Giải Hóa 11 Bài 5 (Chân trời sáng tạo): Một số hợp chất với oxygen của nitrogen

Giải Hóa 11 Bài 5: Một số hợp chất với oxygen của nitrogen

Giải Hóa 11 trang 30

Mở đầu trang 30 Hóa học 11: Nitrogen tạo thành những hợp chất nào với oxygen? Chúng được hình thành từ đâu và có những tính chất gì?

Lời giải:

Nitrogen có thể tạo thành với oxygen các hợp chất NO, NO₂, N₂O, N₂O₃, N₂O₅.

+ Khí nitrogen monoxide (NO) được tạo thành trong không khí ở nhiệt độ cao.

N₂(g) + O₂(g) $\stackrel{\approx 3000°C}{\rightleftharpoons }$ 2NO(g)

Ở điều kiện thường, khí NO không màu kết hợp với oxygen trong không khí tạo thành khí nitrogen dioxide (NO₂) màu nâu đỏ.

2NO + O₂ → 2NO₂.

+ Các chất N₂O, N₂O₃, N₂O₅ không điều chế được trực tiếp từ phản ứng giữa nitrogen và oxygen.

1. Các oxide của nitrogen - hiện tượng mưa acid

Câu hỏi thảo luận 1 trang 30 Hóa học 11: Hãy tìm hiểu và cho biết hiện tượng nào trong tự nhiên và quá trình nào trong đời sống của con người là nguồn tạo ra các khí NO, NO₂ trong không khí.

Lời giải:

Nguồn tạo ra khí NO, NO₂ trong không khí:

+ Trong tự nhiên: Hiện tượng sấm sét.

+ Trong đời sống: Hoạt động của các phương tiện giao thông vận tải, nhà máy nhiệt điện, luyện kim, đốt nhiên liệu …

Giải Hóa 11 trang 31

Câu hỏi thảo luận 2 trang 31 Hóa học 11: Quan sát Hình 5.2, mô tả quá trình hình thành mưa acid.

Lời giải:

Quá trình hình thành mưa acid:

+ Hoạt động của núi lửa, cháy rừng, sấm sét hoặc do con người tiêu thụ các nhiên liệu như than đá, dầu mỏ … làm phát sinh ra nhiều khí SO₂, NO_x (các khí oxide của nitrogen).

+ Dưới xúc tác của các ion kim loại trong khói bụi SO₂, NO_x bị oxi hoá, sau đó hoà tan trong nước mưa rơi xuống mặt đất, ao hồ … tạo thành hiện tượng mưa acid.

2SO₂ + O₂ + 2H₂O $\stackrel{xt}{\to }$ 2H₂SO₄

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃.

Câu hỏi thảo luận 3 trang 31 Hóa học 11: Viết các phương trình hoá học của chuỗi phản ứng tạo ra nitric acid từ nitrogen trong không khí:

N₂ → NO → NO₂ → HNO₃

Lời giải:

Các phương trình hoá học minh hoạ chuỗi phản ứng:

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

2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g)

4NO₂(g) + 2H₂O(l) + O₂(g) → 4HNO₃(aq).

Câu hỏi thảo luận 4 trang 31 Hóa học 11: Quan sát Hình 5.3, hãy nêu một số tác hại của mưa acid.

Lời giải:

Một số tác hại của mưa acid: làm thay đổi thành phần của nước sông, hồ, gây hại cho động vật sống dưới nước và các sinh vật khác, huỷ hoại các công trình xây dựng, kiến trúc, cảnh quan thiên nhiên …

2. Nitric acid

Câu hỏi thảo luận 5 trang 31 Hóa học 11: Quan sát Hình 5.4a, cho biết các liên kết hoá học giữa các nguyên tử trong phân tử HNO₃ thuộc loại liên kết gì. Xác định số oxi hoá của nitrogen trong HNO₃. Dự đoán vai trò của HNO₃ trong các phản ứng oxi hoá – khử.

Lời giải:

- Liên kết hoá học giữa các nguyên tử trong phân tử HNO₃ thuộc loại liên kết cộng hoá trị.

- Trong HNO₃, nitrogen có số oxi hoá là +5, đây là số oxi hoá cao nhất của nitrogen.

- Dự đoán: Trong phản ứng oxi hoá – khử nitrogen đóng vai trò là chất oxi hoá.

Giải Hóa 11 trang 32

Câu hỏi thảo luận 6 trang 32 Hóa học 11: Tại sao phải bảo quản nitric acid trong các lọ tối màu?

Lời giải:

Nitric acid tinh khiết kém bền, bị phân huỷ một phần giải phóng khí nitrogen dioxide (NO₂) ngay ở điều kiện thường khi có ánh sáng. Do đó, cần bảo quản nitric acid trong các lọ tối màu.

Câu hỏi thảo luận 7 trang 32 Hóa học 11: Hãy tìm hiểu và cho biết HNO₃ được ứng dụng vào những lĩnh vực nào trong đời sống và sản xuất.

