SGK Hóa Học 11 - Bài 7: Nitơ
Chương \Z wxy -PHOTPHO Vị trí của nitơ, photpho trong bảng tuần hoàn có liên quan như thế nào với cấu tạo nguyên tử và phân tử của chúng ? Các đơn chất và hợp chất của nitơ, photpho có những tính chất cơ bản nào ? Giải thích những tính chất đó dựa trên cơ sở lí thuyết đã học như thế nào ? Làm thếnào điều chế được nitơ, photpho và một số hợp chất quan trọng của chúng ? Nhà máy phân đạm Phú My NITƠ Bài 7 Cv Viết được cấu hình electron cúa nguyên tứ nitơ và cấu tạo phân tứ của nó. & Biết các tính chất vật lí, hoá học, ứng dụng và điều chế nitơ. - VỊ TRÍ VÀ CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỨ Nitơ ở ô thứ 7, nhóm VA, chu kì 2 của bảng tuần hoàn. Cấu hình electron nguyên tử của nitơ là 7 2s? 2p-\ Ba electron ở phân lớp 2p có thể tạo được ba liên kết cộng hoá trị với các nguyên tử khác. Phân tử nitơ gồm hai nguyên tử, giữa chúng hình thành một liên kết ba. Công thức cấu tạo của phân tử nitơ là N = N. - TÍNH CHẤT VẬT LÍ Ở điều kiện thường, nitơ là chất khí không màu, không mùi, không vị, hời nhẹ hơn không khí, hoá lỏng ở -196 °C. Khí nitơ tan rất ít trong nước (ở điều kiện thường, 1 lít nước hoà tan được 0,015 lít khí nitơ). Nitơ không duy trì sự cháy và sự hô hấp. - TÍNH CHẤT HOÁ HỌC Liên kết ba trong phân tử nitơ rất bền, ở 3000 °C nó vẫn chưa bị phân huỷ rõ rệt thành các nguyên tử. Ở nhiệt độ thường, nitơ khá trơ về mặt hoá học, nhưng ở nhiệt độ cao nitơ trở nên hoạt động hơn và có thể tác dụng được với nhiều chất. Trong các hợp chất cộng hoá trị của nitơ với những nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn (như hiđro, kim loại,...), nguyên tố nitơ có số oxi hoá — 3. Còn trong các hợp chất cộng hoá trị của nitơ với những nguyên tố có độ âm điện lớn hơn (oxi, flo), nguyên tố nitơ có số oxi hoá dương, có thể từ +1 đến +5. Khi tham gia phản ứng oxi hoá - khử, số oxi hoá của nitơ có thể giảm hoặc tăng, do đó nó thể hiện tính oxi hoá hoặc khư. Tuy nhiên, tính oxi hoá vẫn là tính chất chủ yếu của nitơ. Tính oxi hoá Tác dụng với kim loại Ớ nhiệt độ cao, nitơ tác dụng được với một số kim loại hoạt động như Ca, Mg, Al,.„ tạo thành nitrua kim loại. Thí dụ : 3Mg + N2-^-»Mg3N2 magie nitrua Tác dụng với hiđro Ở nhiệt độ cao, áp suất cao và có mặt chất xúc tác, nitơ tác dụng trực tiếp với hiđro, tạo ra khí amoniac. 