Giải chi tiết Hóa học 11 Chân trời mới bài 4: Ammonia và một số hợp chất ammonium

MỞ ĐẦU

Câu hỏi. Ammonia là một hợp chất của hydrogen và nitrogen, có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất. Ammonia có những tính chất nào?

Hướng dẫn trả lời:

• Là chất khí không màu, có mùi khai xốc, nhẹ hơn không khí, tan rất nhiều trong nước.
• Có Tính base yếu, tính khử mạnh

1. CẤU TẠO PHÂN TỬ AMMONIA

Trình bày cấu tạo phân tử Ammona

Thảo luận 1. Quan sát hình 4.1, mô tả cấu tạo của phân tử Ammonia. Dự đoán tính tan (trong nước) và tính oxi hóa - khử của ammonia. Giải thích

Hướng dẫn trả lời:

Cấu tạo phân tử của NH₃ là hình chóp với nguyên tử N ở đỉnh liên kết cộng hóa trị với 3 nguyên tử H ở đáy tam giác (3 liên kết N – H đều là liên kết cộng hóa trị có phân cực).

Theo công thức Lewis, nguyên tử Nitrogen trong phân tử NH₃ còn 1 cặp electron tự do chưa liên kết hoá học nên NH₃ có khả năng hoạt động hoá học mạnh

- Phân tử NH₃ phân cực mạnh và tạo được liên kết hydrogen với nước do đó có thể dự đoán NH3 dễ tan trong nước (dung môi phân cực)

2.TÍNH CHẤT CỦA AMMONIA

Tìm hiểu tính chất vật lí của ammonia

Thảo luận 2. Quan sát hình 4.2 giải thích hiện tượng thí nghiệm từ đó cho biết tại sao không thu khí ammonia bằng phương pháp đẩy nước?

Hướng dẫn trả lời:

Hiện tượng: nước trong chậu phun vào bình thành những tia màu hồng. Đó là do khí NH₃ tan nhiều trong nước làm giảm áp suất trong bình và nước bị hút vào bình. Tia nước có màu hồng chứng tỏ dung dịch có tính base.

Giải thích: Khí ammonia tan rất nhanh trong nước là giảm áp suất trong bình nên áp suất ngoài không khí nén vào mặt thoáng của chậu nước làm nước phun lên trong ống thuỷ tinh thành dòng. Ammonia tan trong nước tạo thành dung dịch có tính base làm cho phenolphtalein không màu chuyển thành màu hồng.

Do NH₃ hoà tan nhiều trong nước nên không thu khí ammonia bằng phương pháp đẩy nước

Thảo luận 3. Tính tỉ khối của NH₃ so với không khí. Từ kết quả đó hãy giải thích vì sao có thể thu khí NH₃ bằng phương pháp để không khí (úp ngược bình)

Hướng dẫn trả lời:

d_NH3/kk = 17 : 29 < 1

Vậy NH₃ nhẹ hơn không khí --> có thể thu được bằng phương pháp để không khí (úp ngược bình)

Tìm hiểu tính chất hóa học của ammonia

Thảo luận 4. Từ sự kết hợp giữa NH₃ và nước. nhận xét tính acid - base của NH₃ trong dung dịch. Nêu cách nhận biết khí NH₃ bằng quỳ tím. Giải thích

Hướng dẫn trả lời:

- Theo thuyết Bronsted - Lowry, khi tác dụng với nước, NH₃ đóng vai trò là base tạo ra ion OH−, làm cho dung dịch có tính base 

- Có thể dùng giấy quỳ tím ẩm ( nhúng nước) để nhận biết khí NH₃. Nước trong quỳ tím ẩm sẽ hoà tan NH₃ thành dung dịch NH₃ có tính base, làm quỳ tím chuyển xanh.

Thảo luận 5. Chuẩn bị hai đầu đũa thủy tinh quần bông. Đũa nhúng vào dung dịch HCl đặc vào dung dịch và NH3 đặc, sau đó đưa lại gần nhau (Hình 4.3) Quan sát và nêu hiện tượng xảy ra từ đó đề xuất phương pháp nhận biết Ammonia bằng dung dịch HCl đặc

Hướng dẫn trả lời:

đặt hai bình hở chứa dung dịch HCl đặc và dung dịch NH₃ gần nhau thì thấy xuất hiện “khói” trắng.

Vì HCl và NH₃ là những hợp chất dễ bay hơi, chúng kết hợp với nhau tạo thành tinh thể muối Ammonium chloride, gây ra hiện tượng “khói”.

Phương pháp nhận biết ammonia: Nhúng hai đầu đũa thuỷ tinh quấn bông vào dung dịch HCl đặc (thuốc thử) và NH₃ đặc, sau đó đưa lại gần nhau.