Lời giải:

Một số ứng dụng của HNO₃ trong đời sống và sản xuất:

- Sản xuất thuốc nổ;

- Sản xuất phân bón;

- Sản xuất thuốc nhuộm vải…

Luyện tập trang 32 Hóa học 11: Viết phương trình hoá học của các phản ứng khi cho dung dịch HNO₃ tác dụng với CuO, Ca(OH)₂, CaCO₃. Các phản ứng này có phải phản ứng oxi hoá – khử không? Giải thích.

Lời giải:

Các phương trình hoá học:

2HNO₃ + CuO → Cu(NO₃)₂ + H₂O

2HNO₃ + Ca(OH)₂ → Ca(NO₃)₂ + 2H₂O

2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + CO₂↑ + H₂O.

Các phản ứng này không phải là phản ứng oxi hoá – khử; do không có sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố trước và sau phản ứng.

3. Hiện tượng phú dưỡng

Giải Hóa 11 trang 33

Câu hỏi thảo luận 8 trang 33 Hóa học 11: Hãy cho biết dấu hiệu nhận biết hiện tượng phú dưỡng.

Lời giải:

Dấu hiệu nhận biết ao, hồ có hiện tượng phú dưỡng: xuất hiện dày đặc tảo xanh trong nước; nguồn thuỷ sản trong ao hồ bị suy kiệt; xuất hiện mùi hôi thối khó chịu.

Câu hỏi thảo luận 9 trang 33 Hóa học 11: Hãy nêu một số phương pháp hạn chế hiện tượng phú dưỡng.

Lời giải:

Một số phương pháp hạn chế hiện tượng phú dưỡng:

- Xử lí nước thải trước khi đổ vào ao hồ.

- 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.

- Sử dụng chế phẩm vi sinh để tăng vi sinh có lợi.

- Tảo phát triển mạnh trong nước thiếu oxygen. Do đó tăng cường oxygen ngay lập tức bằng việc lắp đặt thiết bị sục khí để khuấy trộn bề mặt ao và giúp giải phóng các loại khí như CO₂. Điều này cũng cho phép nước hấp thụ nhiều oxygen hơn, trong thời gian ngắn sẽ giúp giảm sự hiện diện của tảo.

Vận dụng trang 33 Hóa học 11: Nước thải chăn nuôi là một trong những yếu tố gây nên hiện tượng phú dưỡng cho ao, hồ. Hãy giải thích điều này.

Lời giải:

Nước thải chăn nuôi chứa nhiều các nguyên tố dinh dưỡng như nitrogen, phosphorus … Khi thải trực tiếp nước thải chăn nuôi xuống ao, hồ, các dưỡng chất này không được tiêu thụ hết sẽ gây ra tình trạng dư, thừa, dẫn đến hiện tượng phú dưỡng.

Giải Hóa 11 trang 34

Bài tập (trang 34)

Bài 1 trang 34 Hóa học 11: Trong công nghiệp, người ta sản xuất nitric acid (HNO₃) từ ammonia theo sơ đồ chuyển hoá sau:

NH₃ $\stackrel{+O_2,t°,xt}{\to }$ NO $\stackrel{+O_2}{\to }$ NO₂ $\stackrel{+O_2+H_{2}O}{\to }$ HNO₃

a) Viết các phương trình hoá học xảy ra.

b) Để điều chế 200 000 tấn nitric acid có nồng độ 60% cần dùng bao nhiêu tấn ammonia? Biết rằng hiệu suất của phản ứng sản xuất nitric acid theo sơ đồ trên là 96,2%.

Lời giải:

a) Các phương trình hoá học xảy ra:

4NH₃ + 5O₂ $\stackrel{t°,Pt}{\to }$ 4NO + 6H₂O

2NO + O₂ → 2NO₂

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃.

b) Khối lượng nitric acid có trong 200 000 tấn dung dịch nitric acid 60% là:

$m_{HN{O}_3}=\frac{200000.60}{100}=120000$ (tấn).

Sơ đồ: NH₃ $\stackrel{+O_2,t°,xt}{\to }$ NO $\stackrel{+O_2}{\to }$ NO₂ $\stackrel{+O_2+H_{2}O}{\to }$ HNO₃

    1                 1       mol

    17                63       gam

    m                120 000     tấn

Hiệu suất của phản ứng sản xuất nitric acid là 96,2%, thì khối lượng ammonia cần dùng là:

$m=\frac{17.120000}{63}.\frac{100}{96,2}=33660$ (tấn).

Bài 2 trang 34 Hóa học 11: Trong thực tế, ở nhiều nơi, nước thải, phân bón hoá học, thuốc trừ sâu chưa qua xử lí được thải trực tiếp vào ao, hồ. Trường hợp nào có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng? Giải thích.

Lời giải:

Trường hợp gây ra hiện tượng phú dưỡng: nước thải, phân bón hoá học chưa xử lí thải trực tiếp vào ao, hồ.

