Giải sách bài tập Hóa học 11 Kết nối bài 4: Nitrogen

Bài tập 4.1: Khí nào phổ biến nhất trong khí quyển Trái Đất?

A. Oxygen.                 B. Nitrogen.                 C. Ozone.                 D. Argon.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án B.

Khí nitrogen phổ biến nhất trong khí quyển Trái Đất, chiếm 75,5% khối lượng (hoặc 78,1% thể tích).

Bài tập 4.2: Công thức hoá học của diêm tiêu Chile là

A. Ca(NO₃)₂.             B. NH₄NO₃.             C. NH₄Cl.             D. NaNO₃.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án D.

Sodium nitrate thường gọi là diêm tiêu Chile có công thức hóa học là NaNO₃.

Bài tập 4.3: Vị trí (chu kì, nhóm) của nguyên tố nitrogen trong bảng tuần hoàn là

A. chu kì 2, nhóm VA.                             B. chu kì 3, nhóm VA.

C. chu kì 2, nhóm VIA.                           D. chu kì 3, nhóm IVA.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án A.

Nguyên tố nitrogen ở ô số 7, nhóm VA, chu kì 2 trong bảng tuần hoàn.

Bài tập 4.4: Trong tự nhiên, nguyên tố nitrogen tồn tại trong hợp chất hữu cơ nào sau đây?

A. Tinh bột.                  B. Cellulose.                  C. Protein.                  D. Glucose.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án C.

Trong tự nhiên, nguyên tố nitrogen tồn tại trong hợp chất hữu cơ nucleic acid, protein, …

Bài tập 4.5: Số oxi hóa thấp nhất và cao nhất của nguyên tử nitrogen lần lượt là

A. 0 và +5.                    B. –3 và 0.                   C. –3 và +5.                  D. −2 và +4.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án C.

Nitrogen tạo ra nhiều hợp chất với các số oxi hóa khác nhau từ -3 đến + 5 và được biểu diễn ở trục số oxi hóa dưới đây.

Bài tập 4.6: Trong tự nhiên, nguyên tố nitrogen tồn tại chủ yếu ở dạng đồng vị nào sau đây?

A. ¹⁴N.                         B. ¹³N.                        C. ¹⁵N.                         D. ¹²N.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án A.

Trong tự nhiên, nguyên tố nitrogen tồn tại với hai đồng vị bền là ¹⁴N (99,63%) và ¹⁵N (0,37%).

Bài tập 4.7: Trong phản ứng tổng hợp ammonia từ nitrogen và hydrogen, nitrogen đóng vai trò là

A. chất khử.            B. chất oxi hoá.            C. acid.            D. base.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án B.

Trong phản ứng tổng hợp ammonia từ nitrogen và hydrogen, nitrogen đóng vai trò là chất oxi hoá.

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

Trước phản ứng, N₂ có số oxi hoá là 0. Sau phản ứng trong hợp chất NH₃ nguyên tử N có số oxi hoá là −3. Vậy số oxi hoá của N giảm nên N­₂ có vai trò là chất oxi hoá.

Bài tập 4.8: Trong những cơn mưa dông kèm sấm sét, nitrogen kết hợp trực tiếp với oxygen tạo thành sản phẩm là

A. NO.                     B. N₂O.                     C. NH₃.                    D. NO₂.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án A.

Trong những cơn mưa dông kèm sấm sét, nitrogen kết hợp trực tiếp với oxygen tạo thành sản phẩm là NO.

N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2NO(g)

Bài tập 4.9: Trong phản ứng hoá hợp với oxygen, nitrogen đóng vai trò là

A. chất oxi hoá.               B. base.              C. chất khử.            D. acid.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án C.

N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2NO(g)

Trước phản ứng, N₂ có số oxi hoá là 0. Sau phản ứng trong hợp chất NO nguyên tử N có số oxi hoá là +2. Vậy số oxi hoá của N tăng nên N_­2 có vai trò là chất khử.