Thảo luận 6. Cho biết Ammonia thể hiện tính chất gì trong phản ứng với acid và oxygen

Hướng dẫn trả lời:

Trong phản ứng với acid: Ammonia thể hiện tính base

NH₃ + HCl → NH₄Cl

Trong phản ứng với oxygen: Ammonia thể hiện tính khử

NH₃ + O₂ → NO + H₂O (xt: Pt, to)

NH₃+O₂ → N₂+H₂O (to)

3. TỔNG HỢP AMMONIA

Vận dụng kiến thức hóa học cho phản ứng tổng hợp Ammonia từ nitrogen và hydrogen trong quá trình Haber

Thảo luận 7. Dựa vào nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier, hãy cho biết để tăng hiệu suất phản ứng tổng hợp NH₃, cần điều chỉnh nhiệt độ và áp suất như thế nào. Điều đó có gây trở ngại gì cho phản ứng tổng hợp NH₃ trên thực tế hay không? Vì sao.

Hướng dẫn trả lời:

Dựa theo phản ứng điều chế ammonia thì khi tăng áp suất cân bằng dịch chuyển theo chiều làm giảm số mol khí (chiều thuận) => tăng hiệu suất phản ứng.

Phản ứng tỏa nhiệt => giảm nhiệt độ thì cân bằng dịch chuyển theo chiêu thuận 

Vậy Trong công nghiệp sản xuất NH3, để hiệu suất cao người ta sử dụng biện pháp giảm nhiệt độ và tăng áp suất

Tuy nhiên, trên thực tế nếu thực hiện các điều kiện trên sẽ gây trở ngại cho phân ứng tổng hợp NH3 vì khi nhiệt độ quả thấp thì phản ứng xảy ra rất chậm và khi áp suất quá cao thì đời hỏi thiết bị cổng kềnh, phức tạp.

4. MUỐI AMMONIUM

Tìm hiểu tính chất vật lí của muối ammonium

Thảo luận 8. Quan sát hình 4.5, cho biết trạng thái màu sắc của muối ammonium Chloride và đặc tính liên kết của phân tử.

Hướng dẫn trả lời:

Muối ammonium Chloride là chất rắn, màu trắng và phân tử có liên kết ion giữa NH₄+ và Cl-

Tìm hiểu tính chất hóa học của ammonium

Thảo luận 9. Quan sát thí nghiệm, nêu hiện tượng xảy ra. Giải thích. Viết phương trình hóa học khi cho NH₄Cl, NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄ tác dụng với dung dịch NaOH.

Hướng dẫn trả lời:

Hiện tượng: khi đun nóng, sau một thời gian thấy có khí mùi khai thoát ra, đặt mẫu giấy quỳ tím ẩm lên miệng ống nghiệm thì quỳ tím chuyển màu xanh.

Giải thích: Khí thoát ra là NH₃. Khi gặp quỳ tím ẩm, NH₃ kết hợp với nước tạo thành ion OH-, dung dịch này có tính base làm quỳ tím chuyển màu xanh. 

PTHH: NH₄Cl + NaOH → NH₃ ↑+ H₂O + NaCl

NH₄NO₃ + NaOH → NaNO₃ + NH₃ ↑ + H₂O

(NH₄)₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ ↑+ 2NH₃ + 2H₂O

Thảo luận 10. Đun nóng NH4Cl hình 4.6 thấy có hiện tượng khói trắng trong ống nghiệm. Giải thích.

Hướng dẫn trả lời:

Khi đun nóng ống nghiệm chứa ammonium chloride (NH,Cl) trên ngọn lửa đèn cồn, NH4Cl bị phân huỷ tạo thành khí NH3 và HCl bay lên miệng ống nghiệm.

Hỗn hợp khí gặp nhiệt độ thấp hơn ở đầu ống nghiệm hoá hợp lại với nhau tạo tinh thể NH4Cl màu trắng bám lên thành ống, tạo nên hiện tượng “khói” trắng.

Luyện tập. Viết phương trình hóa học khi cho dung dung dịch (NH₄)₂CO₃ tác dụng với các dung dịch KOH, HCl, Ba(OH)₂, CaCl₂

Hướng dẫn trả lời:

(NH₄)₂CO₃ + 2KOH →  2H₂O + K₂CO₃ + 2NH₃

(NH₄)₂CO₃ + 2HCl →  2NH₄Cl + CO₂ + H₂O.

(NH₄)₂CO₃ + Ba(OH)₂ → 2NH₃ + BaCO₃↓+ 2H₂O

CaCl₂ + (NH₄)₂CO₃ → CaCO₃ ↓ + 2NH₄Cl 

Vận dụng: NH₄HCO₃ là một trong những chất dùng làm bột nở trong sản xuất bánh bao. Giải thích

Hướng dẫn trả lời:

Khi làm bánh bao người ta thường cho ít bột nở NH₄HCO₃ vào bột mì. Khi nướng bánh, NH₄HCO₃ phân hủy thành các chất khí và hơi thoát ra nên làm cho bánh xốp và nở.

