Title CHUYÊN ĐỀ 5. NHÓM NITƠ.doc ✅

Trang 1 Chuyên đề 5. NHÓM NITƠ A. LÍ THUYẾT CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO I. KHÁI QUÁT VỀ NHÓM NITƠ 1. Vị trí nhóm nitơ trong bảng tuần hoàn Nhóm nitơ gồm các nguyên tố: nitơ (N), photpho (P), asen (As), atimon (Sb) và bitmut (Bi). Chúng đều thuộc các nguyên tố p. 2. Tính chất chung của các nguyên tố nhóm nitơ a) Cấu hình electron nguyên tử Lớp ngoài cùng của nguyên tử là ns 2 np 3 (có 5 electron). • Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử của các nguyên tố nhóm nitơ có 3 electron độc thân, do đó trong một số hợp chất chúng có hoá trị ba. • Đối với nguyên tử của các nguyên tố P, As, Sb và Bi ở trạng thái kích thích, một electron trong cặp electron của phân lớp ns có thể chuyển sang obitan d trống của phân lớp nd. Như vậy, ở trạng thái kích thích nguyên tử của các nguyên tố này có 5 electron độc thân nên có thể có hoá trị năm trong các hợp chất. b) Sự biến đổi tính chất của các đơn chất • Sự biến đổi tính oxi hoá - khử Trong các hợp chất, các nguyên tổ nhóm nitơ có số oxi hoá cao nhất là +5. Ngoài ra, chúng còn có các số oxi hoá 13 và 13. Riêng nguyên tử nitơ còn có thêm các số oxi hoá +1, +2, + 4. Do khả năng giảm và tăng số oxi hoá trong các phản ứng hoá học, nên nguyên tử các nguyên tố nhóm nitơ thể hiện tính oxi hoá và tính khử. Khả năng oxi hoá giảm dần từ nitơ đến bitmut, phù hợp với chiều giảm độ âm điện của nguyên tử các nguyên tố trong nhóm. • Tính kim loại - phi kim Đi tử nitơ đến bitmut, tỉnh phi kim của các nguyên tố giảm dần, đồng thời tính kim loại tăng dân. Nitơ, photpho là các phi kim. Asen thể hiện tính phi kim trội hơn tính kim loại, Antimon thể hiện tính kim loại và tỉnh phi kim ở mức độ gần như nhau, còn bitmut tính kim loại trội hơn tính phi kim. c) Sự biến đổi tính chất của các hợp chất • lợp nhất với hidro Tất cả các nguyên tố nhóm nitơ đều tạo được hợp chất khỉ với hiđro (hiđrua), có công thức chung là RH 3 . Độ bền nhiệt của các hiđrua giảm dần từ NH 3 đến Billy. Dung dịch của chúng không có tính axit. • Oxit và hiđroxit Từ nitơ đến bitmut, tính axit của các oxit và hidroxit tương ứng giảm dần đồng thời tỉnh bazơ của chúng tăng dần. Độ bền của các hợp chất với số oxi hoá +3 tăng. còn độ bền của các hợp chất với số oxi hoá +5 nói chung giảm. Các oxit của nitơ và photpho với số oxi hoá +5 (N 2 O, P 2 O) là oxit axit, hidroxit của chúng là các axit (HNO 3 , HPO 4 ). Trong các oxit với số oxi hoá +3 thì As 2 O 3 là oxit lưỡng tính, tính axit
Trang 2 trội hơn tính bazơ, Sb 2 O 3 là oxit lưỡng tính, tính bazơ trội hơn tính axit, còn Bi 2 O 3 , là oxit bazơ, tan dễ dàng trong dung dịch axit và hầu như không tan trong dung dịch kiềm. II. NITƠ 1. Cấu tạo phân tử Nguyên tử nitơ có cấu hình electron: 2231s2s2p , phân lớp ngoài cùng có 3 electron độc thân. Hai nguyên tử nitơ liên kết với nhau bằng ba liên kết cộng hóa trị không có cực, tạo thành phần tử N 2 . Công thức electron Công thức cấu tạo Công thức phân tử :N::N: :N=N: N 2 Nguyên tố nitơ trong tự nhiên là hỗn hợp hai đồng vị 14 7N (99,63%) và 15 7N (0,37%) 2. Tính chất vật lí Ở điều kiện thường, nitơ là chất khí không màu, không mùi, không vị, hơi nhẹ hơn không khí, hóa lỏng ở - 196°C, hóa rắn ở - 210°C, rất ít tan trong nước, (ở nhiệt độ thường, 1 lít nước hòa tan được 0,015 lít khí nitơ). Nitơ không duy trì sự cháy và sự hô hấp. 3. Tinh chất hóa học • Vi có liên kết bạn với năng lượng liên kết lớn (E N=N = 946 kJ/mol) nên phân tử nitơ rất bền, chỉ ở nhiệt độ cao mới phân li thành nguyên tử. Do vậy, ở nhiệt độ thường, nitơ khá trơ về mặt hóa học, nhưng ở nhiệt độ cao, nitơ trở nên hoạt động hơn và có thể tác dụng với nhiều chất. • Tuỳ thuộc vào bản chất phản ứng mà nitơ thể hiện tính oxi hoá hay tỉnh khử. Tuy nhiên, tính oxi hoá vẫn trội hơn tính khử. a) Tính oxi hóa • Tác dụng với hidro Ở nhiệt độ cao (trên 400°C), áp suất cao và có chất xúc tác, nitơ tác dụng trực tiếp với hidro tạo ra khí amoniac. 