BÀI 4: NITROGEN
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 4: NITROGEN
CHƯƠNG 2: NITROGEN - SULFUR
Mục tiêu
Mục tiêu
- Phát biểu được trạng thál tự nhiên của nguyên tố nitrogen. - Giải thích được tính trơ của đơn chất nitrogen ở nhiệt độ thường thông qua liên kết và giá trị nănglượng liên kết - Trình bày được sự hoạt động của đơn chất nitrogen ở nhiệt độ cao đối với hydrogen, axygen. Liên hệ quá trình tạo và cung cấp nitrate cho đất từ nước mưa, - Giải thích được các ứng dụng của đơn chất nitrogen khí và lỏng trong sản xuất, trong hoạt động nghiên cứu.
MỤC TIÊU
Trạng thái tự nhiên
Trạng thái tự nhiên
I. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
Nguyên tố nitrogen tồn tại trong tự nhiên với 2 đồng vị bền là (99,63%) và (0,37%). + Trong khí quyển Trái Đất, nitrogen là nguyên tố phổ biến nhất, chiếm 75,5% khối lượng (hoặc 78,1% thể tích) và tập trung chủ yếu ở tầng đối lưu. + Trong vỏ Trái Đất, nguyên tố nitrogen tồn tại tập trung ở một số mỏ khoáng dưới dạng sodium nitrate (thường gọi là diêm tiêu Chile). + Nguyên tố nitrogen có trong tất cả cơ thể người, động vật và thực vật, là thành phần cấu tạo nên nucleic acid, protein, … Trong cơ thể người, nitrogen chiếm khoảng 3% khối lượng, đứng thứ tư sau oxygen, carbon và hydrogen.
Ảnh
Ảnh
Cấu tạo nguyên tử, phân tử
Nguyên tử
II. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ, PHÂN TỬ
1. Cấu tạo nguyên tử
- Nguyên tố nitrogen ở ô số 7, nhóm VA, chu kì 2 trong bảng tuần hoàn. Nguyên tử nitrogen có độ âm điện lớn (3,04). Nitrogen là phi kim điển hình. - Nitrogen tạo ra nhiều hợp chất với các số oxi hoá khác nhau từ -3 đến +5. Các số oxi hoá thường gặp của nitrogen được biểu diễn ở trục số oxi hoá dưới đây:
Ảnh
Hoạt động 1
Hoạt động 1 trang 30 Hóa học 11: : Sắp xếp các hợp chất sau vào vị trí tương ứng trong trục biểu diễn số oxi hoá của nitrogen: Latex(NO, N_2O, NO_2, NH_3, HNO_2, HNO_3, NH_4Cl, KNO_2, NaNO_3).
Lời giải:
Ảnh
Hoạt động 2
Hoạt động 2 trang 30 Hóa học 11: Dựa vào trục biểu diễn số oxi hoá của nitrogen để giải thích nitrogen có cả tính oxi hoá và tính khử. Viết một quá trình oxi hoá và một quá trình khử để minh hoạ.
Lời giải: Khi tham gia phản ứng oxi hoá – khử, số oxi hoá của nitrogen có thể giảm hoặc tăng, do đó Latex(N_2) thể hiện tính oxi hoá hoặc tính khử. Một số quá trình minh hoạ: Quá trình oxi hoá: Quá trình khử:
Ảnh
Ảnh
Phân tử
2. Cấu tạo phân tử
Phân tử nitrogen gồm 2 nguyên tử, liên kết với nhau bằng liên kết ba (1 liên kết σ và 2 liên kết π). Phân tử nitrogen có năng lượng liên kết lớn (945 kJ/mol) và không có cực.
Hoạt động 1 trang 30 Hóa học 11: : Viết công thức electron, công thức Lewis và công thức cấu tạo của phân tử nitrogen.
- Công thức electron của phân tử nitrogen:
- Công thức Lewis của phân tử nitrogen:
- Công thức cấu tạo của phân tử nitrogen:
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Hoạt động 2
Hoạt động 2 trang 30 Hóa học 11: Từ cấu tạo phân tử, hãy cho biết tại sao phân tử N2 có năng lượng liên kết lớn. Dự đoán về khả năng hoạt động hoá học của nitrogen ở nhiệt độ thường.
Lời giải: Phân tử nitrogen gồm hai nguyên tử, liên kết với nhau bằng liên kết ba (1 liên kết σ và 2 liên kết π) nên phân tử Latex(N_2) có năng lượng liên kết lớn. Dự đoán: Ở nhiệt độ và áp suất thường, nitrogen khó tham gia phản ứng hoá học.
Tính chất vật lý
Tính chất
III. TÍNH CHẤT VẬT LÝ
Ở điều kiện thường, nitrogen là chất khí, không màu, không mùi, không vị, khó hoá lỏng (hoá lỏng ở -196 oC), tan rất ít trong nước (1 lít nước hoà tan được 0,012 lít khí nitrogen). Khí nitrogen không duy trì sự cháy và sự hô hấp.
