Giải Hóa 11 Bài 5 (Cánh diều): Một số hợp chất quan trọng của nitrogen

Giải Hóa 11 Bài 5: Một số hợp chất quan trọng của nitrogen

Mở đầu trang 30 Hoá học 11: 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.

Lời giải:

Có thể nhận biết sự có mặt của ion ammonium trong các ao tù bằng các cách:

+ Quan sát: Sự gia tăng nguyên tố dinh dưỡng N trong nước dẫn đến hệ quả vi khuẩn, rong, rêu, tảo … sinh sôi, nảy nở và phát triển rất mạnh.

+ Cho nước ao tù tác dụng với dung dịch kiềm, đun nóng: Nếu có mặt của ion ammonium sẽ sinh ra khí amonia (NH₃) có mùi khai và xốc. Ngoài ra khí này có thể làm xanh giấy quỳ ẩm.

NH₄⁺ + OH^- → NH₃ + H₂O

I. Ammonia

Giải Hóa 11 trang 31

Luyện tập 1 trang 31 Hoá học 11: 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.

Lời giải:

- Nước pha phenolphthalein sẽ bị hút lên bình chứa khí ammonia và phun thành tia do khí ammonia tan nhiều trong nước (ở 20 ^oC, 1 bar, 1 lít nước có thể hoà tan 700 lít khí ammonia) làm giảm áp suất trong bình và nước bị hút vào bình.

- Nước phun thành tia màu hồng do dung dịch ammonia có tính base.

Câu hỏi 1 trang 31 Hoá học 11: Khi giấy quỳ tím ẩm tiếp xúc với khí ammonia thì hiện tượng gì sẽ xảy ra?

Lời giải:

Ammonia là một base theo thuyết Bronsted – Lowry. Do đó, khi giấy quỳ tím ẩm tiếp xúc với khí ammonia thì giấy quỳ ẩm sẽ chuyển sang màu xanh.

Giải Hóa 11 trang 33

Câu hỏi 2 trang 33 Hoá học 11: 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?

Lời giải:

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

Do đó, nếu giữ nguyên áp suất và làm lạnh thiết bị thì khí NH₃ sẽ hoá lỏng đầu tiên.

II. Muối ammonium

Thực hành trang 33 Hoá học 11: 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.

Lời giải:

Hiện tượng: Khi đun nóng hỗn hợp phân đạm ammonium chloride và kiềm (NaOH) thấy sinh ra khí có mùi khai và xốc. Khí này làm xanh giấy quỳ tím ẩm.

Phương trình hoá học:

NH₄Cl(s) + NaOH(aq) $\stackrel{t^o}{\to }$ NaCl(aq) + NH₃(g) + H₂O(l).

Vận dụng 1 trang 33 Hoá học 11: 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.

Lời giải:

a) Các chất thường được sử dụng trong túi chườm lạnh: nước, muối ammonium (như NH₄Cl).

b) Muối ammonium (ví dụ NH₄Cl rắn) khi hòa vào nước cất sẽ xảy ra quá trình:

NH₄Cl (s) → NH₄Cl (aq)

Quá trình này thu nhiệt, được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất các túi chườm, giúp giảm đau, giảm viêm do các chấn thương.

Túi chườm hoạt động khi phá vỡ lớp ngăn cách giữa muối ammonium chloride và nước cất.

Giải Hóa 11 trang 34

Câu hỏi 3 trang 34 Hoá học 11: 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.

Lời giải:

⇒ Phản ứng phân huỷ ammonium nitrate toả nhiệt.

⇒ Phản ứng phân huỷ ammonium chloride thu nhiệt.

Vậy muối ammonium nitrate có nguy cơ cháy nổ cao hơn trong quá trình lưu trữ.

III. Ứng dụng của ammonia và một số muối ammonium

Luyện tập 3 trang 34 Hoá học 11: 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.

Lời giải:

Tỉ lệ mol kết hợp giữa NH₃ và H₃PO₄ để tạo ra diammonium hydrogenphosphate (NH₄)₂HPO₄ là 2 : 1.

Phương trình hoá học của phản ứng: 2NH₃ + H₃PO₄ → (NH₄)₂HPO₄.

IV. Nguồn gốc của một số oxide của nitrogen trong không khí – mưa acid

Giải Hóa 11 trang 35

Luyện tập 4 trang 35 Hoá học 11: 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.

Lời giải:

Các phương trình hoá học minh hoạ:

- Tác động của mưa acid đối với calcium carbonate trong núi đá vôi:

2H⁺ + CaCO₃ → Ca²⁺ + CO₂ + H₂O.

