản phẩm phụ thuộc vào gốc acid đi kèm. Với $NH_4NO_3$ , đun đến khoảng 200–260 °C sinh ra khí dinitrogen oxide và hơi nước:

$NH_4NO_3 \xrightarrow{t^\circ} N_2O\uparrow + 2H_2O$

Ứng dụng làm phân bón: cả ba muối $NH_4Cl$ , $(NH_4)_2SO_4$ , $NH_4NO_3$ đều được dùng làm phân đạm, cung cấp nitrogen — nguyên tố thiết yếu cho cây tổng hợp protein và phát triển thân lá. Vì giá phân bón thường tính theo khối lượng bao, hàm lượng $\%N$ khác nhau giữa các loại muối quyết định hiệu quả kinh tế: muối nào có $\%N$ càng cao, cùng một khối lượng bón sẽ cung cấp càng nhiều nitrogen nguyên chất cho cây.

Muối ammonium còn có những ứng dụng khác ngoài nông nghiệp. $NH_4Cl$ được dùng làm chất điện li trong pin khô Leclanché (loại pin phổ biến trong đồ gia dụng), và cũng được dùng trong một số công đoạn hàn kim loại để làm sạch bề mặt oxide trước khi hàn. $(NH_4)_2SO_4$ ngoài vai trò phân bón còn được dùng trong xử lí nước và một số quy trình công nghiệp dệt nhuộm. Khi chọn loại muối ammonium cho một mục đích cụ thể, người ta cân nhắc không chỉ hàm lượng nitrogen mà cả tính chất của gốc acid đi kèm — ví dụ đất đã chua không nên bón thêm phân có gốc $Cl^-$ hay $SO_4^{2-}$ với liều lượng lớn vì có thể làm đất chua thêm.

**Muối ammonium** là muối chứa cation $NH_4^+$, ví dụ $NH_4Cl$ (ammonium chloride), $(NH_4)_2SO_4$ (ammonium sulfate), $NH_4NO_3$ (ammonium nitrate). Tất cả muối ammonium đều **tan tốt** trong nước — đây là đặc điểm chung, khác hẳn với nhiều muối kim loại kém tan. **Phản ứng đặc trưng — nhận biết ion ammonium**: khi đun nóng muối ammonium với dung dịch base mạnh (thường dùng $NaOH$), ion $NH_4^+$ bị base mạnh đẩy trở lại thành khí $NH_3$ thoát ra, vì $NH_3$ là base yếu hơn $NaOH$ rất nhiều. $$NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t^\circ} NaCl + NH_3\uparrow + H_2O$$ Khí $NH_3$ thoát ra có mùi khai đặc trưng, làm quỳ tím tẩm ướt đặt ở miệng ống nghiệm chuyển sang màu xanh — đây là dấu hiệu để **nhận biết** một dung dịch có chứa ion ammonium, phản ứng được dùng phổ biến trong phòng thí nghiệm lẫn kiểm tra nhanh phân bón. **Phản ứng nhiệt phân**: đun nóng riêng muối ammonium (không cần base) cũng làm muối phân huỷ, sản phẩm phụ thuộc vào gốc acid đi kèm. Với $NH_4NO_3$, đun đến khoảng 200–260 °C sinh ra khí dinitrogen oxide và hơi nước: $$NH_4NO_3 \xrightarrow{t^\circ} N_2O\uparrow + 2H_2O$$ **Ứng dụng làm phân bón**: cả ba muối $NH_4Cl$, $(NH_4)_2SO_4$, $NH_4NO_3$ đều được dùng làm phân đạm, cung cấp nitrogen — nguyên tố thiết yếu cho cây tổng hợp protein và phát triển thân lá. Vì giá phân bón thường tính theo khối lượng bao, hàm lượng $\%N$ khác nhau giữa các loại muối quyết định hiệu quả kinh tế: muối nào có $\%N$ càng cao, cùng một khối lượng bón sẽ cung cấp càng nhiều nitrogen nguyên chất cho cây. Muối ammonium còn có những ứng dụng khác ngoài nông nghiệp. $NH_4Cl$ được dùng làm chất điện li trong pin khô Leclanché (loại pin phổ biến trong đồ gia dụng), và cũng được dùng trong một số công đoạn hàn kim loại để làm sạch bề mặt oxide trước khi hàn. $(NH_4)_2SO_4$ ngoài vai trò phân bón còn được dùng trong xử lí nước và một số quy trình công nghiệp dệt nhuộm. Khi chọn loại muối ammonium cho một mục đích cụ thể, người ta cân nhắc không chỉ hàm lượng nitrogen mà cả tính chất của gốc acid đi kèm — ví dụ đất đã chua không nên bón thêm phân có gốc $Cl^-$ hay $SO_4^{2-}$ với liều lượng lớn vì có thể làm đất chua thêm.