Ảnh
Câu hỏi 1
Câu hỏi 1 trang 30 Hóa học 11: Dựa vào sự tương tác van der Waals, hãy giải thích tại sao đơn chất N2 khó hoá lỏng và ít tan trong nước.
Lời giải: Tương tác vander Waals phụ thuộc vào hai yếu tố chính là số lượng eletron và điểm tiếp xúc giữa các phân tử suy ra giữa các phân tử nitrogen tồn tại tương tác van der Waals nhưng rất yếu. Do đó đơn chất Latex(N_2) khó hoá lỏng và ít tan trong nước.
Tính chất hóa học
Tác dụng với hydrogen
IV. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
1. Tác dụng với hydrogen
Trong phản ứng này, nitrogen thể hiện tính oxi hoá. Đây là quá trình quan trọng nhất để sản xuất ammonia, thường gọi là quá trình Haber – Bosch, quá trình này được thực hiện ở quy mô công nghiệp từ năm 1913. Phản ứng tổng hợp ammonia là quá trình trung gian quan trọng để sản xuất nitric acid, thuốc nổ, đạm nitrate, urea, ammophos,…
Ảnh
Tác dụng với oxygen
2. Tác dụng với oxygen
- Ở nhiệt độ cao trên 3000oC hoặc có tia lửa điện, nitrogen kết hợp với oxygen, tạo ra nitrogen monoxide (NO) với hiệu suất rất thấp. - Trong tự nhiên, phản ứng này xảy ra trong những cơn mưa giông kèm sấm sét, khởi đầu cho quá trình chuyển hoá từ nitrogen thành nitric acid. Nitric acid tan trong nước mưa và phân li ra ion nitrate là một dạng phân đạm mà cây trồng hấp thụ được để sinh trưởng, phát triển.
Ảnh
Tác dụng với oxygen (tiếp)
Quá trình tạo và cung cấp đạm nitrate cho đất từ nước mưa được biểu diễn theo sơ đồ: - Trong thực tế, phản ứng hoá hợp giữa nitrogen với oxygen thường xảy ra đồng thời với quá trình đốt cháy nhiên liệu ở nhiệt độ cao bằng không khí. Các hoạt động giao thông vận tải và sản xuất công nghiệp là nguyên nhân chính gây phát thải các oxide của nitrogen vào khí quyển.
Ảnh
Câu hỏi 2
Câu hỏi 2 trang 31 Hóa học 11: Trong phương trình hoá học của phản ứng tổng hợp ammonia, hãy xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hoá và vai trò của nitrogen.
Lời giải: Trong phương trình hoá học của phản ứng tổng hợp ammonia, hãy xác định các nguyên tử Số oxi hoá của nitrogen giảm từ 0 xuống -3 nên trong phản ứng này đơn chất nitrogen đóng vai trò là chất oxi hoá.
Ảnh
Câu hỏi 3
Câu hỏi 3 trang 31 Hóa học 11: Trong phương trình hoá học của phản ứng giữa nitrogen với oxygen: a) Hãy xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hoá. b) Tại sao thực tế không sử dụng phản ứng này để tạo ra NO, một hợp chất trung gian quan trọng trong công nghiệp sản xuất nitric acid?
Lời giải: a) b) Phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ cao trên Latex(3000^oC) hoặc có tia lửa điện, nhưng hiệu suất tạo ra NO rất thấp, do đó thực tế không sử dụng phản ứng này để tạo ra NO.
Ảnh
Câu hỏi 4
Câu hỏi 4 trang 31 Hóa học 11: Viết các phương trình hoá học minh hoạ quá trình hình thành đạm nitrate trong tự nhiên xuất phát từ nitrogen.
Lời giải: Quá trình tạo và cung cấp đạm nitrate cho đất từ nước mưa được biểu diễn theo sơ đồ:
Ảnh
Các phương trình hoá học minh hoạ cho sơ đồ:
Ảnh
Ứng dụng
Ứng dụng
V. ỨNG DỤNG
Một số ứng dụng của nitrogen được thể hiện trong sơ đồ sau:
Ảnh
Câu hỏi 5 trang 32 Hóa học 11:
Lời giải: a) Nitrogen hoá lỏng ở nhiệt độ thấp, -196 oC. Vì vậy, nitrogen lỏng được dùng để bảo quản mẫu vật phẩm trong y học. b) Vì tính chất kém hoạt động hoá học (tính trơ) nên nitrogen không oxi hoá các chất khác ở nhiệt độ thường. Do đó, khí nitrogen được dùng để làm căng vỏ bao bì thực phẩm mà không phải là không khí.