BÀI 3: ĐƠN CHẤT NITROGEN

KHỞI ĐỘNG

Nitrogen là khí có hàm lượng lớn nhất trong không khí, có vai trò cung cấp đạm tự nhiên cho cây trồng. Nitrogen có tính chất gì và có những ứng dụng nào trong cuộc sống?

Giải nhanh:

- Tính chất vật lí: chất khí không màu, không mùi, không vị, hơi nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước.

- Tính chất hoá học: tác dụng với hydrogen, oxygen.

- Ứng dụng: loại bỏ khí oxygen, làm phồng bao bì, dập tắt các đám cháy do hoá chất, chập điện…

1. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

Thảo luận 1: Quan sát hình 3.1, cho biết trong không khí, khí nào chiếm tỉ lệ thể tích lớn nhất?

Giải nhanh:

Khí nitrogen chiếm tỉ lệ lớn nhất.

Thảo luận 2: Ngoài đơn chất nitrogen thì nguyên tố nitrogen còn tồn tại ở những dạng nào? Lấy ví dụ.

Giải nhanh:

Tồn tại ở dạng hợp chất ví dụ như sodium nitrate, protein, nucleic acid,...

2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Thảo luận 3: Quan sát hình 3.2, nêu hiện tượng xảy ra. Giải thích.

Giải nhanh:

Hiện tượng: cây nến bị tắt khi cho vào lọ đựng N₂, do N₂ không duy trì sự cháy.

Thảo luận 4: Nitrogen nặng hay nhẹ hơn không khí. Tại sao?

Giải nhanh:

Nhẹ hơn không khí do d_N2/kk = 28/29 <1

Luyện tập: Người ta có thể thu khí nitrogen trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp đẩy nước. Hãy giải thích điều này 

Giải nhanh:

Do khí nitrogen ít trong nước.

3. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Thảo luận 5: Quan sát hình 3.3 và từ dữ kiện năng lượng liên kết trong phân tử N2, dự đoán về độ bền của phân tử và khả năng phản ứng của nitrogen ở nhiệt độ thường.

Giải nhanh:

Dự đoán: phân tử nitrogen rất bền, khá trơ về mặt hoá học.

Thảo luận 6: Xác định tính oxi hóa, tính khử của nitrogen trong phản ứng N₂ với H₂ và với O₂. Cho biết phản ứng này thu nhiệt hay tỏa nhiệt?

Giải nhanh:

- Tác dụng với H₂: N₂ đóng vai trò là  chất oxi hóa, phản ứng toả nhiệt.

H₂(g)+N₂(g) ⇌ NH₃(g)

- Tác dụng với O₂: N₂ đóng vai trò là chất khử, phản ứng thu nhiệt.

N₂(g)+ O₂(g) ⇌ 2NO(g) (t^o)

4. QUÁ TRÌNH TẠO VÀ CUNG CẤP NITRATE CHO ĐẤT TỪ NƯỚC MƯA

Thảo luận 7: Quan sát hình 3.4, cho biết con người có thể can thiệp vào chu trình của nitrogen trong tự nhiên bằng cách nào? Nếu sự can thiệp đó vượt ngưỡng cho phép thì ảnh hưởng như thế nào?

Giải nhanh:

- Bằng cách sản xuất các loại phân đạm 

- Kết quả: tăng năng suất cây trồng như hệ quả của nó để lại là ô nhiễm nguồn nước, đất, môi trường,...

5. ỨNG DỤNG

Thảo luận 8: Quan sát hình 3.5 và dựa vào các tính chất của nitrogen. Hãy giải thích vì sao nitrogen có những ứng dụng đó.

Giải nhanh: 

- Trong sản xuất rượu bia: dùng để loại bỏ khí oxygen.

- Trong công nghệ đóng gói thực phẩm: dùng để loại bỏ khí oxygen và làm phồng bao bì.

- Trong công tác phòng cháy chữa cháy: dùng để dập tắt các đám cháy do hóa chất, chập điện, ...

- Trong lĩnh vực y tế: dùng để bảo quản máu, tế bào, dịch cơ thể, trứng, tinh trùng … 

- Trong khai thác dầu khí: dùng để tạo áp suất đẩy dầu dư bị kẹt lại lên trên nhờ đặc tính nén cao.

Vận dụng: Giải thích vì sao người ta bơm khí nitrogen vào trong những loại vaccin.

Giải nhanh:

Vì để loại bỏ không khí, làm chậm quá trình hư hỏng của vaccine.

BÀI TẬP

Bài 1: Trình bày cấu tạo của phân tử N₂. Giải thích vì sao điều kiện thường N₂ khá trơ về mặt hóa học 

Giải nhanh:

- Phân tử N₂ có công thức cấu tạo: N ≡ N.

- Do liên kết ba giữa hai nguyên tử N trong phân tử nitrogen có năng lượng liên kết rất lớn nên rất khó bị phá vỡ.

 Bài 2: Viết phương trình hóa học chứng minh tính oxi hóa và tính khử của nitrogen. Cho biết số oxi hóa của nitrogen thay đổi như thế nào trong các phản ứng hóa học đó.

Giải nhanh:

- Tính oxi hoá: 

Mg(s) + N₂(g) → Mg₃N₂(s)

H₂(g)+N₂(g) ⇌ NH₃(g) (t^o,xt,p) 

- Tính khử:

N₂(g)+ O₂(g) ⇌ 2NO(g) (t^o)

Bài 3: Dựa vào giá trị năng lượng liên kết (E_b), hãy dự đoán ở điều kiện thường đơn chất nào (nitrogen, hydrogen, oxygen, chlorine) khó và dễ tham gia phản ứng hóa học nhất. Vì sao?

a) N_2(g) → 2N_(g) E_b= 945 kJ/mol 

b) H_2(g) → 2H_(g) E_b=432  kJ/mol 

c) O_2 (g) → 2O_(g) E_b=498 kJ/mol 

d) Cl_2 (g) → 2Cl_(g) E_b= 243  kJ/mol 

Giải nhanh:

Nitrogen dễ tham gia phản ứng và chlorine khó tham gia phản ứng vì năng lượng liên kết càng lớn thì liên kết càng bền nên càng khó tham gia phản ứng hóa học.