CHƯƠNG 2. NITROGEN VÀ SULFUR

BÀI 4: AMMONIA VÀ MỘT SỐ HỢP CHẤT AMMONIUM

KHỞI ĐỘNG

Ammonia là một hợp chất của hydrogen và nitrogen, có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất. Ammonia có những tính chất nào?

Đáp án:

Là chất khí không màu, có mùi khai xốc, nhẹ hơn không khí, tan rất nhiều trong nước. Có Tính base yếu, tính khử mạnh

1. CẤU TẠO PHÂN TỬ AMMONIA

Bài 1: Quan sát hình 4.1, mô tả cấu tạo của phân tử Ammonia. Dự đoán tính tan (trong nước) và tính oxi hóa - khử của ammonia. Giải thích

Đáp án:

Cấu tạo phân tử của NH3 là hình chóp với nguyên tử N ở đỉnh liên kết cộng hóa trị với 3 nguyên tử H ở đáy tam giác (3 liên kết N – H đều là liên kết cộng hóa trị có phân cực).

Theo công thức Lewis, nguyên tử Nitrogen trong phân tử NH3 còn 1 cặp electron tự do chưa liên kết hoá học nên NH3 có khả năng hoạt động hoá học mạnh

- Phân tử NH3 phân cực mạnh và tạo được liên kết hydrogen với nước do đó có thể dự đoán NH3 dễ tan trong nước (dung môi phân cực)

2.TÍNH CHẤT CỦA AMMONIA

Bài 1: Quan sát hình 4.2 giải thích hiện tượng thí nghiệm từ đó cho biết tại sao không thu khí ammonia bằng phương pháp đẩy nước?

Đáp án:

Hiện tượng: nước trong chậu phun vào bình thành những tia màu hồng.

Giải thích: Khí ammonia tan rất nhanh trong nước là giảm áp suất trong bình nên áp suất ngoài không khí nén vào mặt thoáng của chậu nước làm nước phun lên trong ống thuỷ tinh thành dòng. Ammonia tan trong nước tạo thành dung dịch có tính base làm cho phenolphtalein không màu chuyển thành màu hồng.

Do NH3 hoà tan nhiều trong nước nên không thu khí ammonia bằng phương pháp đẩy nước

Bài 2: Tính tỉ khối của NH3 so với không khí. Từ kết quả đó hãy giải thích vì sao có thể thu khí NH3 bằng phương pháp để không khí (úp ngược bình)

Đáp án:

dNH3/kk = 17 : 29 < 1

Vậy NH3 nhẹ hơn không khí --> có thể thu được bằng phương pháp để không khí (úp ngược bình)

Bài 3: Từ sự kết hợp giữa NH3 và nước. nhận xét tính acid - base của NH3 trong dung dịch. Nêu cách nhận biết khí NH3 bằng quỳ tím. Giải thích

Đáp án:

-  NH3 đóng vai trò là base tạo ra ion OH−, làm cho dung dịch có tính base 

- Có thể dùng giấy quỳ tím ẩm ( nhúng nước) để nhận biết khí NH3, quỳ tím sẽ chuyển xanh.

Bài 4: Chuẩn bị hai đầu đũa thủy tinh quần bông. Đũa nhúng vào dung dịch HCl đặc vào dung dịch và NH3 đặc, sau đó đưa lại gần nhau (Hình 4.3) Quan sát và nêu hiện tượng xảy ra từ đó đề xuất phương pháp nhận biết Ammonia bằng dung dịch HCl đặc

Đáp án:

Đặt hai bình hở chứa dung dịch HCl đặc và dung dịch NH3 gần nhau thì thấy xuất hiện “khói” trắng.

Vì HCl và NH3 là những hợp chất dễ bay hơi, chúng kết hợp với nhau tạo thành tinh thể muối Ammonium chloride, gây ra hiện tượng “khói”.

Phương pháp nhận biết ammonia: Nhúng hai đầu đũa thuỷ tinh quấn bông vào dung dịch HCl đặc (thuốc thử) và NH3 đặc, sau đó đưa lại gần nhau.