NH₄HCO_3(r) → NH₃↑ + CO₂↑  +  H₂O↑

5. ỨNG DỤNG

Tìm hiểu ứng dụng ammonia 

Thảo luận 11. Tìm hiểu thông tin và nêu một số ứng dụng của ammonia trong đời sống và sản xuất 

Hướng dẫn trả lời:

Sản xuất nitric acid, các loại phân đạm như urea (NH₂)₂CO; NH₄NO₃; (NH₄)₂SO₄; …

Điều chế Hydrazine (N₂H₄) làm nhiên liệu cho tên lửa.

Ammonia lỏng dùng làm chất gây lạnh trong thiết bị lạnh.

Tìm hiểu ứng dụng của muối ammonium

Vận dụng. Hãy giải thích vì sao các loại phân bón như: NH₄Cl, NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄ không thích hợp bón cho đất chua.

Hướng dẫn trả lời:

Vì phân có chứa ion NH₄+ khi thuỷ phân tạo ra nhiều ion H+ tạo môi trường acid --> càng làm tăng độ chua của đất.

BÀI TẬP

Bài tập 1. Liên kết hóa học trong phân tử NH3 là liên kết

A. cộng hóa trị phân cực.                    B. ion.

C. cộng hóa trị không phân cực.        D. kim loại.

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án: A

Bài tập 2. Có thể nhận biết muối ammonium bằng cách cho muối tác dụng với dung dịch kiềm thấy thoát ra một khí khí đó là

A. NH₃.                    B. H₂.           C. NO₂.            D. NO. 

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án: A

Bài tập 3. Khi thải rác thải sinh hoạt chứa một lượng lớn ion ammonium vào ao, hồ sẽ sinh ra quá trình oxi hóa ammonium thành ion nitrate dưới tác dụng của vi khuẩn. Quá trình này làm giảm oxygen hòa tan trong nước, gây ngạt cho sinh vật sống dưới nước. Người ta phải xử lý nguồn nước gây ô nhiễm đó bằng cách chuyển ion ammonium thành ammonia, rồi chuyển tiếp thành nitrogen không độc. Hãy đề xuất một số hóa chất thực hiện quá trình trên. Viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra.

Hướng dẫn trả lời:

Phương pháp anammox

Quá trình oxi hóa ammonium có sự tham gia của 2 loại vi khuẩn là Candidatus Brocadia anammoxidans và Candidatus Kuenenia stuttgartiensis. 

Đầu tiên sẽ tiến hành bước nitrate hóa bán toàn phần để chuyển một nửa ammonium thành nitrate: 

NH₄⁺ + 1,5 O₂ + 2 HCO₃^– → NO₂– + 2 CO­₂ + 3H₂O

Sau đó sẽ tiến hành quá trình anammox để oxy hóa hoàn toàn amoni thành N₂:

NH₃ + 1,32 NO₂^– + H⁺ → 1,02 N₂ + 0,26 NO₃^– + 2 H­₂O

Bài tập 4. Cho cân bằng hoá học:

N₂(g) + 3H₂(g)   2NH₃(g)   ΔrH298 = - 92kJ

Cân bằng chuyển dịch theo chiều nào (có giải thích) khi:

a) tăng nhiệt độ.

b) tách ammonia ra khỏi hỗn hợp phản ứng.

c) giảm thể tích của hệ phản ứng.

Hướng dẫn trả lời:

a) Phản ứng có ΔrH298 < 0 --> phản ứng tỏa nhiệt

khi tăng nhiệt độ thì phản ứng xảy ra theo phản ứng thu nhiệt (chiều nghịch)

b) Khi tách Ammonia ra khỏi hỗn hợp phản ứng thì cân bằng xảy ra theo chiều làm tăng chất sản phẩm --> cân bằng xảy ra theo chiều thuận

c) Giảm thể tích của hệ phản ứng --> giảm số phân tử khí --> cân bằng chuyển dịch theo tăng số phân tử khí (chiều nghịch)

Bài tập 5. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra khi cho dung dịch (NH₄)₂SO₄ tác dụng với dung dịch NaOH, dung dịch Ba(OH)₂, dung dịch BaCl₂, dung dịch Ba(NO₃)₂.

Hướng dẫn trả lời:

2NaOH + (NH₄)₂SO₄ → Na₂SO₄+ 2NH₃↑ + 2H₂O

Ba(OH)₂ + (NH₄)₂SO₄ → 2H₂O + 2NH₃↑ + BaSO₄↓

BaCl₂ + (NH₄)₂SO₄ → 2NH₄Cl + BaSO₄↓