NH₄NO₃ có hàm lượng N cao nhất trong ba loại muối này nhờ chứa 2 nguyên tử N trong phân tử.

Ví dụ

Nhận biết một mẫu muối ammonium chưa rõ nhãn

1
Một mẫu chất rắn màu trắng nghi ngờ là phân đạm ammonium nitrate nhưng nhãn đã mờ. Đề xuất một thí nghiệm đơn giản để xác nhận mẫu chứa ion $NH_4^+$ , và mô tả hiện tượng nếu đúng.
Một mẫu chất rắn màu trắng nghi ngờ là phân đạm ammonium nitrate nhưng nhãn đã mờ. Đề xuất một thí nghiệm đơn giản để xác nhận mẫu chứa ion $NH_4^+$, và mô tả hiện tượng nếu đúng.
2
Dùng dung dịch $NaOH$ đặc, đun nhẹ với mẫu chất rắn — đây là phản ứng đặc trưng để nhận biết ion ammonium vì $NaOH$ là base mạnh, đẩy được $NH_4^+$ (base rất yếu) ra khỏi muối.
Dùng dung dịch $NaOH$ đặc, đun nhẹ với mẫu chất rắn — đây là phản ứng đặc trưng để nhận biết ion ammonium vì $NaOH$ là base mạnh, đẩy được $NH_4^+$ (base rất yếu) ra khỏi muối.
3
Nếu mẫu đúng là $NH_4NO_3$ : $NH_4NO_3 + NaOH \xrightarrow{t^\circ} NaNO_3 + NH_3\uparrow + H_2O$ . Khí thoát ra có mùi khai, làm giấy quỳ tím ẩm đặt ở miệng ống nghiệm chuyển sang màu xanh.
Nếu mẫu đúng là $NH_4NO_3$: $NH_4NO_3 + NaOH \xrightarrow{t^\circ} NaNO_3 + NH_3\uparrow + H_2O$. Khí thoát ra có mùi khai, làm giấy quỳ tím ẩm đặt ở miệng ống nghiệm chuyển sang màu xanh.
4
Nếu quan sát đúng hiện tượng mùi khai và quỳ tím hoá xanh, có thể khẳng định mẫu chứa ion ammonium — phù hợp với nhãn ban đầu là ammonium nitrate.
5
Vậy chỉ cần đun nhẹ mẫu với $NaOH$ đặc và thử khí bằng quỳ tím ẩm là đủ để xác nhận sự có mặt của $NH_4^+$ , không cần thiết bị phức tạp.
Vậy chỉ cần đun nhẹ mẫu với $NaOH$ đặc và thử khí bằng quỳ tím ẩm là đủ để xác nhận sự có mặt của $NH_4^+$, không cần thiết bị phức tạp.

