Tiêu đề CHUYÊN ĐỀ 6.2. PHI KIM - NITROGEN - PHOSPHORUS - SULFUR.pdf ✅

CHUYÊN ĐỀ 6.2: PHI KIM – NITROGEN - SULFUR PHẦN I: LÝ THUYẾT (gồm 4 nguyên tố N và S, P, nên bổ sung thêm C cũng như vài phi kim khác) PHẦN A: NGUYÊN TỐ NITROGEN Kí hiệu nguyên tố: N; số hiệu nguyên tử: Z = 7; độ âm điện: 3,04; công thức phân tử: N2 I. Trạng thái tự nhiên - Trong tự nhiên, nitrogen tồn tại cả ở dạng đơn chất và hợp chất: + Dạng đơn chất, nitrogen (N2) có trong khí quyển của Trái Đất chiếm khoảng 78% thể tích không khí. + Dạng hợp chất, nguyên tố nitrogen tập trung ở một số mỏ khoáng dưới dạng sodium nitrate (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, ... II. Vị trí, cấu tạo và tính chất vật lí 1. Vị trí, cấu tạo - N (Z = 7): 1s22s22p3 : Ô số 7, chu kì 2, nhóm VA. - Số oxi hóa thường gặp của nitrogen: - Phân tử: N2: N ≡ N chứa 1 liên kết ba năng lượng liên kết lớn và là phân tử không phân cực. 2. Tính chất vật lí - Ở điều kiện thường, nitrogen là chất khí không màu, không mùi, không vị, tan rất ít trong nước, hóa lỏng ở -196oC. - N /kk 2 28 d 1 29 = < Þ khí N2 nhẹ hơn không khí. - Khí nitrogen không duy trì sự cháy và sự hô hấp. Thí nghiệm chứng minh nitrogen không duy trì sự cháy III. Tính chất hóa học - Phân tử N2 chứa liên kết ba N ≡ N có năng lượng liên kết lớn nên rất khó bị phá vỡ Þ Ở điều kiện thường N2 khá trơ về mặt hóa học. - Ở nhiệt độ cao, nitrogen trở nên hoạt động hơn và có khả năng phản ứng với hydrogen (thể hiện tính oxi hóa), oxygen (thể hiện tính khử). 1. Tác dụng với hydrogen (tính oxi hóa) - Ở nhiệt độ cao, áp suất cao và có xúc tác (Fe) khí nitrogen có phản ứng với khí hydrogen tạo thành khí ammonia (NH3): N2(g) + 3H2(g) o xt,t ,p ‡ˆˆˆˆ ˆˆˆˆ† 2NH3(g) o Dr 298 H = - 92 kJ - Quá trình tổng hợp ammonia trên thường được gọi là quá trình Haber – Bosch (Ha-bơ Bớt). - Phản ứng tổng hợp amonia là quá trình trung gian quan trọng để sản xuất nitric acid, thuốc nổ, đạm nitrate, urea, ... 2. Tác dụng với oxygen (tính khử) - Ở nhiệt độ cao trên 3000 oC hoặc có tia lửa điện, nitrogen kết hợp với oxygen tạo thành nitrogen monoxide (NO): N2(g) + O2(g) ‡ˆˆˆˆˆˆˆ ˆˆˆˆˆˆˆ† o 3000 C hoaëc tia löûa ñieän 2NO(g) o Dr 298 H = 180kJ - 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 (HNO3), sau đó HNO3 tan trong nước phân li ra ion nitrate (NO3 - ) là một dạng phân đạm cần thiết cho cây trồng.