Bài 5: Cho biết Ammonia thể hiện tính chất gì trong phản ứng với acid và oxygen

Đáp án:

Trong phản ứng với acid: Ammonia thể hiện tính base

NH3 + HCl → NH4Cl

Trong phản ứng với oxygen: Ammonia thể hiện tính khử

NH3 + O2 → NO + H2O (xt: Pt, to)

NH3+O2 → N2+H2O (to)

3. TỔNG HỢP AMMONIA

Bài 1: Dựa vào nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier, hãy cho biết để tăng hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3, cần điều chỉnh nhiệt độ và áp suất như thế nào. Điều đó có gây trở ngại gì cho phản ứng tổng hợp NH3 trên thực tế hay không? Vì sao.

Đáp án:

Dựa theo phản ứng điều chế ammonia thì khi tăng áp suất cân bằng dịch chuyển theo chiều làm giảm số mol khí (chiều thuận) => tăng hiệu suất phản ứng.

Phản ứng tỏa nhiệt => giảm nhiệt độ thì cân bằng dịch chuyển theo chiêu thuận 

Vậy Trong công nghiệp sản xuất NH3, để hiệu suất cao người ta sử dụng biện pháp giảm nhiệt độ và tăng áp suất

Tuy nhiên, trên thực tế nếu thực hiện các điều kiện trên sẽ gây trở ngại cho phân ứng tổng hợp NH3 vì khi nhiệt độ quả thấp thì phản ứng xảy ra rất chậm và khi áp suất quá cao thì đời hỏi thiết bị cổng kềnh, phức tạp.

4. MUỐI AMMONIUM

Bài 1: Quan sát hình 4.5, cho biết trạng thái màu sắc của muối ammonium Chloride và đặc tính liên kết của phân tử.

Đáp án:

Muối ammonium Chloride là chất rắn, màu trắng và phân tử có liên kết ion giữa NH4+ và Cl-

Bài 2: Quan sát thí nghiệm, nêu hiện tượng xảy ra. Giải thích. Viết phương trình hóa học khi cho NH4Cl, NH4NO3, (NH4)2SO4 tác dụng với dung dịch NaOH.

Đáp án:

Hiện tượng:  có khí mùi khai thoát ra, đặt mẫu giấy quỳ tím ẩm lên miệng ống nghiệm thì quỳ tím chuyển màu xanh.

Giải thích: Khí thoát ra là NH3. Khi gặp quỳ tím ẩm, NH3 kết hợp với nước tạo thành ion OH-, dung dịch này có tính base làm quỳ tím chuyển màu xanh. 

PTHH: NH4Cl + NaOH → NH3 ↑+ H2O + NaCl

NH4NO3 + NaOH → NaNO3 + NH3 ↑ + H2O

(NH4)2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 ↑+ 2NH3 + 2H2O

Bài 3: Đun nóng NH4Cl hình 4.6 thấy có hiện tượng khói trắng trong ống nghiệm. Giải thích.

Đáp án:

- NH4Cl bị phân huỷ tạo thành khí NH3 và HCl bay lên miệng ống nghiệm.

Hỗn hợp khí gặp nhiệt độ thấp hơn ở đầu ống nghiệm hoá hợp lại với nhau tạo tinh thể NH4Cl màu trắng bám lên thành ống, tạo nên hiện tượng “khói” trắng.

Bài 4: Viết phương trình hóa học khi cho dung dung dịch (NH4)2CO3 tác dụng với các dung dịch KOH, HCl, Ba(OH)2, CaCl2

Đáp án:

PTHH:

(NH4)2CO3 + 2KOH →  2H2O + K2CO3 + 2NH3

(NH4)2CO3 + 2HCl →  2NH4Cl + CO2 + H2O.

(NH4)2CO3 + Ba(OH)2 → 2NH3 + BaCO3↓+ 2H2O

CaCl2 + (NH4)2CO3 → CaCO3 ↓ + 2NH4Cl 

Bài 5: NH4HCO3 là một trong những chất dùng làm bột nở trong sản xuất bánh bao. Giải thích

Đáp án:

Khi nướng bánh, NH4HCO3 phân hủy thành các chất khí và hơi thoát ra nên làm cho bánh xốp và nở.

