Tiêu đề Chuyên đề 9. Nitrogen và hợp chất - Phần 1.docx ✅

Chuyên đề 9.1: Nitrogen và hợp chất Cấu tạo, các dạng thù hình, tính chất vật lý, tính chất hoá học, điều chế, ứng dụng, trạng thái thiên nhiên của các đơn chất và hợp chất của các nguyên tố nhóm VA Phần I: HỆ THỐNG LÝ THUYẾT CƠ BẢN VÀ NÂNG CAO I. KHÁI QUÁT VỀ NHÓM NITƠ 1. Vị trí nhóm nitrogen trong bảng tuần hoàn Nhóm nitrogen gồm các nguyên tố: nitrogen ( 7 N), phosphorus ( 15 P), arsenic ( 33 As), atimony ( 51 Sb) và bismuth ( 83 Bi), moscovium ( 115 Mc). Chúng đều thuộc các nguyên tố p. 2. Tính chất chung của các nguyên tố nhóm nitrogen 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 nitrogen 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 hoá - khử Trong các hợp chất, các nguyên tổ nhóm nitrogen có số oxygen hoá cao nhất là +5. Ngoài ra, chúng còn có các số oxi hoá -3 oxi và +3. Riêng nguyên tử nitrogen còn có thêm các số oxygen 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 nitrogen thể hiện tính oxi hoá và tính khử. Khả năng oxi hoá giảm dần từ N đến Bi, phù hợp với chiều giảm độ âm điện của nguyên tử các nguyên tố trong nhóm. • Tính kim loại - phi kim Đi tử nitrogen đến bismuth, tỉnh phi kim của các nguyên tố giảm dần, đồng thời tính kim loại tăng dân. Nitrogen, phosphorus 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 • Hợp nhất với hydrogen Tất cả các nguyên tố nhóm nitrogen đều tạo được hợp chất khí với hydrogen (hidride), có công thức chung là RH 3 . Độ bền nhiệt của các hidride giảm dần từ NH 3 đến BiH 3 . Dung dịch của chúng không có tính Acid. • Oxide và hydroxide Từ N đến Bi, tính Acid của các oxide và hydroxide tương ứng giảm dần đồng thời tỉnh base 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 oxide của nitrogen và phosphorus với số oxygen hoá +5 (N 2 O, P 2 O) là oxide Acid, hydroxide của chúng là các Acid (HNO 3 , H 3 PO 4 ). Trong các oxide với số oxygen hoá +3 thì As 2 O 3 là oxide lưỡng tính, tính Acid trội hơn tính base, Sb 2 O 3 là oxide lưỡng tính, tính base trội hơn tính Acid, còn Bi 2 O 3 , là oxide base, tan dễ dàng trong dung dịch Acid và hầu như không tan trong dung dịch kiềm.
II. NITROGEN 1. Cấu tạo phân tử Nguyên tử nitrogen có cấu hình electron: 2231s2s2p , phân lớp ngoài cùng có 3 electron độc thân. Hai nguyên tử nitrogen 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 Lewis Công thức cấu tạo Công thức phân tử :N::N: :NN:º NNº N 2 Nguyên tố nitrogen 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, nitrogen 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 nitrogen). Nitrogen không duy trì sự cháy và sự hô hấp. 3. Tính chất hóa học • Vì có liên kết ba với năng lượng liên kết lớn (E N=N = 946 kJ/mol) nên phân tử nitrogen rất bền, chỉ ở nhiệt độ cao mới phân li thành nguyên tử. Do vậy, ở nhiệt độ thường, nitrogen khá trơ về mặt hóa học, nhưng ở nhiệt độ cao, nitrogen trở nên hoạt động hơn và có thể tác dụng với nhiều chất. • Tuỳ thuộc vào bản chất phản ứng mà nitrogen 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 hydrogen Ở nhiệt độ cao (trên 400°C), áp suất cao và có chất xúc tác, nitrogen tác dụng trực tiếp với hydrogen tạo ra khí ammonia. 223 . N3H2NHtp xt   92HkJ • Tác dụng với kim loại Ở nhiệt độ thường, nitrogen chỉ tác dụng với Lithium 236LiN2LiN Lithium nitride Ở nhiệt độ cao, nitrogen tác dụng với một số kim loại như Ca, Mg, Al, .. 600C 2323MgNMgN magnesium nitride 0 22AlN2AlNt aluminium nitride Các nitride 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), nitrogen kết hợp trực tiếp với oxygen tạo ra khí NO. 0 22NO2NOt  H180kJ Khí NO không màu kết hợp ngay với oxygen trong không khí tạo ra nitrogen dioxide (NO 2 ) màu nâu. 222NOO2NO Các oxide khác của nitrogen như 22325NO,NO,NO không điều chế được từ phản ứng trực tiếp giữa nitrogen và oxygen. 4. Điều chế a) Trong phòng thí nghiệm 0 2422NaNONHClNaClN2HOt 0 4222NHNON2HOt