Chi tiết thông tin

Bài 7 : Nitơ

89 View

Tính chất của Nitơ (N₂)

I. Cấu tạo phân tử

- Nhóm VA có cấu hình electron ngoài cùng là: ns²np³. - Nên vừa thể hiện được tính oxh và tính khử. - Cấu hình electron của N₂: 1s²2s²2p³. - CTCT: N ≡ N. - CTPT: N₂. - Số oxh của N₂: -3, 0, +1, +2, +3, +4, +5.

II. Tính chất vật lý

- Là chất khí không màu, không mùi, không vị, hơi nhẹ hơn không khí (d = 28/29), hóa lỏng ở -196 ºC. - Nitơ ít tan trong nước, hoá lỏng và hoá rắn ở nhiệt độ rất thấp. Không duy trì sự cháy và sự hô hấp (không độc).

III. Tính chất hóa học

- Nitơ có các số oxi hoá: -3, 0, +1, +2, +3, +4, +5. - N₂ có số oxi hoá 0 nên vừa thể hiện tính oxi hoá và tính khử. - Nitơ có E_{N N} = 946 kJ/mol, ở nhiệt độ thường nitơ khá trơ về mặt hóa học nhưng ở nhiệt độ cao hoạt động hơn. - Nitơ thể hiện tính oxi hóa và tính khử, tính oxi hóa đặc trưng hơn. 1. Tính oxi hoá: Phân tử nitơ có liên kết ba rất bền, nên nitơ khá trơ về mặt hóa học ở nhiệt độ thường. a. Tác dụng với hidro Ở nhiệt độ cao, áp suất cao và có xúc tác. Nitơ phản ứng với hidro tạo amoniac.

b. Tác dụng với kim loại - Ở nhiệt độ thường nitơ chỉ tác dụng với liti tạo liti nitrua: 6Li + N₂ → 2Li₃N. - Ở nhiệt độ cao, nitơ tác dụng với nhiều kim loại: 3Mg + N₂ → Mg₃N₂ (magie nitrua). Lưu ý: Các nitrua dễ bị thủy phân tạo NH₃. Nitơ thể hiện tính oxi hoá khi tác dụng với nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn. 2. Tính khử - Ở nhiệt độ cao (3000 ºC) Nitơ phản ứng với oxi tạo nitơ monoxit.

- Ở điều kiện thường, nitơ monoxit tác dụng với oxi không khí tạo nitơ đioxit màu nâu đỏ.

Nitơ thể hiện tính khử khi tác dụng với nguyên tố có độ âm điện lớn hơn. - Các oxit khác của nitơ: N₂O, N₂O₃, N₂O₅ không điều chế được trực tiếp từ nitơ và oxi. Ghi nhớ: Nitơ thể hiện tính khử khi tác dụng với các nguyên tố có độ âm điện lớn hơn. Thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với các nguyên tố có độ âm điện lớn hơn.

IV. Trạng thái tự nhiên

Trong tự nhiên, nito tồn tại ở dạng tự do và dạng hợp chất. - Ở dạng tự do, nito chiếm 80% thể tích không khí. - Ở dạng hợp chất, nito có nhiều trong khoáng vật NaNO₃ có tên là diêm tiêu natri. Ngoài ra nito có trong thành phần của protein, axit ucleic, … và nhiều hợp chất hữu khác.

V. Ứng dụng và điều chế

1. Ứng dụng - Nitơ là thành phần dinh dưỡng chính của thực vật. - Tổng hợp amoniac để điều chế phân đạm, axit nitric … - Được dùng làm môi trường trơ trong công nghiệp. - Nitơ lỏng được dùng để bảo quản máu và các mẫu sinh học khác. 2. Điều chế. a. Trong công nghiệp Chưng cất phân đoạn không khí lỏng, thu nitơ ở -196 ºC, vận chuyển trong các bình thép, nén dưới áp suất 150 at. b. Trong phòng thí nghiệm Đun dung dịch bão hòa muối amoni nitrit (Hỗn hợp NaNO₂ và NH₄Cl):

Bài 1 (trang 31 SGK Hóa 11):

Trình bày cấu tạo của phân tử N₂? Vì sao ở điều kiện thường nitơ là một chất trơ? Ở điều kiện nào nitơ trở nên hoạt động hơn? Lời giải: - Cấu hình e của nitơ: 1s²2s²2p³ CTCT của phân tử nitơ: N ≡ N - Giữa hai nguyên tử trong phân tử N₂ hình thành một liên kết ba bền vững. Mỗi nguyên tử ni tơ trong phân tử N₂ có 8e lớp ngoài cùng, trong sđó có ba cặp e dùng chung và 1 cặp e dùng riêng đã ghép đôi. Ở điều kiện thường nitơ là chất trơ vì có lên kết ba bền vững giữa hai nguyên tử, liên kết này chỉ bị phân huỷ rõ rệt thành nguyên tử ở nhiệt độ 3000^oC. Ở nhiệt độ cao nitơ trở nên hoạt động vì phân tử N₂ phân huỷ thành nguyên tử nitơ có 5e lớp ngoài cùng và có độ âm điện tương đối lớn (3,04) nên trở nên hoạt động.