Bài tập 4.10: Trong tự nhiên, phản ứng giữa nitrogen và oxygen (trong cơn mưa dông kèm sấm sét) là khởi đầu cho quá trình tạo và cung cấp loại phân bón nào cho cây?

A. Phân kali.                                            B. Phân đạm ammonium.

C. Phân lân.                                             D. Phân đạm nitrate.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án D.

Trong tự nhiên, phản ứng giữa nitrogen và oxygen (trong cơn mưa dông kèm sấm sét) là khởi đầu cho quá trình tạo và cung cấp phân đạm nitrate.

Quá trình tạo và cung cấp đạm nitrate cho đất từ nước mưa được biểu diễn theo sơ đồ:

Bài tập 4.11: Áp suất riêng phần của khí nitrogen trong khí quyển là

A. 0,21 bar.                   B. 0,01 bar.                   C. 0,78 bar.                   D. 0,28 bar.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án C.

Trong tự nhiên, áp suất của khí quyển là 1 bar. Khí nitrogen chiếm khoảng 78% thể tích không khí, cũng tương đương với 78% về áp suất.

Bài tập 4.12: Trong tự nhiên, nguyên tố nitrogen có hai đồng vị bền là ¹⁴N (99,63%) và ¹⁵N (0,37%). Nguyên tử khối trung bình của nitrogen là

A. 14,000.                  B. 14,004.                  C. 14,037.                  D. 14,063.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án B.

Nguyên tử khối trung bình của nitrogen là

$\overline{M}=\frac{99,63.14+0,37.15}{100}$ = 14,004.

Bài tập 4.13: Số liên kết sigma (σ) và số liên kết pi (π) trong phân tử nitrogen lần lượt là

A. 2 và 1.                  B. 0 và 3.                  C. 3 và 0.                  D. 1 và 2.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án D.

Phân tử nitrogen có công thức cấu tạo là N≡N, trong đó có 1 liên kết sigma và 2 liên kết pi.

Bài tập 4.14: Bậc liên kết và năng lượng liên kết trong phân tử nitrogen tương ứng là

A. 2 và 418 kJ/mol.                                      B. 1 và 167 kJ/mol.

C. 1 và 386 kJ/mol.                                      D. 3 và 945 kJ/mol.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án D.

Phân tử nitrogen có công thức cấu tạo là N≡N, liên kết bậc ba và năng lượng liên kết trong phân tử nitrogen tương ứng là 945 kJ/mol.

Bài tập 4.15: Nitrogen thể hiện tính khử trong phản ứng nào sau đây?

A. N₂ + O₂ ⇌ 2NO.                                    B. N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃.

C. 3Ca + N₂ → Ca₃N₂.                               D. 3Mg + N₂ → Mg₃N₂.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án A.

Phương trình hoá học ở đáp án A có nguyên tử N tăng số oxi hoá từ 0 lên +2. Các phản ứng còn lại số oxi hoá của N đều giảm từ 0 về −3 trong các hợp chất.

Bài tập 4.16: Nhận định nào sau đây về phân tử nitrogen là đúng?

A. Có ba liên kết đơn bền vững.

B. Chứa nguyên tử nitrogen có số oxi hoá là −3.

C. Có liên kết cộng hoá trị có cực.

D. Thể hiện cả tính oxi hoá và tính khử.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án D.

A Sai. Phân tử N₂ có 1 liên kết ba.

B Sai. Đơn chất N₂ nên nguyên tử N có số oxi hoá là 0.

C Sai. Trong phân tử N₂, liên kết là cộng hoá trị không phân cực vì hiệu độ âm điện bằng 0.

D Đúng. N₂ thể hiện tính khử trong phản ứng với oxygen, thể hiện tính oxi hoá trong phản ứng với hydrogen.

Bài tập 4.17: Nhận định nào sau đây về đơn chất nitrogen là sai?

