Tiêu đề Bài 4. Nitrogen - GV.docx ✅

KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 2. NITROGEN – SULFUR 1 I. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN - 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 và trong vỏ Trái Đất thì nó tồn tại tập trung ở một số mỏ khoáng dưới dạng sodium nitrate (NaNO 3 thường gọi là diêm tiêu Chile). - Nguyên tố nitrogen còn có trong tất cả cơ thể người và động 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. - Nguyên tố nitrogen tồn tại trong tự nhiên với hai đồng vị bền là  14 N (99,63%) và  15 N (0.37%). Ví dụ 1. Phát biểu nào sau đây đúng? A. Nitrogen tự do chiếm khoảng 20% thể tích không khí. B. Trong tự nhiên, nitrogen có ba đồng vị bền. C. Trong vỏ Trái Đất, nitrogen tồn tại chủ yếu ở dạng đơn chất. D. Trong cơ thể người và động vật, nitrogen là thành phần cấu tạo nên nucleic acid, protein, … Ví dụ 2. Công thức hóa học của diêm tiêu Chile là A. Ca(NO 3 ) 2 . B. NH 4 NO 3 . C. NH 4 Cl. D. NaNO 3 . II. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ, PHÂN TỬ 1. Cấu tạo nguyên tử: - Cấu hình của N (Z = 7): 1s 2 2s 2 2p 3 . Nguyên tố nitrogen ở ô số 7, chu kì 2, nhóm VA trong bảng tuần hoàn. - Nguyên tử nitrogen có độ âm điện lớn (3,04). Nitrogen là phi kim điển hình.  - Số oxi hóa thường gặp của nitrogen: 2. Cấu tạo phân tử:
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 2. NITROGEN – SULFUR 2 - Phân tử nitrogen gồm hai nguyên tử, liên kết với nhau bằng liên kết ba (1 liên kết Ϭ và 2 liên kết π). Phân tử nitrogen có năng lượng liên kết lớn (945 kJ/mol) và có liên kết cộng hóa trị không phân cực. - Công thức cấu tạo của phân tử nitrogen: N ≡ N Ví dụ 1. Vị trí (chu kì, nhóm) của nguyên tố nitrogen (Z = 7) trong bảng tuần hoàn là A. chu kì 2, nhóm VA. B. chu kì 3, nhóm VA. C. chu kì 2, nhóm VIA. D. chu kì 3, nhóm IVA. Ví dụ 2. Sắp xếp các hợp chất sau vào vị trí tương ứng trong trục biểu diễn số oxi hoá của nitrogen: NO, N 2 O, NO 2 , NH 3 , HNO 2 , HNO 3 , NH 4 Cl, KNO 2 , NaNO 3 . Đáp án: Ví dụ 3. 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. Đáp án: Khi tham gia phản ứng oxi hoá – khử, số oxi hoá của nitrogen có thể giảm hoặc tăng, do đó N2 thể hiện tính oxi hoá hoặc tính khử. Một số quá trình minh hoạ: Quá trình oxi hóa: 02 2N2N4e   Quá trình khử: 03 2N6e2N   Ví dụ 4. Viết công thức electron, công thức Lewis và công thức cấu tạo của phân tử nitrogen. Đáp án: Công thức electron Công thức Lewis Công thức cấu tạo Ví dụ 5. Từ cấu tạo phân tử, hãy cho biết tại sao phân tử N 2 có năng lượng liên kết lớn. Dự đoán về khả năng hoạt động hoá học của nitrogen ở nhiệt độ thường. Đáp án: 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 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. Ví dụ 6. Dựa vào các giá trị năng lượng liên kết, hãy dự đoán ở nhiệt độ thường thì đơn chất nitrogen hay chlorine dễ phản ứng với hydrogen hơn. Cho biết năng lượng liên kết của Cl – Cl và N ≡ N trong các đơn chất tương ứng là 243 kJ. mol -1 và 946 kJ.mol -1 . Đáp án: Vì năng lượng liên kết trong clorine (243 kJ mol -1 ) nhỏ hơn năng lượng liên kết trong nitrogen (946 kJ.mol -1 ) nên ở nhiệt độ thường thì đơn chất chlorine dễ phản ứng với hydrogen hơn đơn chất nitrogen. III. TÍNH CHẤT VẬT LÍ - Ở điều kiện thường, nitrogen là chất khí, không màu, không mùi, không vị, khó hoá lỏng (hoá lỏng ở –196 °C), tan rất ít trong nước (1 lít nước hoà tan được 0,012 lit khí nitrogen). Khí nitrogen không duy trì sự cháy và sự hô hấp.