- Tác động của mưa acid đối với kim loại sắt có trong thép:

2H⁺ + Fe → Fe²⁺ + H₂.

V. Nitric acid

Câu hỏi 4 trang 35 Hoá học 11: Cho biết số oxi hoá của nitrogen trong mỗi phân tử và ion sau: NH₃; NH₄⁺; N₂; N₂O; NO; NO₂; HNO₂; HNO₃.

Lời giải:

$\stackrel{-3}{N}{H}_3;\stackrel{-3}{N}{H_4}^{+};{\stackrel{0}{N}}_2;{\stackrel{+1}{N}}_{2}O;\stackrel{+2}{N}O;\stackrel{+4}{N}{O}_2;H\stackrel{+3}{N}{O}_2;H\stackrel{+5}{N}{O}_3$

Giải Hóa 11 trang 36

Câu hỏi 5 trang 36 Hoá học 11: Công thức Lewis của HNO₃ như dưới đây có phù hợp không?

Lời giải:

Công thức Lewis của HNO₃ theo đề bài là không phù hợp, do N ở chu kì 2, không có AO d trống.

Công thức Lewis của HNO₃ là:

VI. Hiện tượng phú dưỡng

Luyện tập 5 trang 36 Hoá học 11: Khi khơi thông nguồn nước thì nguy cơ xảy ra hiện tượng phú dưỡng sẽ tăng hay giảm? Giải thích.

Lời giải:

Khi khơi thông nguồn nước thì nguy cơ xảy ra 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 trang 36 Hoá học 11: Dựa vào những dấu hiệu nào để dự đoán đã có hiện tượng phú dưỡng xảy ra trong một ao nước hay hồ nước?

Lời giải:

Những dấu hiệu để dự đoán đã có hiện tượng phú dưỡng xảy ra trong một ao nước hay hồ nước:

+ Sự xuất hiện dày đặc của tảo xanh trong nước;

+ Nguồn thuỷ sản trong ao hồ bị suy kiệt;

+ Xuất hiện mùi hôi thối khó chịu…

Vận dụng 2 trang 36 Hoá học 11: 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?

Lời giải:

Để hạn chế nguy cơ xảy ra hiện tượng phú dưỡng trong hồ, ao, vuông … người nuôi thuỷ, hải sản nên:

+ 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 giúp giải phóng các loại khí như CO₂.

+ Thường xuyên sử dụng chế phẩm vi sinh để tăng vi sinh có lợi cho hồ, ao, vuông …

Vận dụng 3 trang 37 Hoá học 11: Hãy tìm hiểu tình trạng phú dưỡng tại địa phương em. Từ đó, đề xuất biện pháp hạn chế hiện tượng này

Lời giải:

Hiện nay, địa phương em đẩy mạnh xây dựng các khu công nghiệp, do đó hiện tượng phú dưỡng tại các ao, hồ … xuất hiện ngày càng nhiều, chủ yếu là do việc thải nước thải chưa qua xử lí ra môi trường.

Một số biện pháp đề xuất để hạn chế hiện tượng này:

- Xử lí nước thải trước khi đổ vào ao, hồ….Tuyên truyền toàn dân chung sức ngăn chặn hành vi xả thải trái phép chưa qua xử lí ra môi trường. Báo cáo chính quyền xử lí khi thấy hiện tượng xả thải trái phép ra môi trường.

- Trồng một số thực vật thuỷ sinh phù hợp với môi trường phú dưỡng: bèo tây, ngổ trâu, cải xoong … Trồng thực vật thủy sinh cũng sẽ làm giảm mức độ dinh dưỡng trong nước ao, hồ và do đó không khuyến khích sự nhân lên của thực vật phù du.

- Lắp đặt các hệ thống sục khí ở các ao, hồ lớn … bị xả thải…

Giải Hóa 11 trang 38

Bài tập 1 trang 38 Hoá học 11: Vì sao nói ammonia có vai trò rất quan trọng đối với nông nghiệp? Cho ví dụ minh hoạ.

Lời giải:

Gần đây, mỗi năm có khoảng hàng trăm triệu tấn ammonia được sản xuất trên toàn cầu. Trong đó, có khoảng 80% được sử dụng để sản xuất phân đạm ammonium, urea … để cung cấp nguyên tố nitrogen cho đất và cây trồng. Ví dụ phản ứng dưới đây dùng để tổng hợp ra phân bón với thành phần chính là ammonium sulfate:

2NH₃(aq) + H₂SO₄(aq) → (NH₄)₂SO₄(aq)

Vì thế có thể nói ammonia có vai trò rất quan trọng đối với nông nghiệp.

Bài tập 2 trang 38 Hoá học 11: 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?