- Sơ đồ: 3⁄43⁄43⁄4® 3⁄43⁄43⁄4® 3⁄43⁄43⁄43⁄4® 3⁄43⁄4® + + + + + O O O H O 2 2 2 2 + - N NO NO HNO H NO 2 2 3 3 (1) (2) (3) (2) NO(g) + O2 (g) → NO2(g) (pư xảy ra ngay điều kiện thường tạo khí nâu đỏ) (3) 4NO2(g) + O2(g) + 2H2O(l) → 4HNO3(aq) IV. Ứng dụng Tổng hợp ammonia (NH3) Tạo môi trường trơ Tác nhân làm lạnh - Phần lớn nitrogen được dùng để tổng hợp NH3 từ đó sản xuất phân đạm, nitric acid, ... Hàm lượng nitrogen chiếm 15% khối lượng loại phân bón này - Ở điều kiện thường nitrogen trơ về mặt hóa học nên thường được dùng để bảo quản thực phẩm, ... Khí nitrogen được bơm vào gói Bim Bim - Nitrogen lỏng ở nhiệt độ thấp (- 196oC) dùng để bảo quản máu và các mẫu vật sinh học khác. Bình bảo quản mẫu vật bằng nitrogen lỏng BÀI– AMMONIA VÀ MUỐI AMMONIUM I. Ammonia 1. Cấu tạo phân tử và tính chất vật lí (a) Cấu tạo phân tử - Phân tử NH3 có dạng chóp tam giác gồm 1 nguyên tử N ở đỉnh liên kết với 3 nguyên tử H ở đáy. - Trong NH3 nguyên tử N còn cặp electron chưa tham gia liên kết tích điện âm, liên kết N – H là các liên kết cộng hóa trị phân cực về phía N làm nguyên tử H tích điện dương Þ các phân tử NH3 có khả năng tạo liên kết hydrogen với nhau. (b) Tính chất vật lí - Ở điều kiện thường, NH3 là chất khí không màu, nhẹ hơn không khí, mùi khai và xốc. - Khí NH3 tan tốt trong nước do tạo được liên kết hydrogen với nước. 2. Tính chất hóa học (a) Tính base ♦ Tác dụng với nước → dung dịch ammonia - Khi tan vào nước NH3 nhận H+ của nước thể hiện tính base tạo thành ion ammonium (NH4 + ): NH3 + H2O ‡ˆˆ ˆˆ†NH4 + + OH- - Dung dịch NH3 có môi trường base yếu, làm quì tím chuyển xanh, phenolphtalein chuyển hồng. ♦ Tác dụng với acid → muối ammonium - Ở trạng thái khí hoặc dung dịch ammonia có khả năng nhận H+ của acid tạo thành muối ammonium (NH4 + ): NH3 + H+ → NH4 + NH3 + HCl → NH4Cl (nếu NH3 dạng khí, HCl đặc thì NH4Cl tạo thành dạng khói trắng) NH3 + HNO3 → NH4NO3

NH4Cl + NaOH o 3⁄43⁄4®t NaCl + NH3↑ + H2O 2NH4NO3 + Ca(OH)2 o 3⁄43⁄4®t Ca(NO3)2 + 2NH3↑ + 2H2O - Phản ứng tạo thành khí mùi khai (NH3) Þ dung dịch kiềm là thuốc thử nhận biết muối ammonium. (b) Phản ứng nhiệt phân - Với các muối gốc acid không có tính oxi hóa: NH4Cl, (NH4)2CO3, NH4HCO3, ... → NH3↑ + ... NH4Cl o 3⁄43⁄4®t NH3 + HCl (NH4)2CO3 o 3⁄43⁄4®t NH3 + CO2 + H2O - Với các muối gốc acid có tính oxi hóa: NH4NO2, NH4NO3, ... → N2, N2O + ... NH4NO3 o 3⁄43⁄4®t N2O + 2H2O NH4NO2 o 3⁄43⁄4®t N2 + 2H2O - Các muối ammonium khi nhiệt phân đều làm tăng áp suất khí nên có nguy cơ cháy nổ Þ cần bảo quản muối ammonium cẩn thận, tránh xa các nguồn nhiệt. 3. Ứng dụng Phân bón hóa học Làm sạch bề mặt kim loại BÀI– MỘT SỐ HỢP CHẤT CỦA NITROGEN VỚI OXYGEN I. Các oxide của nitrogen 1. Công thức, tên gọi - Các oxide của nitrogen được kí hiệu chung là NOx, trong không khí NOx phổ biến là NO, NO2 ngoài ra còn có N2O, N2O4. Công thức NO NO2 N2O N2O4 Tên gọi nitrogen monoxide nitrogen dioxide dinitrogen oxide dinitrogen tetroxide Tính chất Không màu hóa nâu trong không khí Khí màu nâu đỏ Khí không màu (khí cười) Khí không màu 2. Nguồn gốc phát sinh NOx trong không khí Tự nhiên Con người - Núi lửa phun trào, cháy rừng. - Mưa dông kèm sấm sét, sự phân hủy các hợp chất hữu cơ. N2 + O2 o 3000 C tia löûa ñieän ‡ˆˆˆˆˆ ˆˆˆˆˆ† 2NO 2NO + O2 → 2NO2 - Đốt cháy nhiên liệu ở các thiết bị hoạt động với nhiệt độ cao trong hoạt động giao thông vận tải, sản xuất, nhà máy nhiệt điện và trong đời sống. - NOx là một trong những nguyên nhân gây mưa acid, hiệu ứng nhà kính, hiện tượng phú dưỡng, ... làm ô nhiễm môi trường. 3. Mưa acid - KN: Mưa acid là hiện tượng nước mưa có pH < 5,6. - Nguyên nhân: SO2 và NOx bị oxi hóa với xúc tác là các ion kim loại trong khói, bụi, ... rồi hòa tan vào nước tạo thành H2SO4, HNO3.