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 2. NITROGEN – SULFUR 3 Ví dụ 1. Quan sát thí nghiệm sau: Biết trong bình chứa khí nitrogen, hãy nêu hiện tượng xảy ra trong hình trên và giải thích? Đáp án: Hiện tượng: Cây nến đang cháy ngoài không khí bị tắt khi đưa vào bình chứa khí nitrogen. Giải thích: Khí nitrogen không duy trì sự cháy. Ví dụ 2. Dựa vào sự tương tác van der Waals, hãy giải thích tại sao đơn chất N 2  khó hoá lỏng và ít tan trong nước. Đáp án: 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 N 2 khó hoá lỏng và ít tan trong nước. Ví dụ 3. Nhận định nào sau đây về đơn chất nitrogen là sai? A. Không màu và nhẹ hơn không khí. B. Không mùi, không vị, dễ hóa lỏng và tan ít trong nước. C. Thể hiện tính oxi hóa mạnh ở điều kiện thường. D. Không duy trì sự cháy và sự hô hấp. Ví dụ 4. Người ta có thể thu khí nitrogen trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp đẩy nước. Hãy giải thích điều này. Đáp án: Khí nitrogen tan rất ít trong nước. IV. TÍNH CHẤT HÓA HỌC Nitrogen khá trơ ở nhiệt độ thường, ở nhiệt độ cao, nitrogen trở nên hoạt động hơn. Nitrogen thể hiện cả tính oxi hoá và tính khử. a. Tác dụng với hydrogen: - Ở nhiệt độ cao, áp suất cao và có xúc tác, nitrogen hóa hợp trực tiếp với hydrogen, tạo thành ammonia.  N 2 (g) + 3H 2 (g) oxt,t,pˆˆˆˆ† ‡ˆˆˆˆ 2NH 3 (g) o r298H = - 92 kJ - Quá trình tổng hợp ammonia trên thường được gọi là quá trình Haber – Bosch (Ha-bơ Bớt). - Phản ứng tổng hợp ammonia là quá trình trung gian quan trọng để sản xuất nitric acid, thuốc nổ, đạm nitrate, urea, ammophos....  b. Tác dụng với kim loại: - Ở nhiệt độ thường, nitrogen chỉ tác dụng với lithium tạo lithium nitride.  26LiN 32LiN (lithium nitride)
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 2. NITROGEN – SULFUR 4 - Ở nhiệt độ cao, nitrogen tác dụng với nhiều kim loại tạo muối nitride. 3Mg + N 2 o t  Mg 3 N 2 (magnesium nitride) c. Tác dụng với oxygen: - Ở nhiệt độ cao trên 3000°C hoặc có tia lửa điện, nitrogen kết hợp với oxygen, tạo ra nitrogen monoxide (NO)  N 2 (g) + O 2 (g) ˆˆˆˆˆˆˆ†‡ˆˆˆˆˆˆˆo3000C hoaëctialöûañieän 2NO(g) o r298H = 180,6 kJ - Trong tự nhiên, phản ứng trên xảy ra trong những cơn mưa dông kèm theo sấm sét, khởi đầu cho quá trình chuyển hóa từ nitrogen thành nitric acid (HNO 3 ), sau đó HNO 3 tan trong nước phân li ra ion nitrate (NO 3 - ) là một dạng phân đạm cần thiết cho cây trồng. - Sơ đồ:  2222OOOHO 2233(1)(2)(3)NNONOHNOHNO (2) 2NO(g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g) (phản ứng xảy ra ngay điều kiện thường tạo khí nâu đỏ) (3) 4NO 2 (g) + O 2 (g) + 2H 2 O(l) → 4HNO 3 (aq) - 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 khi. 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.  Ví dụ 1. Ở nhiệt độ thường, nitrogen khá trơ về mặt hoạt động hóa học là do A. nitrogen có bán kính nguyên tử nhỏ. B. nitrogen có độ âm điện lớn. C. phân tử nitrogen có liên kết ba bền vững. D. phân tử nitrogen không phân cực. Ví dụ 2. 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. Đáp án: 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. Ví dụ 3. 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? Đáp án: Phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ cao trên 3000 o C 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. Ví dụ 4. Viết các phương trình hoá học minh hoạ quá trình hình thành đạm nitrate trong tự nhiên xuất phát từ nitrogen. Đáp án: Quá trình tạo và cung cấp đạm nitrate cho đất từ nước mưa được biểu diễn theo sơ đồ: Các phương trình hoá học minh hoạ cho sơ đồ: