BÀI 5. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA NITROGEN

MỞ ĐẦU

Trong các ao tù có thể tích tụ lượng đáng kể ion ammonium. Có thể nhận biết sự có mặt của ion ammonium trong các ao tù bằng những cách nào? Giải thích.

Giải nhanh:

Đun nóng dung dịch nước ao trong kiềm, nếu sinh ra khí có mùi khai và xốc và làm quỳ tím ẩm hóa xanh.

I. AMMONIA

Luyện tập 1: Cho thí nghiệm được thiết kế như hình dưới đây.

Trong thí nghiệm này, nước pha phenolphthalein sẽ bị hút lên bình chứa khí ammonia và phun thành những tia màu hồng. Hãy giải thích hiện tượng trên.

Giải nhanh: 

Khi tan trong nước, ammonia nhận ion H⁺  tạo ion NH4⁺, dung dịch có tính base yếu làm dung dịch phenolphtalein chuyển sang màu hồng.

Câu hỏi 1: Khi giấy quỳ tím ẩm tiếp xúc với khí ammonia thì hiện tượng gì sẽ xảy ra.

Giải nhanh:

Hiện tương: quỳ tím ẩm hóa xanh.

Luyện tập 2: Ammonia thể hiện tính base, tính khử ở quá trình nào dưới đây? Giải thích.

(1) Cho ammonia phản ứng với nitric acid (HNO₃) để tạo phân bón ammonium nitrate (NH₄NO₃).

(2) Dùng ammonia tẩy rửa lớp copper(II) oxide phủ trên bề mặt kim loại đồng, tạo kim loại, nước và khí nitrogen.

Giải nhanh:

- Tính base ở quá trình (1) do số oxi hóa của N giảm từ -3 xuống -4

- Tính acid ở quá trình (2) do số oxi hóa của N tăng từ -3 lên 0.

Câu hỏi 2: Khi làm lạnh hỗn hợp khí gồm ammonia, hydrogen và nitrogen thì ammonia sẽ hoá lỏng trước. Tính chất vật lí nào của các chất giúp giải thích hiện tượng trên?

Giải nhanh:

Do hiệt độ hóa lỏng của N₂, H₂ và NH₃ lần lượt là: -196 ^oC, - 252,87 ^oC, -33 ^oC.

II. MUỐI AMMONIUM

Thí nghiệm: Nhận biết ion ammonium

Chuẩn bị: Phân đạm ammonium chloride, dung dịch NaOH; ống nghiệm, đèn cồn, giấy quỳ.

Tiến hành: Cho vài hạt phân đạm với thành phần chính là ammonium chloride vào ống nghiệm chứa dung dịch NaOH. Hơ nhẹ ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn. Cho mẩu giấy quỳ đã tẩm ướt bằng nước lên miệng ống nghiệm.

Yêu cầu: Quan sát hiện tượng, viết phương trình hoá học của phản ứng đã xảy ra.

Giải nhanh:

Hiện tượng: sinh ra khí có mùi khai và xốc, khí này làm quỳ tím chuyển xanh.

PTHH: NH₄Cl(s) + NaOH(aq)  to→  NaCl(aq) + NH₃(g) + H₂O(l).

Vận dụng 1: Để giảm sốt hoặc giảm đau, người ta có thể dùng túi chườm lạnh chứa hoá chất. Hãy tìm hiểu về loại túi chườm lạnh này. Từ đó:

a) Cho biết các chất thường được sử dụng trong túi chườm lạnh.

b) Giải thích nguyên nhân giúp túi chườm lạnh có nhiệt độ thấp.

Giải nhanh: 

a) Các chất: nước, muối ammonium.

b) Hòa tan muối ammonium trong nước gây ra phản ứng thu nhiệt vì các phân tử nước mất đi một phần nhiệt năng.

Câu hỏi 3: Lượng lớn ammonium nitrate và ammonium chloride được sử dụng làm phân bón. Dựa vào đặc điểm phản ứng nhiệt phân của hai muối này, hãy cho biết muối nào có nguy cơ cháy nổ cao hơn trong quá trình lưu trữ.

Giải nhanh: 

Muối ammonium nitrate có nguy cơ cháy nổ cao hơn.

III. ỨNG DỤNG CỦA AMMONIA VÀ MỘT SỐ MUỐI AMMONIUM

Luyện tập 3: Xác định tỉ lệ mol kết hợp giữa NH₃ và H₃PO₄ để tạo ra diammonium hydrogenphosphate (dùng làm phân bón phức hợp DAP). Viết phương trình hoá học của phản ứng.

Giải nhanh:

Tỉ lệ mol giữa NH₃ và H₃PO₄  là 2 : 1.

PTHH: 2NH₃ + H₃PO₄ → (NH₄)₂HPO₄.

IV. NGUỒN GỐC MỘT SỐ OXIDE CỦA NITROGEN TRONG KHÔNG KHÍ - MƯA ACID

Luyện tập 4: Viết phương trình hoá học minh hoạ tác động của mưa acid đối với calcium carbonate trong núi đá vôi và với kim loại sắt có trong thép.

Giải nhanh:

2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + CO₂ + H₂O

H₂SO₄ + CaCO₃ → CaSO₄ + CO₂ + H₂O

4HNO₃ + Fe →Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

H₂SO₄ + Fe → FeSO₄ + H₂

V. NITRIC ACID

Câu hỏi 4: Cho biết số oxi hoá của nitrogen trong mỗi phân tử và ion sau: NH₃; NH₄⁺; N₂; N₂O; NO; NO₂; HNO₂; HNO₃.

Giải nhanh: 

Số oxi hóa của N lần lượt là: -3; -3; 0; +1; +2; +4; +3; +5.

Câu hỏi 5: Công thức Lewis của HNO₃ như dưới đây có phù hợp không?

Giải nhanh:

Không phù hợp.

VI. HIỆN TƯỢNG PHÚ DƯỠNG 

Luyện tập 5: Khi khơi thông nguồn nước thì nguy cơ xảy ra hiện tượng phú dưỡng sẽ tăng hay giảm? Giải thích.

Giải nhanh:

Hiện tượng phú dưỡng sẽ giảm. Do việc khơi thông nguồn nước sẽ giúp giảm sự tích tụ các chất dinh dưỡng trong nguồn nước, làm hạn chế sự sinh sôi, nảy nở của vi khuẩn, rong, rêu, tảo …

Luyện tập 6: Dựa vào những dấu hiệu nào để dự đoán đã có hiện tượng phú dưỡng xảy ra trong một ao nước hay hồ nước?

Giải nhanh:

Hiện tượng: sự xuất hiện dày đặc của tảo xanh lục hoặc đỏ; xuất hiện nhiều sinh vật nổi…

Vận dụng 2: Nhiều loài thuỷ hải sản được nuôi trong hồ, ao, “vuông” (cách gọi của người miền Tây Nam bộ về khu vực ruộng được khoanh vùng, cải tạo để nuôi thuỷ hải sản),…

Để hạn chế nguy cơ xảy ra hiện tượng phú dưỡng trong hồ, ao, vuông … người nuôi thuỷ, hải sản nên làm gì? Giải thích?

Giải nhanh: 

- Tạo điều kiện để nước trong hồ, ao, vuông…được lưu thông.

- Lắp đặt thiết bị sục khí để khuấy trộn bề mặt ao và giải phóng các loại khí.

- Thường xuyên sử dụng chế phẩm vi sinh để tăng vi sinh có lợi cho hồ, ao,...

Vận dụng 3: Hãy tìm hiểu tình trạng phú dưỡng tại địa phương em. Từ đó, đề xuất biện pháp hạn chế hiện tượng này.

Giải nhanh: 

- HS tự tìm hiểu.

- Biện pháp:

- Tạo điều kiện để nước trong kênh rạch, ao, hồ được lưu thông.

- Xử lí nước thải trước khi cho chảy vào kênh rạch, ao, hồ.

- Sử dụng phân bón đúng liều lượng, đúng cách, đúng thời điểm.