0 t°,p „ „-3 N2 + 3H2^==± 2NH, xt J Trong những phản ứng nêu trên, số oxi hoá của nguyên tố nitơ giảm từ 0 đến -3, nitơ thể hiện tính oxi hoá. Tính khử Ở nhiệt độ khoảng 3000 °C (hoặc nhiệt độ của lò hồ quang điện), nitơ kết hợp trực tiếp với oxi, tạo ra khí nitơ monooxit NO : 0 t° +2 N2 + O2 2 NO Trong phản ứng này, số oxi hoá của nitơ tàng từ 0 đến +2, nitơ thể hiện tính khử. Trong thiên nhiên, khí NO được tạo thành khi có sấm sét (hình 2.1). Hình 2.1. Sấm sét cung cấp năng lượng cho phản ứng giữa N2 và O-, tạo thành NO Ở điều kiện thường, khí NO không màu kết hợp ngay với oxi của không khí, tạo ra khí nitơ đioxit NO2 màu nâu đỏ : +2 +4 2NO + 02 > 2NO2 Ngoài các oxit trên, còn có các oxit khác của nitơ như N2O, N2O3, N2O5, chúng không điều chê' được bằng tác dụng trực tiếp giữa nitơ và oxi. - ÚNG DỤNG Nguyên tố nitơ là một trong những thành phần dinh dưỡng chính của thực vật. Trong công nghiệp, phần lớn lượng nitơ sản xuất ra được dùng để tổng hợp khí amoniac, từ đó sản xuất ra axit nitric, phân đạm, ... Nhiều ngành công nghiệp như luyện kim, thực phẩm, điện tử, ... sử dụng nitơ làm môi trường trơ. Nitơ lỏng được dùng để bảo quẫn máu và các mẫu vật sinh học khác. - TRẠNG THÁI Tự NHIÊN Trong tự nhiên, nitơ tồn tại ở dạng tự do và dạng hợp chất. Ở dạng tự do, khí nitơ chiếm 78,16% thể tích của không khí, hoặc gần đúng có thể coi khí nitơ chiếm 4/5 thể tích của không khí. Nitơ thiên nhiên là hỗn hợp của hai đồng vị: ị4N (99,63%) và ị5N (0,37%). Ở dạng hợp chất, nitơ có nhiều trong khoáng chất natri nitrat NaNO3, với tên gọi là diêm tiêu natri. - ĐIỀU CHÊ Trong công nghiệp Nitơ được sản xuất bằng phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng. Sau khi đã loại bỏ COọ và hơi nước, không khí được hoá lỏng dưới áp suất cao và nhiệt độ rất thấp. Nâng nhiệt độ không khí lỏng đến -196 °C thì nitơ sôi và được lấy ra, còn lại là oxi lỏng, vì oxi lỏng có nhiệt độ sôi cao hơn (-183 °C). Khí nitơ được vận chuyển trong các bình thép, nén dưới áp suất 150 atm. Trong phòng thí nghiệm Một lượng nhỏ nitơ tinh khiết được điều chế bằng cách đun nóng nhẹ dung dịch bão hoà muối amoni nitrit: NH4NO2 —N2T + 2H2O Muối này kém bền, có thể được thay thế bằng dung dịch bão hoà của amoni clorua và natri nitrit: NH4C1 + NaNO2 —N2t + NaCl + 2H2O BÀI TẬP Trình bày cấu tạo của phân tử N2. Vì sao ở điều kiện thường, nitơ là một chất trơ ? ở điều kiện nào nitơ trở nên hoạt động hơn ? Nitơ không duy trì sự hô hấp, nitơ có phải là khí độc không ? Cặp công thức của liti nitrua và nhôm nitrua là LiN3 và AI3N. Li3NvàAIN. c. Li2N3 và AI2N3. D. Li3N2 và AI3N2. Viết phương trình hoá học của phản ứng tạo thành liti nitrua và nhôm nitrua khi cho liti và nhôm tác dụng trực tiếp với nitơ. Trong các phản ứng này nitơ là chất oxi hoá hay chất khử ? Nguyên tố nitơ có số oxi hoá là bao nhiêu trong các hợp chất sau : NO, NO2, NH3, NH4CI, N2O, N2O3, N2O5, Mg3N2 ? Cần lấy bao nhiêu lít khí nitơ và khí hiđro để điều chế được 67,2 lít khí amoniac ? Biết rằng thể tích của các khí đều được đo trong cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất và hiệu suất của phản ứng là 25%.