Hoá học 11 · Nitrogen và sulfur
Nitrogen, ammonia và muối ammonium
Cấu tạo, tính chất của nitrogen; cấu tạo, tính base, tính khử của ammonia; quá trình Haber; tính chất, nhận biết và ứng dụng của muối ammonium.
Nitrogen
Nitrogen chiếm khoảng 78% thể tích không khí. Phân tử N2 có liên kết ba N≡N rất bền (945 kJ/mol) nên ở nhiệt độ thường nitrogen khá trơ.
- Tính oxi hoá (khi đun nóng, có xúc tác): N2 + 3H2 ⇌ 2NH3; với kim loại hoạt động: 3Mg + N2 t°→ Mg3N2.
- Tính khử (ở 3000 °C hoặc tia lửa điện): N2 + O2 ⇌ 2NO. Đây là một nguồn tạo đạm tự nhiên khi có sấm sét.
Ứng dụng: sản xuất ammonia, nitric acid, phân đạm; nitrogen lỏng dùng bảo quản mẫu sinh học, khí nitrogen bảo quản thực phẩm.
Ammonia
Phân tử NH3 có dạng chóp tam giác, nguyên tử N còn một cặp electron chưa liên kết; phân tử phân cực. Ammonia là chất khí không màu, mùi khai, tan rất nhiều trong nước.
- Tính base yếu: NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH−, làm quỳ tím ẩm hoá xanh; NH3 + HCl → NH4Cl (khói trắng).
- Tính khử: 4NH3 + 3O2 t°→ 2N2 + 6H2O; có xúc tác Pt ở 850 đến 900 °C: 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O.
Quá trình Haber sản xuất ammonia: nhiệt độ khoảng 450 °C, áp suất 200 bar, xúc tác iron. Ammonia dùng sản xuất phân đạm, nitric acid, làm chất làm lạnh.
Muối ammonium
Muối ammonium là tinh thể ion gồm cation NH4+ và anion gốc acid, dễ tan trong nước.
- Tác dụng với dung dịch kiềm, đun nóng, tạo khí mùi khai làm quỳ tím ẩm hoá xanh, dùng để nhận biết: NH4Cl + NaOH t°→ NaCl + NH3 + H2O.
- Bị nhiệt phân: NH4Cl t°→ NH3 + HCl; NH4HCO3 t°→ NH3 + CO2 + H2O (bột nở); NH4NO3 t°→ N2O + 2H2O.
Muối ammonium là phân đạm phổ biến: NH4NO3, (NH4)2SO4, NH4Cl. Không bón phân đạm ammonium cùng vôi vì sẽ giải phóng ammonia làm mất đạm.
🧪 Thí nghiệm ảo – mô phỏng
- Bấm Mở khoá để nhỏ nước vào bình chứa ammonia: nước phun mạnh thành tia vì ammonia tan rất nhiều làm áp suất trong bình giảm.
- Quan sát màu: nước có phenolphthalein chuyển hồng, chứng tỏ dung dịch ammonia có tính base.
- Đổi khí trong bình sang HCl và nước có quỳ tím: tia nước chuyển màu đỏ.
📐 Công thức cần nhớ
✍️ Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Đun nóng 5,35 gam NH4Cl với dung dịch NaOH dư. Tính thể tích khí thoát ra ở điều kiện chuẩn.
Xem lời giải
- n(NH₄Cl) = 5,35 : 53,5 = 0,1 mol.
- n(NH₃) = n(NH₄Cl) = 0,1 mol.
- V = 0,1 · 24,79 = 2,479 L.
✅ Đáp số: 2,479 L
Ví dụ 2. Vì sao không dùng H2SO4 đặc để làm khô khí ammonia?
Xem lời giải
- NH₃ có tính base, phản ứng với acid: 2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄.
- Ammonia bị giữ lại, không làm khô được. Thường dùng vôi sống CaO để làm khô.
✅ Đáp số: Vì ammonia phản ứng với sulfuric acid
⚠️ Lỗi thường gặp
- Cho rằng nitrogen hoạt động mạnh như oxygen: liên kết ba rất bền làm nitrogen trơ ở nhiệt độ thường.
- Viết sản phẩm oxi hoá ammonia bằng oxygen không xúc tác là NO: khi không có xúc tác sản phẩm là N₂.
- Quên rằng phản ứng tổng hợp ammonia là thuận nghịch nên hiệu suất luôn nhỏ hơn 100%.