223 . N3H2NHtp xt   92HkJ • Tác dụng với kim loại Ở nhiệt độ thường, nitơ chỉ tác dụng với liti 236LiN2LiN liti nitrua Ở nhiệt độ cao, nitơ tác dụng với một số kim loại như Ca, Mg, Al, .. 600C 2323MgNMgN magie nitrua 0 22AlN2AlNt nhôm nitrua Các nitrua kim loại là những tinh thể ion, bị thủy phân hoàn toàn giải phóng NH 3 23 32223 AlN3HOAl(OH),NH MgN6HO3Mg(OH)2NH   b) Tính khử Ở nhiệt độ cao khoảng 3000°C (hoặc nhiệt độ của lò hồ quang điện), nitơ kết hợp trực tiếp với oxi tạo ra khí NO. 0 22NO2NOt  H180kJ Khí NO không màu kết hợp ngay với oxi trong không khí tạo ra nitơ đioxit (NO 2 ) màu nâu. 222NOO2NO
Trang 3 Các oxit khác của nitơ như 22325NO,NO,NO không điều chế được từ phản ứng trực tiếp giữa nitơ và oxi. 4. Điều chế a) Trong phòng thí nghiệm 0 2422NaNONHClNaClN2HOt 0 4222NHNON2HOt b) Trong công nghiệp. Trong công nghiệp người ta hóa lỏng không khí sau đó tách N 2 ra khỏi O 2 bằng phương pháp chưng cất phân đoạn. III. AMONIAC 1. Cấu tạo phân tử Công thức electron Công thức cấu tạo Công thức phân tử NH 3 Phân tử NH 3 có cấu tạo hình chóp, với nguyên tử nitơ ở đỉnh, đáy là tam giác mà định là ba nguyên tử hidro. Ba liên kết N-H đều là liên kết có cực, các cặp electron chung đều lệch về phía nguyên tử nitơ. Do đó, NH 3 là phân tử có cực. Góc HNH = 107°, độ dài liên kết N - H khoảng 0,102 nm. 2. Tính chất vật lí • NH là chất khí không màu, mùi khai và sốc, nhẹ hơn không khí nên có thể thu NH 3 bằng phương pháp đầy không khí. • Khi NH 3 tan nhiều trong nước (0 20°C, 1 lít H 2 O hòa tan 800 lít khí NH 3 ). • Dung dịch NH 3 đậm đặc thường có nồng độ 25%. 3. Tính chất hóa học a) Tính bazơ yếu - Tác dụng với nước Khi tan trong nước, một phần nhỏ phân tử NH 3 kết hợp với ion H + của nước, tạo thành ion amoni 4NH . 324NHHONHOH⇄ Hằng số phân li của NH trong nước ở 25 o C là  45 b 3 NHOH K1,8.10 NH     Như vậy, dung dịch NH 3 có tính bazơ yếu. Dung dịch NH 3 làm phenolphtalein từ không màu chuyển sang màu hồng, quỳ tím chuyển sang màu xanh. - Tác dụng với axit NH 3 phản ứng với axit cho muối amoni. 34NHHNH 34NH(k)HCl(k)NHCl()r (dùng để nhận biết khí NH 3 ) (khói trắng) 32444 22NHHSONHSO (Amoni sunfat: đạm 1 lá) 3343NHHNONHNO (Amoni nitrat: đạm 2 lá) 32243NHCOHONHHCO (Amoni hidrocacbonat) - Tác dụng với dung dịch muối Dung dịch NH 3 có khả năng kết tủa nhiều hiđroxit kim loại khi tác dụng với dung dịch muối của chúng.
Trang 4 3 3234Al3NH3HOAl(OH)3NH 3 3234Fe3NH3HOFe(OH)3NH b) Khả năng tạo phức Dung dịch NH 3 có khả năng hòa tan hiđroxit hay muối ít tan của một số kim loại như g, Cu, Zn, Co, Cd, Hg, Ni tạo thành các dung dịch phức chất        2 2334 332 2 2334 3 3336 2 2334 2 2334 2 2336 Cu(OH)4NHCuNH2OH AgCl2NHAgNHCl Zn(OH)4NHZnNH2OH Co(OH)6NHCoNH3OH Cd(OH)4NHCdNH2OH Hg(OH)4NHHgNII2OH Ni(OH)6NHNiNH                         2OH Sự hình thành các ion phức trên là do trong phân tử NH 3 , nitơ còn một cặp electron không liên kết nên nó dễ tạo liên kết cho - nhân với obitan trống của ion kim loại. c) Tính khử 0 32224NH3O2N6HOt 3 H1,27.10kJ 0 3224NH5O4NO6HOt Pt 907kJH 0 t 3222NH3CuO3Cu3HON 0 323222NHFeO2Fe3HONt 0 3222NH3PbO3Pb3HONt Dẫn khí NH 3 vào bình chứa khí clo, NH 3 tự bốc cháy tạo ra ngọn lửa có "khói" trắng. 2NH 3 + 3Cl 2 → N 2 + 6HCI "Khói" trắng là những hạt NH 4 Cl sinh ra do khí NH 3 vừa tạo thành hóa hợp với NH 3 . 34HCl(k)NH(k)NHCl(r) Để loại bỏ khí clo trong phòng thí nghiệm, người ta dùng khí NH 3 . d) Phản ứng thế - Trong phân tử NH 3 có thể thay thế 1, 2 hoặc cả 3 nguyên tử H bằng kim loại kiềm: 300C 322 1 NHNaNaNHH 2   natri amiđua 0 t 322NH2NaNaNHH natri imidua . 0 t 332 3 NH3NaNaNH 2 natri nitrua - Ở nhiệt độ cao, rất nhiều kim loại tạo được muối nitrua với amoniac 0 32 3 AlNHAlNH 2 t  4. Điều chế