Bài 2 (trang 31 SGK Hóa 11):

Nitơ không duy trì sự hô hấp, nitơ có phải khí độc không? Lời giải: Nitơ không phải là khí độc mặc dù không duy trì sự hô hấp và sự cháy.

Bài 3 (trang 31 SGK Hóa 11):

a. Tìm các cặp công thức đúng của liti nitrua và nhóm nitrua: A. LiN₃ và Al₃N B. Li₃N và AlN C. Li₂N₃ và Al₂N₃ D. Li₃N₂ và Al₃N₂ b. Viết phương trình hoá học của phản ứng tạo thành liti nitrua và nhóm nitrua khi cho liti và nhôm tác dụng trực tiếp với nitơ. Trong các phản ứng này nitơ là chất oxi hoá hay chất khử? Lời giải: a. Đáp án B Khi liên kết với kim loại nitơ dễ nhận thêm 3e (N có 5e lớp ngoài cùng nên có số oxi hoá -3 còn Li dễ nhường 1e và Al dễ nhường 3e nên lần lượt có số oxi hoá là +1 và +3) b.

Ta thấy trong các phản ứng trên nitơ là chất oxi hoá vì

Bài 4 (trang 31 SGK Hóa 11):

Nguyên tố nitơ có số oxi hoá là bao nhiêu trong các hợp chất sau: NO, NO₂, NH₃, NH₄Cl, N₂O, N₂O₃, N₂O₅, Mg₃N₂? Lời giải: Trong các hợp chất trên, số oxi hoá của nitơ lần lượt là: +2, +4, -3, -3, +1, +3, +5, -3.

Bài 5 (trang 31 SGK Hóa 11):

Cần bao nhiêu lít khí nitơ và khí hiđro để điều chế được 67,2 lit khí amoniac? Biết rằng thể tích của các khí đề được đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất và hiệu suất của phản ứng là 25%? Lời giải: Ta thấy tỉ lệ về thể tích cùng là tỉ lệ về số mol:

Tỉ lệ số mol cũng chính là tỉ lệ thể tích Theo pt:

Do hiệu suất của phản ứng là 25% nên thể tích của nitơ và hiđro cần lấy là:

Trắc nghiệm

Bài 1: Nung nóng 4,8 gam Mg trong bình phản ứng chứa 1 mol khí N₂. Sau một thời gian, đưa bình về nhiệt độ ban đầu, thấy áp suất khí trong bình giảm 5% so với áp suất ban đầu. Thành phần phần trăm Mg đã phản ứng là A. 37,5%. B. 25,0%. C. 50%. D. 75%.

Đáp án: D Trong bình phản ứng cùng thể tích nhiệt độ do đó áp suất tỉ lệ với số mol, áp suất bình giảm 5% so với ban đầu ⇒ n_N2 pư = 5% ban đầu = 0,05 mol 3Mg + N₂ -^toC→ Mg₃N₂ n_Mg = 3n_N2 = 0,15

Bài 2: Hỗn hợp N₂ và H₂ trong bình phản ứng ở nhiệt độ không đổi. Sau thời gian phản ứng, áp suất các khí trong bình thay đổi 5% so với áp suất ban đầu. biết rằng số mol N₂ đã phản ứng là 10%. Thành phần phần trăm số mol N₂ trong hỗn hợp ban đầu là A. 20%. B. 25%. C. 10%. D. 5%.

Đáp án: D N₂ + 3H₂ -^toC→ 2NH₃ Áp suất thay đổi 5% so với áp suất ban đầu

Giả sử trước phản ứng có 1 mol ⇒ sau phản ứng có 0,95 mol n_trước – n_sau = 2n_N2 pư = 0,05 mol n_{N2 ban đầu} = 0,025 : 10% = 0,25 ⇒ %n_N2 = 25%

Bài 3: Hỗn hợp khi X gồm N₂ và H₂ có tỉ khối hơi so với He bằng 1,8. Đun nóng trong bình kín một thời gian (có bột Fe làm xúc tác) thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối hơn sô với He bằng 2. Hiệu suất phản ứng tổng hợp NH₃ là A. 10%. B. 20%. C. 25%. D. 5%.

Đáp án: C M_X = 4.1,8 = 7,2 Xét 1 mol hỗn hợp gồm a mol N₂ và b mol H₂: a + b = 1; 28a + 2b = 7,2 ⇒ a = 0,2; b = 0,8 (mol) N₂ + 3H₂ → 2NH₃ n_Y = 1 – 2a Mà M_Y = 4.2 = 8; m_Y = m_X = 7,2 ⇒ n_Y = 0,9 = 1 – 2a ⇒ a = 0,05 (mol). Vậy H = (0,05/0,2). 100% = 25%

Bài 4: Người ta sản xuất khi nitơ trong công nghiệp bằng cách nào sau đây? A. Chưng cất phân đoạn không khí lỏng. B. Nhiệt phân dung dịch NH₄NO₂ bão hoà. C. Dùng photpho để đốt cháy hết oxi không khí. D. Cho không khí đi qua bột đồng nung nóng

Đáp án: A

Bài 5: Hiệu suất của phản ứng giữa N₂ và H₂ tạo thành NH₃ tăng nếu A. giảm áp suất, tăng nhiệt độ. B. giảm áp suất, giảm nhiệt độ. C. tăng áp suất, tăng nhiệt độ. D. tăng áp suất, giảm nhiệt độ.