Giải thích: Nước thải, phân bón hoá học chứa nhiều các nguyên tố dinh dưỡng như nitrogen, phosphorus … Khi thải trực tiếp xuống ao, hồ, các dưỡng chất này không được tiêu thụ hết sẽ gây ra tình trạng dư, thừa, dẫn đến hiện tượng phú dưỡng.

Bài 3 trang 34 Hóa học 11: Khí thải có chứa NO₂ góp phần gây ra mưa acid và hiện tượng phú dưỡng. Giải thích.

Lời giải:

Dưới xúc tác của các ion kim loại trong khói bụi.. NO₂ bị oxi hoá, sau đó hoà tan trong nước mưa rơi xuống mặt đất, ao hồ … tạo thành hiện tượng mưa acid.

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

Trong HNO₃ có chứa nitrogen cũng góp phần gây nên hiện tượng phú dưỡng.

Lý thuyết Một số hợp chất với oxygen của nitrogen

1. Các oxide của nitrogen – hiện tượng mưa acid

a) Nguồn gốc các oxide của nitrogen trong không khí

- Khí NO được tạo thành trong không khí ở nhiệt độ cao.

- Ở điều kiện thường, khí NO không màu kết hợp với oxygen trong không khí tạo khí NO₂ màu nâu đỏ.

$2NO+O_2\to 2N{O}_2$

- Nitrogen oxide được hình thành từ những hiện tượng tự nhiên hoặc các thiết bị hoạt động ở nhiệt độ cao. Các khí này độc, gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

b) Hiện tượng mưa acid

- Mưa acid là hiện tượng nước mưa có pH nhỏ hơn 5,6 do lượng khí thải SO₂ và NO_x từ các quá trình tiêu thụ than đá, dầu mỏ hoặc các nguyên liệu tự nhiên khác trong sản xuất, sinh hoạt của con người.

- Các khí này hòa tan trong nước tạo thành dung dịch H₂SO₄ và dung dịch HNO₃.

- Hiện tượng mưa acid gây ảnh hưởng đến đời sống con người, động – thực vật, môi trường, hủy hoại các công trình kiến trúc.

2. Nitric acid

a) Cấu tạo phân tử, tính chất vật lý

- Liên kết hoá học giữa các nguyên tử trong phân tử HNO₃ là liên kết cộng hóa trị và liên kết cho nhận.

- Số oxi hóa của N trong HNO₃ là +5. Đây là số oxi hóa cao nhất của N, do đó trong các phản ứng oxi hóa – khử, HNO₃ là chất oxi hóa.

- Nitric acid tinh khiết là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm, có khối lượng riêng là 1,53 g/cm3, sôi ở 86˚C.

- Nitric acid tan trong nước theo bất kỳ tỉ lệ nào. Nitric acid thương mại thường có nồng độ 68%.

- Nitric acid tinh khiết kém bền, bị phân hủy ngay ở điều kiện thường khi có ánh sáng.

$2HN{O}_3\iff H_{2}O+2N{O}_2+2O_2$

b) Tính chất hóa học và ứng dụng

- Nitric acid là một acid mạnh:

+ Làm quỳ tím hóa đỏ

+ Tác dụng với basic oxide

$2HN{O}_3+CuO\to Cu(N{O}_3{)}_2+H_{2}O$

+ Tác dụng với base

$HN{O}_3+NaOH\to NaN{O}_3+H_{2}O$

+ Tác dụng với muối của acid yếu hơn -> muối nitrate

$2HN{O}_3+K_{2}C{O}_3\to KN{O}_3+H_{2}O+C{O}_2\uparrow$

- Nitric acid là một trong ba acid chính của ngành công nghiệp hóa chất hiện đại và có tính ăn mòn kim loại.

- Nitric acid là một acid có tính oxi hóa mạnh, oxi hóa được hầu hết các kim loại trừ vàng (Au), platium (Pt),…(một số kim loại như Al, Fe, Cr,… bị thụ động hóa trong dung dịch HNO₃ đặc, nguội)

$3Cu+8HN{O}_3\to 3Cu(N{O}_3{)}_2+2NO\uparrow +4H_{2}O$

- Nitric acid có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và sản xuất: sản xuất thuốc nổ trinitrotoluene, sản xuất nitrobenzene, nước cường toan, sản xuất phân bón,…

3. Hiện tượng phú dưỡng

- Hiện tượng phú dưỡng xảy ra khi dư thừa nhiều chất dinh dưỡng trong môi trường nước như nitrate và phosphate.

- Hiện tượng này làm giảm chất lượng nước, làm ô nhiễm môi trường nước, gây ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống con người cũng như các loài động vật sống dưới nước.

Sơ dồ tư duy Một số hợp chất với oxygen của nitrogen

Xem thêm lời giải bài tập Hóa học lớp 11 Chân trời sáng tạo với cuộc sống hay, chi tiết khác:

Bài 6: Sulfur và sulfur dioxide

Bài 7: Sulfuric acid và muối sulfate

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

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

Bài 10: Công thức phân tử hợp chất hữu cơ