Giải chi tiết Hóa học 11 Cánh diều mới bài 4: Đơn chất Nitrogen

MỞ ĐẦU

Vì sao người ta phải bơm khí nitrogen vào các khoang chứa của tàu chở dầu sau khi chuyển dầu ra khỏi khoang?

Hướng dẫn trả lời:

Vì tính kém hoạt động hóa học (tính trơ), nitrogen không oxi hóa các chất khác ở nhiệt độ thường (trừ lithium), nhờ đó người ta thường dùng khí nitrogen để làm giảm nồng độ oxygen khi rút dầu ra khỏi khoang chứa - giảm nguy cơ cháy nổ.

I. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN CỦA NGUYÊN TỐ NITROGEN

Câu hỏi 1: Hãy nêu quan điểm của em về phát biểu "Nitrogen là nguyên tố đặc trưng cho sự sống".

Hướng dẫn trả lời:

Nguyên tố nitrogen có trong cơ thể của mọi sinh vật chủ yếu ở dạng các hợp chất hữu cơ như amino acid, nucleic acid, protein, chlorophyll (chất diệp lục),... Các hợp chất này đóng vai trò quan trọng trong những quá trình sinh hoá của sinh vật.

=> Nitrogen là nguyên tố đặc trưng cho sự sống.

II. ĐƠN CHẤT NITROGEN

Luyện tập 1: Cho biết năng lượng liên kết của phân tử fluorine, nitrogen lần lượt là 159 kJ mol⁻¹ và 946 kJ mol⁻¹.

a) Giải thích nguyên nhân chính dẫn đến sự khác biệt giá trị năng lượng liên kết giữa hai phân tử trên.

b) Cho biết chất nào hoạt động hoá học hơn.

Hướng dẫn trả lời:

a) Sự khác biệt giá trị năng lượng liên kết là liên kết giữa phân tử fluorine là liên kết đơn, còn nitrogen là liên kết ba.

b) Fluorine hoạt động hóa học mạnh hơn, vì năng lượng liên kết của nitrogen > fluorine (946 > 159) nên liên kết phân tử nitrogen khó phá vỡ - hoạt động kém.

Câu hỏi 2: Dựa vào giá trị biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng, hãy cho biết phản ứng giữa nitrogen với hydrogen hay với oxygen diễn ra thuận lợi hơn.

Hướng dẫn trả lời:

Phản ứng giữa nitrogen với hydrogen có enthalpy nhỏ hơn giữa nitrogen với oxygen (-91,8 kJ < 182,6 kJ) => phản ứng giữa nitrogen với hydrogen thuận lợi hơn.

Luyện tập 2: Sử dụng kiến thức hoá học để giải thích câu ca dao sau:

"Lúa chiêm lấp ló đầu bờ

Hễ nghe tiếng sấm, phất cờ mà lên"

Hướng dẫn trả lời:

Trước tiên, nitrogen monoxide được tạo thành từ nitrogen và oxygen khi có sấm sét. 

N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2NO(g)           

Sau đó, nitrogen monoxide nhanh chóng bị oxi hoá bởi oxygen trong khí quyển tạo thành nitrogen dioxide (NO₂).

2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g)        

Tiếp theo là quá trình nitrogen dioxide chuyển thành acid trong nước mưa, có thể được mô tả qua phản ứng

4NO₂(g) + 2H₂O(l) + O₂(g) → 4HNO₃(aq)

Nước mưa với nồng độ acid phù hợp sẽ giúp cung cấp đạm cho đất ở dạng ion nitrate cần thiết cho cây trồng.

BÀI TẬP

Bài 1: Dựa vào các giá trị năng lượng liên kết, hãy dự đoán ở nhiệt độ thường thì đơn chất nitrogen hay chlorine dễ phản ứng với hydrogen hơn. Cho biết năng lượng liên kết Cl−Cl trong phân tử chlorine là 243 kJ mol−.

Hướng dẫn trả lời:

Bài 2: Viết phương trình hoá học của phản ứng giữa nitrogen với hydrogen và với oxygen. Nêu ứng dụng của mỗi phản ứng này trong thực tế.

Hướng dẫn trả lời:

PTHH: 

Ứng dụng: Phản ứng tổng hợp amonia là quá trình trung gian quan trọng để sản xuất nitric acid, thuốc nổ, đạm nitrate, urea, ammophos,...

PTHH:

Ứng dụng: Phản ứng khởi đầu cho quá trình tạo thành ion nitrate - nguồn cung cấp đạm cho đất

Bài 3: Trong công nghiệp, ammonia được sản xuất dựa vào phản ứng thuận nghịch giữa nitrogen và hydrogen trong thiết bị kín.

a) Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì trong thiết bị sẽ có các khí nào?

b) Hãy tìm hiểu về nhiệt độ hoá lỏng của mỗi khí có trong thiết bị. Từ đó cho biết, nếu giữ nguyên áp suất và làm lạnh thiết bị thì khí nào sẽ hoá lỏng đầu tiên.

Hướng dẫn trả lời:

N₂ + 2H₂ ⇌ 2NH₃

a) Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì trong thiết bị sẽ có các khí: N₂, H₂, NH₃

b)

Nếu giữ nguyên áp suất và làm lạnh thiết bị thì khí NH3 sẽ hoá lỏng đầu tiên.