BÀI TẬP 

Bài 1: Vì sao nói ammonia có vai trò rất quan trọng đối với nông nghiệp? Cho ví dụ minh hoạ.

Giải nhanh:

- Có khoảng 80% ammonia dùng để sản xuất phân đạm ammonium, urea giúp cung cấp nguyên tố nitrogen cho đất và cây trồng. 

- VD: 2NH₃(aq) + H₂SO₄(aq) → (NH₄)₂SO₄(aq)

Bài 2: Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng tổng hợp ammonia từ nitrogen và hydrogen có giá trị âm nhưng vì sao quá trình Haber lại chọn nhiệt độ phản ứng khá cao, vào khoảng 400 ^oC – 600 ^oC?

Giải nhanh:  

Do ở nhiệt độ quá thấp thì tốc độ của phản ứng nhỏ, phản ứng diễn ra chậm. 

Bài 3: Ở 472 °C, hằng số cân bằng của phản ứng tổng hợp ammonia từ nitrogen và hydrogen theo quá trình Haber là K = 0,105. Giả sử, kết quả phân tích cho thấy tại thời điểm cân bằng, nồng độ của nitrogen và hydrogen trong buồng phản ứng lần lượt là 0,0201 M và 0,0602 M.

a) Hãy tính nồng độ mol của ammonia có trong buồng phản ứng tại thời điểm cân bằng.

b) Làm thế nào để tách được ammonia ra khỏi hỗn hợp?

 Giải nhanh 

a) Nồng độ mol của ammonia có trong buồng phản ứng tại thời điểm cân bằng là: K = 6,79.10^-4 M

b) Ta đưa hỗn hợp khí này được dẫn qua hệ thống làm lạnh để hoá lỏng ammonia và tách ra khỏi hỗn hợp.

Bài 4: Quá trình đốt cháy nhiên liệu trong ô tô sinh ra nhiều khí như SO₂, CO, NO. Từ năm 1975, người ta thiết kế “bộ chuyển đổi xúc tác” trong hệ thống xả khí của ô tô (và cả trong máy phát điện) nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng:

2CO(g) + 2NO(g) → 2CO₂(g) +N₂(g)

a) Cho biết ý nghĩa của phản ứng trên đối với môi trường.

b) Trong phản ứng trên, chất nào là chất oxi hoá, chất nào là chất khử? Giải thích.

c) Giá trị enthalpy tạo thành chuẩn của CO(g), NO(g), CO₂(g) lần lượt là –110,5; 91,3; –393,5 (kJ mol^-1). Hãy tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng trên. Phản ứng trên có thuận lợi về mặt năng lượng không? Giải thích.

Giải nhanh:

a) Ý nghĩa: giảm khí độc CO, giảm tác nhân gây mưa acid NO.

b) - CO là chất khử vì số oxi hoá của C tăng từ +2 lên +4.

- NO là chất oxi hoá vì số oxi hoá của N giảm từ +2 xuống 0.

c) Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng trên là: ∆rH2980 = -748,6 kJ < 0

nên phản ứng này toả nhiệt, thuận lợi về mặt năng lượng. 

Bài 5: Viết sơ đồ phản ứng gây ra mưa chứa nitric acid và sulfuric acid.

Giải nhanh: 

- Chứa nitric acid:

N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2NO(g)

2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g)

4NO₂(g) + 2H₂O(l) + O₂(g) → 4HNO₃(aq)

HNO₃ → H⁺ + NO₃^-

 - Chứa sulfuric acid: 

SO₂ + H₂O → H₂SO₃

2SO2+O2  −−−→2SO3

SO₃ + H₂O → H₂SO₄.

Bài 6: Hãy tìm hiểu, chỉ ra các hoạt động tạo thành các khí gây mưa acid tại địa phương em. Đề xuất một số biện pháp giảm thiểu sự tạo thành các khí đó.

Giải nhanh:

Biện pháp: giảm các hoạt động công nghiệp, nhiệt điện, giao thông, khai thác và chế biến dầu mỏ.