Đáp án: D

Chiều thuận của phản ứng có tổng số mol khí giảm ⇒ muốn tăng hiệu suất thì tăng áp suất Chiều thuận của phản ứng là chiều tỏa nhiệt ⇒ tăng hiệu suất thì giảm nhiệt độ

Bài 6: Trong phòng thí nghiệm có thể điều chế N₂ bằng cách A. nhiệt phân NaNO₂B. Đun hỗn hợp NaNO₂ và NH₄Cl C. thủy phân Mg₃N₂D. phân hủy khí NH₃

Đáp án: B

Bài 7: Trong phản ứng nào sau đây, nitơ thể hiện tính khử ? A. N₂ + 3H₂ → 2NH₃B. N₂ + 6Li → 2Li₃N C. N₂ + O₂ → 2NO D. N₂ + 3Mg → Mg₃N₂

Đáp án: C

Bài 8: Khí N₂ tác dụng với dãy chất nào sau đây: A. Li, CuO và O₂B. Al, H₂ và Mg C. NaOH, H₂ và Cl₂D. HI, O₃ và Mg

Đáp án: B

Bài 9: Hỗn hợp X gồm N₂ và H₂ có M_X = 12,4. Dẫn X đi qua bình đựng bột Fe rồi nung nóng biết hiệu suất tổng hợp NH₃ đạt 40% thì thu được hỗn hợp Y. M_Y có giá trị là : A. 15,12 B. 18,23 C. 14,76 D. 13,48

Đáp án: C Áp dụng sơ đồ đường chéo cho hỗn hợp N₂ và H₂ ta có :

Với tỉ lệ trên suy ra H₂ thiếu, hiệu suất phản ứng tính theo H₂. Trong hỗn hợp X ta chọn

Số mol H₂ phản ứng là 3.40% = 1,2 mol, suy ra số mol N₂ phản ứng là 0,4 mol, số mol NH₃ sinh ra là 0,8 mol. Sau phản ứng số mol khí giảm là (1,2 + 0,4) – 0,8 = 0,8 mol. Sau phản ứng số mol khí giảm là 0,8 mol nên: n_Y = n_X - 0,8 = 2 + 3 - 0,8 = 4,2 mol Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: m_Y = m_X = m_N2 + m_H2 = 2.28 + 3.2 = 62 gam Vậy

Bài 10: Một bình kín có thể tích là 0,5 lít chứa 0,5 mol H₂ và 0,5 mol N₂, ở nhiệt độ (t^oC). Khi ở trạng thái cân bằng có 0,2 mol NH₃ tạo thành. Hằng số cân bằng K_C của phản ứng tổng hợp NH₃ là : A. 1.278 B. 3,125 C. 4.125 D. 6,75

Đáp án: B Theo giả thiết ta thấy ban đầu [H₂] = [N₂] = 1M. Thực hiện phản ứng tổng hợp NH₃ đến thời điểm cân bằng [NH₃] = 0,4M Phương trình phản ứng hoá học :

Theo (1) tại thời điểm cân bằng [NH₃] = 0,8M; [H₂] = 0,4M; [NH₃] = 0,4M. Vậy hằng số cân bằng của phản ứng tổng hợp NH₃ là :

Bài 11: Cấu hình electron nguyên tử của nitơ là A. 1s²2s²2p¹. B. 1s²2s²2p⁵. C. 1s²2s²2p⁶3s²3p². D. 1s²2s²2p³.

Đáp án: D

Bài 12: Khi có tia lửa điện hoặc ở nhiệt độ cao, nitơ tác dụng trực tiếp với ôxi tạo ra hợp chất X. Công thức của X là A. N₂O. B. NO₂. C. NO. D. N₂O₅.

Đáp án: C

Bài 13: Nitơ thể hiện tính khử trong phản ứng với chất nào sau đây ? A. H₂. B. O₂. C. Mg. D. Al.

Đáp án: B

Bài 14: Có thể thu được nitơ từ phản ứng nào sau đây ? A. Đun nóng dung dịch bão hòa natri nitrit với amoni clorua. B. Nhiệt phân muối bạc nitrat. C. Cho bột Cu vào dung dịch HNO₃ đặc nóng. D. Cho muối amoni nitrat vào dung dịch kiềm.

Đáp án: A

Bài 15: Ở nhiệt độ thường, khí nitơ khá trơ về mặt hóa học. Nguyên nhân là do A. trong phân tử N₂ có liên kết ba rất bền. B. trong phân tử N₂, mỗi nguyên tử nitơ còn 1 cặp electron chưa tham gia liên kết. C. nguyên tử nitơ có độ âm điện kemms hơn oxi. D. nguyên tử nitơ có bán kính nhỏ.

Đáp án: A