CHƯƠNG 2. NITROGEN VÀ SULFUR

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?

Đáp án:

Nitrogen là chất khí không màu không vị, có khả năng tác dụng với O2, H2, Kim loại,... được ứng dụng trong sản xuất phân bón,...

TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

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

Đáp án:

Nitrogen chiếm tỉ lệ thể tích lớn nhất  (khoảng 78%)

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

Đáp án:

- Tồn tại ở dạng hợp chất trong khoáng vật sodium nitrate (diêm tiêu Natri)

- Thành phần của protein, nucle acid,...và nhiều chất hữu cơ khác

TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Bài 1: Quan sát hình 3.2, nêu hiện tượng xảy ra. Giải thích

Đáp án:

Cây nến bị tắt khi cho vào lọ đựng N2, do N2 không duy trì sự cháy

Bài 2: Nitrogen nặng hay nhẹ hơn không khí. Tại sao?

Đáp án:

Nitrogen nhẹ hơn không khí  vì dN2/kk = 28/29 <1

Bài 3: Người ta có thể thu khí nitrogen trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp đẩy nước. Hãy giải thích điều này 

Đáp án:

Do nitrogen ít trong nước nên người ta sử dụng phương pháp này để thu khí nitrogen

TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Bài 1: 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

Đáp án:

Phân tử nitrogen bền vì vậy nên khó xảy ra về phản ứng hóa học điều kiện thường ( 1 liên kết 3, năng lượng liên kết lớn )

Bài 2: 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?

Đáp án:

Khi tác dụng với H2: N2 đóng vai trò là  chất oxi hóa, phản ứng toả nhiệt

H2(g)+N2(g) ⇌ NH3(g) (to,xt,p) (số oxi hoá của N: 0 --> -3)

Khi phản ứng với O2: N2 đóng vai trò là chất khử, phản ứng thu nhiệt

N2(g)+ O2(g) ⇌ 2NO(g) (to) (số oxi hoá của N: 0 --> +2)

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

Bài 1: 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?

Đáp án:

Sản xuất các loại phân đạm sử dụng nhiều phân đạm là tăng năng suất cây trồng nhưng hệ quả của nó để lại là ô nhiễm nguồn nước, đất, môi trường, gây ô nhiễm thức ăn cho bản thân con người qua hiện tượng tích lũy các loại đảm hữu cơ trong thực vật, động vật

ỨNG DỤNG

Bài 1: Quan sát hình 3.5 và dựa vào các tính chất của nitrogen. Hãy giải thích vì sao nitrogen có những ứng dụng đó.

Đáp án: 

- Trong sản xuất rượu bia: Khí nitrogen có tác dụng loại bỏ khí oxygen, nhằm tránh hiện tượng lên men giấm làm mất đi hương vị vốn có ban đầu.

- Trong công nghệ đóng gói thực phẩm: Khí nitrogen  loại bỏ khí oxygen, tránh hiện tượng oxi hoá làm cho thực phẩm bên trong bị ôi thiu, làm phồng bao bì trong  giúp thực phẩm bên trong tránh bị vỡ vụn lúc vận chuyển.

- Trong công tác phòng cháy chữa cháy: Do tính chất trơ, không duy trì sự cháy được sử dụng để dập tắt các đám cháy do hóa chất, chập điện, ...

- Trong lĩnh vực y tế: Do tính chất trơ và hoá lông ở nhiệt độ rất thấp (-195,8 °C) nên có thể đâm bảo môi trường gần như vô khuẩn 

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

Bài 2: Giải thích vì sao người ta bơm khí nitrogen vào trong những loại vaccin

Đáp án:

- Vì một loại khí tương đối trơ ở nhiệt độ phòng nên được sử dụng để làm chậm quá trình phân hủy của một số chất trong vaccin.

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 

Đáp án:

Cấu hình electron của nitrogen: 1s22s22p3

CTCT của phân tử nitrogen: N ≡ N

Ttrong phân tử N2 hình thành một liên kết ba bền vững. Mỗi nguyên tử nitơ trong phân tử N2 có 8 electron lớp ngoài cùng, trong đó có ba cặp electron dùng chung và 1 cặp electron dùng riêng đã ghép đôi.

Ở điều kiện thường nitrogen là chất trơ vì có lên kết ba bền vững giữa hai nguyên tử, lchỉ bị phân huỷ rõ rệt thành nguyên tử ở nhiệt độ 3000oC.

Ở nhiệt độ cao nitrogen trở nên hoạt động vì phân tử N2 phân huỷ thành nguyên tử nitrogen trở nên hoạt động.

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.

Đáp án:

Nitrogen có tính oxi hoá: 

Mg(s) + N2(g) → Mg3N2(s) (số oxi hoá của N: 0 --> -3)

H2(g)+N2(g) ⇌ NH3(g) (to,xt,p) (số oxi hoá của N: 0 --> -3)

Nitrogen có tính khử

N2(g)+ O2(g) ⇌ 2NO(g) (to) (số oxi hoá của N: 0 --> +2)

Bài 3: Dựa vào giá trị năng lượng liên kết (Eb), 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?

1. a) N2(g)→ 2N(g)Eb= 945 kJ/mol 
2. b) H2(g)→ 2H(g)Eb=432  kJ/mol 
3. c) O2 (g)→ 2O(g)Eb=498 kJ/mol 
4. d) Cl2 (g)→ 2Cl(g) Eb= 243  kJ/mol 

Đáp án:

Năng lượng liên kết càng lớn thì liên kết càng bền --> càng khó tham gia phản ứng hóa học

=> Cl2 dễ tham gia phản ứng hóa học nhất, N2 khó tham gia phản ứng hóa học nhất