Lời giải:

${\Delta }_r{H}_{298}^o=-91,8kJ<0$ phản ứng thuận toả nhiệt. Tuy nhiên, khi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ quá thấp thì tốc độ của phản ứng nhỏ, phản ứng diễn ra chậm. Thực tế, người ta đã chọn nhiệt độ phù hợp, khoảng 400 ^oC – 600 ^oC.

Bài tập 3 trang 38 Hoá học 11: 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?

Lời giải:

Ban đầu: a b 0 M

Phản ứng: x 3x 2x M

Cân bằng: 0,0201 0,0602 2x M

Áp dụng công thức có:

$$\begin{gathered} K=\frac{{\text{[}N{H}_3\text{]}}_{}^2}{\text{[}{N}_2\text{]}.{\text{[}{H}_2\text{]}}_{}^3} \\ \iff \text{[}N{H}_3\text{]}=2x=\sqrt{K.\text{[}{N}_2\text{]}.{\text{[}{H}_2\text{]}}_{}^3} \\ =\sqrt{0,105.0,0201.0,{0602}_{}^3}=6,{79.10}_{}^{-4}M \end{gathered}$$

b) Tại thời điểm cân bằng, nồng độ ammonia, nitrogen và hydrogen trong buồng phản ứng là không đổi. Khi đó hỗn hợp khí này được dẫn qua hệ thống làm lạnh để hoá lỏng ammonia và tách ra khỏi hỗn hợp.

Bài tập 4 trang 38 Hoá học 11: 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.

Lời giải:

a) Ý nghĩa của phản ứng: 2CO(g) + 2NO(g) → 2CO₂(g) + N₂(g) đối với môi trường là giảm khí độc CO, giảm tác nhân gây mưa acid NO phát sinh từ quá trình đốt cháy nhiên liệu.

b) $2\stackrel{+2}{C}O\left(g\right)+2\stackrel{+2}{N}O\left(g\right)\to 2\stackrel{+4}{C}{O}_2\left(g\right)+{\stackrel{0}{N}}_2\left(g\right)$

Số oxi hoá của carbon tăng từ +2 lên +4 sau phản ứng nên CO đóng vai trò là chất khử.

Số oxi hoá của nitrogen giảm từ +2 xuống 0 sau phản ứng nên NO đóng vai trò là chất oxi hoá.

c)

${\Delta }_r{H}_{298}^o=2.{\Delta }_f{H}_{298}^o\left(C{O}_2\right(g\left)\right)+{\Delta }_f{H}_{298}^o\left(N_2\right(g\left)\right)-2.{\Delta }_f{H}_{298}^o\left(CO\right(g\left)\right)-2.{\Delta }_f{H}_{298}^o\left(NO\right(g\left)\right)$

= 2. (-393,5) + 0 – 2.(-110,5) – 2.91,3 = -748,6 (kJ) < 0.

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

Bài tập 5 trang 38 Hoá học 11: Viết sơ đồ phản ứng gây ra mưa chứa nitric acid và sulfuric acid.

Lời giải:

- Sơ đồ phản ứng gây ra mưa chứa nitric acid:

$N_2\stackrel{+O_2}{\to }NO\stackrel{+O_2}{\to }N{O}_2\stackrel{+O_2+H_{2}O}{\to }HN{O}_3\to H^{+}+N{O}_3^{-}$

Các phương trình hoá học minh hoạ cho sơ đồ:

N₂(g) + O₂(g) $\stackrel{t^o}{\rightleftharpoons }$ 2NO(g)

2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g)

4NO₂(g) + 2H₂O(l) + O₂(g) → 4HNO₃(aq)

HNO₃ → H⁺ + NO₃^-

- Sơ đồ phản ứng gây ra mưa chứa sulfuric acid:

$H_{2}S{O}_3\stackrel{+H_{2}O}{\leftarrow }S{O}_2\stackrel{+O_2}{\to }S{O}_3\stackrel{+H_{2}O}{\to }{H}_{2}S{O}_4$

Các phương trình hoá học minh hoạ cho sơ đồ:

SO₂ + H₂O → H₂SO₃

$S{O}_2+\frac{1}{2}{O}_2\stackrel{NO/N{O}_2}{\to }S{O}_3$

SO₃ + H₂O → H₂SO₄.

Bài tập 6 trang 38 Hoá học 11: 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.