Ví dụ

So sánh và lựa chọn phân đạm theo hàm lượng nitrogen

1
Một hộ nông dân cần bón 70 kg nitrogen nguyên chất cho một vụ mùa, có thể chọn $NH_4Cl$ (%N = 26,2%) hoặc $NH_4NO_3$ (%N = 35%). Tính khối lượng phân bón cần dùng cho mỗi loại, từ đó nhận xét loại nào tiết kiệm khối lượng vận chuyển hơn.
Một hộ nông dân cần bón 70 kg nitrogen nguyên chất cho một vụ mùa, có thể chọn $NH_4Cl$ (%N = 26,2%) hoặc $NH_4NO_3$ (%N = 35%). Tính khối lượng phân bón cần dùng cho mỗi loại, từ đó nhận xét loại nào tiết kiệm khối lượng vận chuyển hơn.
2
$m(NH_4Cl) = \dfrac{70}{0{,}262} \approx 267{,}2$ kg.
$m(NH_4Cl) = \dfrac{70}{0{,}262} \approx 267{,}2$ kg.
3
$m(NH_4NO_3) = \dfrac{70}{0{,}35} = 200$ kg.
$m(NH_4NO_3) = \dfrac{70}{0{,}35} = 200$ kg.
4
Với cùng một lượng nitrogen cần cung cấp, $NH_4NO_3$ chỉ cần 200 kg trong khi $NH_4Cl$ cần tới 267,2 kg — chênh lệch hơn 67 kg.
Với cùng một lượng nitrogen cần cung cấp, $NH_4NO_3$ chỉ cần 200 kg trong khi $NH_4Cl$ cần tới 267,2 kg — chênh lệch hơn 67 kg.
5
Vậy chọn $NH_4NO_3$ tiết kiệm được đáng kể khối lượng phân bón cần vận chuyển và bảo quản so với $NH_4Cl$ , dù giá thành mỗi loại còn phụ thuộc thêm các yếu tố khác như độ ẩm đất, loại cây trồng.
Vậy chọn $NH_4NO_3$ tiết kiệm được đáng kể khối lượng phân bón cần vận chuyển và bảo quản so với $NH_4Cl$, dù giá thành mỗi loại còn phụ thuộc thêm các yếu tố khác như độ ẩm đất, loại cây trồng.

Sai lầm thường gặp

Nhiều em nhầm phản ứng nhận biết ( $NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t^\circ} NH_3\uparrow + H_2O$ , cần đun nóng với base mạnh) với phản ứng nhiệt phân riêng muối ( $NH_4NO_3 \xrightarrow{t^\circ} N_2O + 2H_2O$ , không cần base). Hai phản ứng cho sản phẩm khí hoàn toàn khác nhau ( $NH_3$ so với $N_2O$ ) — hãy đọc kĩ đề để biết muối được đun riêng hay đun cùng dung dịch base.

Nhiều em nhầm phản ứng nhận biết ($NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t^\circ} NH_3\uparrow + H_2O$, cần đun nóng với base mạnh) với phản ứng nhiệt phân riêng muối ($NH_4NO_3 \xrightarrow{t^\circ} N_2O + 2H_2O$, không cần base). Hai phản ứng cho sản phẩm khí hoàn toàn khác nhau ($NH_3$ so với $N_2O$) — hãy đọc kĩ đề để biết muối được đun riêng hay đun cùng dung dịch base.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Muối ammonium tan tốt trong nước, bị base mạnh đẩy ra khỏi muối khi đun nóng tạo khí $NH_3$ mùi khai (phản ứng nhận biết đặc trưng), và bị nhiệt phân riêng theo gốc acid đi kèm (ví dụ $NH_4NO_3 \to N_2O + 2H_2O$ ). Hàm lượng $\%N$ khác nhau giữa các muối ammonium quyết định hiệu quả kinh tế khi dùng làm phân đạm.

Muối ammonium tan tốt trong nước, bị base mạnh đẩy ra khỏi muối khi đun nóng tạo khí $NH_3$ mùi khai (phản ứng nhận biết đặc trưng), và bị nhiệt phân riêng theo gốc acid đi kèm (ví dụ $NH_4NO_3 \to N_2O + 2H_2O$). Hàm lượng $\%N$ khác nhau giữa các muối ammonium quyết định hiệu quả kinh tế khi dùng làm phân đạm.

Cầu nối

Chương tiếp theo chuyển sang một hợp chất nitrogen hoàn toàn khác về vai trò: nitric acid $HNO_3$ — không còn là base yếu như $NH_3$ , mà là một acid mạnh và chất oxi hoá mạnh, phản ứng được với hầu hết kim loại kể cả những kim loại "trơ" với acid thông thường.

Chương tiếp theo chuyển sang một hợp chất nitrogen hoàn toàn khác về vai trò: nitric acid $HNO_3$ — không còn là base yếu như $NH_3$, mà là một acid mạnh và chất oxi hoá mạnh, phản ứng được với hầu hết kim loại kể cả những kim loại "trơ" với acid thông thường.