NH4HCO3(r) → NH3↑ + CO2↑  +  H2O↑

5. ỨNG DỤNG

Bài 1: Tìm hiểu thông tin và nêu một số ứng dụng của ammonia trong đời sống và sản xuất 

Đáp án:

Sản xuất nitric acid, các loại phân đạm như urea (NH2)2CO; NH4NO3; (NH4)2SO4; …

Điều chế Hydrazine (N2H4) làm nhiên liệu cho tên lửa.

Ammonia lỏng dùng làm chất gây lạnh trong thiết bị lạnh...

Bài 2: Hãy giải thích vì sao các loại phân bón như: NH4Cl, NH4NO3, (NH4)2SO4 không thích hợp bón cho đất chua.

Đáp án: 

Vì phân có chứa ion NH4+ khi thuỷ phân tạo ra nhiều ion H+ tạo môi trường acid --> càng làm tăng độ chua của đất.

BÀI TẬP

Bài 1: Liên kết hóa học trong phân tử NH3 là liên kết

1. cộng hóa trị phân cực.                    B. ion.
2. cộng hóa trị không phân cực.        D. kim loại.

Đáp án:

Đáp án: A

Bài 2: Có thể nhận biết muối ammonium bằng cách cho muối tác dụng với dung dịch kiềm thấy thoát ra một khí khí đó là

3. NH3.                    B. H2.           C. NO2.            D. NO. 

Đáp án:

Đáp án: A

Bài 3: Khi thải rác thải sinh hoạt chứa một lượng lớn ion ammonium vào ao, hồ sẽ sinh ra quá trình oxi hóa ammonium thành ion nitrate dưới tác dụng của vi khuẩn. Quá trình này làm giảm oxygen hòa tan trong nước, gây ngạt cho sinh vật sống dưới nước. Người ta phải xử lý nguồn nước gây ô nhiễm đó bằng cách chuyển ion ammonium thành ammonia, rồi chuyển tiếp thành nitrogen không độc. Hãy đề xuất một số hóa chất thực hiện quá trình trên. Viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra.

Đáp án:

Phương pháp anammox

Đầu tiên sẽ tiến hành bước nitrate hóa bán toàn phần để chuyển một nửa ammonium thành nitrate: 

NH4+ + 1,5 O2 + 2 HCO3– → NO2– + 2 CO2 + 3H2O

Sau đó sẽ tiến hành quá trình anammox để oxy hóa hoàn toàn amoni thành N2:

NH3 + 1,32 NO2– + H+ → 1,02 N2 + 0,26 NO3– + 2 H2O

Bài 4: Cho cân bằng hoá học:

N2(g) + 3H2(g)   2NH3(g)   ΔrHo298 = - 92kJ

Cân bằng chuyển dịch theo chiều nào (có giải thích) khi:

1. a) tăng nhiệt độ.
2. b) tách ammonia ra khỏi hỗn hợp phản ứng.
3. c) giảm thể tích của hệ phản ứng.

Đáp án:

1. a) khi tăng nhiệt độ thì phản ứng xảy ra theo phản ứng thu nhiệt (chiều nghịch)
2. b) cân bằng xảy ra theo chiều làm tăng chất sản phẩm --> cân bằng xảy ra theo chiều thuận
3. c) Giảm thể tích của hệ phản ứng --> giảm số phân tử khí --> cân bằng chuyển dịch theo tăng số phân tử khí (chiều nghịch)

Bài 5: Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra khi cho dung dịch (NH4)2SO4 tác dụng với dung dịch NaOH, dung dịch Ba(OH)2, dung dịch BaCl2, dung dịch Ba(NO3)2.

Đáp án:

2NaOH + (NH4)2SO4 → Na2SO4+ 2NH3↑ + 2H2O

Ba(OH)2 + (NH4)2SO4 → 2H2O + 2NH3↑ + BaSO4↓

BaCl2 + (NH4)2SO4 → 2NH4Cl + BaSO4↓