Lời giải:

- Một số hoạt động tạo thành các khí gây mưa acid tại địa phương em: khí thải của phương tiện giao thông; khí thải của nhà máy chưa qua xử lí ra môi trường; khí thải do đốt rác, đốt than …

- Một số biện pháp giảm thiểu sự tạo thành các khí này:

+ Tăng cường sử dụng xe đạp, phương tiện công cộng thay cho các phương tiện động cơ cá nhân như ô tô, xe máy …

+ Tăng cường sử dụng các nguồn năng lượng mới, năng lượng sạch, năng lượng tái tạo;

+ Sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên;

+ Cải tiến công nghệ sản xuất, có biện pháp xử lí khí thải và tái chế các sản phẩm phụ có chứa sulfur.

Lý thuyết Một số hợp chất quan trọng của nitrogen

I. Ammonia

1. Cấu tạo phân tử và tính chất vật lí

- Cấu tạo phân tử:

+ Được cấu tạo bởi một nguyên tử nitrogen liên kết với ba nguyên tử hydrogen và có dạng hình học là chóp tam giác.

- Tính chất vật lí:

+ Ammonia tồn tại ở cả trong môi trường đất, nước, không khí.

+ Ở điều kiện thường, ammonia tồn tại ở thể khí, không màu, nhẹ hơn không khí, mùi khai và xốc, tan nhiều trong nước.

2. Tính chất hóa học

a, Tính base

- Trong dung dịch, nhận proton của nước: NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH^-

- Có môi trường base yếu:

+ Làm quỳ tím chuyển màu xanh.

+ Làm phenolphtalein chuyển màu hồng.

- Thể hiện tính chất của một base: NH₃ + HCl → NH₄Cl

b, Tính khử

4NH₄ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O

3. Tổng hợp ammonia theo quá trình Haber

PTHH:

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃

( nhiệt độ 400-450^oC, áp suất 150-200 bar, xúc tác Fe)

II. Muối ammonium

1. Tính tan, sự điện li

- Hầu hết các muối ammonium đều dễ tan trong nước và phân li hoàn toàn ra ion.

VD: NH₄Cl → NH₄⁺ + Cl^-

2. Tác dụng với kiềm – Nhận biết ion ammonuim

- Đun nóng hỗn hợp muối ammonium với dung dịch kiềm, sinh ra khí ammonia có mùi khai.

VD: NH₄Cl + NaOH → NH₃ + NaCl + H₂O

Phương trình ion rút gọn: NH₄⁺ + OH^­- → NH₃ + H₂O.

3. Tính chất kém bền nhiệt

- Các muối ammonuin đều kém bền nhiệt và dễ bị phân hủy khi đun nóng.

VD: NH₄Cl → NH₃ + HCl

III. Ứng dụng của ammonia và một số muối ammonium

- Ứng dụng của ammonia:

+ Tác nhận làm lạnh.

+ Dung môi.

+ Sản xuất nitric acid.

+ Sản xuất phân đạm.

- Ứng dụng của một số muối ammonium:

+ Chất đánh sạch bề mặt kim loại.

+ Thuốc long đờm.

+ Phân bón hóa học.

+ Chất phụ gia thực phẩm.

+ Thuốc bổ sung chất điện giải.

IV. Nguồn gốc một số oxide của nitrogen trong không khí – mưa acid

1. Nguồn gốc một số oxide của nitrogen

- Bầu khí quyển có oxide của nitrogen NO_x.

- NO trong khí quyển được tạo ra khi có sấm sét.

- Hoạt động của con người.

2. Mưa acid

- Nguyên nhân chính: acid nitric và sulfuric acid hòa tan trong nước mưa.

- HÌnh thành:

SO₂(g) + O₂(g) → SO₃(g)

SO₃(g) + H₂O(l) → H₂So₄(aq)

V. Nitric acid

Công thức Lewis:

- Nitric acid là chất lỏng, không màu, có tính acid mạnh và tính oxi hóa mạnh

VI. Hiện tượng phú dưỡng

- Khái niệm: Hiện tượng phú dưỡng là sự tích tụ lớn các chất dinh dưỡng, bao gồm cả hợp chất nitrogen và hợp chất phosphorus trong các nguồn nước, do các tác động từ con người.

- Hệ quả: Làm thay đổi hệ sinh thái của nước, tích tụ bùn từ xác của tảo, làm suy kiệt nguồn thủy sản.

- 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 trong năm.

Sơ đồ tư duy Một số hợp chất quan trọng của nitrogen

Xem thêm lời giải bài tập Hóa học lớp 11 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 6: Sulfur và sulfur dioxide

Bài 7: Sulfuric acid và muối sulfate

Bài 8: Hợp chất hữu cơ và hoá học hữu cơ

Bài 9: Phương pháp tách biệt và tinh chế hợp chất hữu cơ

Bài 10: Công thức phân tử hợp chất hữu cơ