A. Không màu và nhẹ hơn không khí.

B. Hoá hợp với oxygen ở nhiệt độ cao hoặc tia lửa điện.

C. Thể hiện tính oxi hoá mạnh ở điều kiện thường.

D. Khó hoá lỏng và ít tan trong nước.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án C.

C sai vì ở nhiệt độ thường, N₂ trơ về mặt hoá học. N₂ chỉ thể hiện tính oxi hoá khi phản ứng với H₂ trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, có xúc tác bột sắt, phản ứng diễn ra thuận nghịch.

Bài tập 4.18: Trong nghiên cứu, khí nitrogen thường được dùng để tạo bầu khí quyển trơ dựa trên cơ sở nào?

A. Nitrogen có tính oxi hoá mạnh.                          B. Nitrogen rất bền với nhiệt.

C. Nitrogen khó hóa lỏng.                                       D. Nitrogen không có cực.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án B.

Nitrogen đơn chất có liên kết ba bền vững khó bị phá vỡ, nên rất bền với nhiệt, từ đó khí nitrogen thường được sử dụng để tạo bầu khí quyển trơ.

Bài tập 4.19: Cho sơ đồ chuyển hóa nitrogen trong khí quyển thành phân đạm:

Số phản ứng thuộc loại oxi hoá - khử trong sơ đồ là

A. 3.                            B. 1.                            C. 4.                            D. 2.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án A.

Cách làm: Xét số oxi hoá của nguyên tử N trước và sau phản ứng, nếu có sự thay đổi số oxi hoá trước và sau phản ứng thì đó là phản ứng thuộc dạng oxi hoá – khử.

Các phản ứng thuộc loại phản ứng oxi hoá – khử trong sơ đồ trên là:

Bài tập 4.20: Tính phân tử khối trung bình của không khí, giả thiết thành phần không khí: 78% nitrogen, 21% oxygen và 1% argon.

Hướng dẫn trả lời:

Phân tử khối trung bình của không khí:

$\overline{M_{kk}}=\frac{M_{N_{2}}.78+M_{O_{2}}.21+M_{Ar}.1}{100}=\frac{28,014.78+31,998.21+39,948}{100}\approx $ 28,970 (g/mol).

Bài tập 4.21: Tính khối lượng riêng (g/L) của không khí ở điều kiện chuẩn, giả thiết thành phần không khí: 78% nitrogen, 21% oxygen và 1% argon.

Hướng dẫn trả lời:

Phân tử khối trung bình của không khí:

$\overline{M_{kk}}=\frac{M_{N_{2}}.78+M_{O_{2}}.21+M_{Ar}.1}{100}=\frac{28,014.78+31,998.21+39,948}{100}\approx $ 28,970 (g/mol).

Ở điều kiện chuẩn, 1 mol không khí nặng 28,97 g và chiếm thể tích 24,79 L.

Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện chuẩn là:

$D=\frac{m}{V}=\frac{28,970}{24,79}$ = 1,169 (g/L).

Bài tập 4.22: Trong công nghiệp, ammonia được sản xuất theo phản ứng pha khí:

N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)                      Δ_rH°

Cho biết các giá trị năng lượng liên kết E_b (kJ.mol^-1) như trong bảng sau:

a) Tính nhiệt phản ứng Δ_rH° của phản ứng ở điều kiện chuẩn, nhận xét về dấu và độ lớn của giá trị tìm được.

b) Tính nhiệt tạo thành Δ_fH° (kJ.mol^-1) của NH₃ (k).

Hướng dẫn trả lời:

a) Δ_rH°= E_{b N≡N} + 3 × E_{b H−H}  – 2 × 3 × E_{b N–H} = 1.945 + 3.436 - 6.386 = -63 kJ < 0 => Phản ứng tỏa nhiệt.

b) Nhiệt tạo thành của NH₃(g) là biến thiên enthalpy của phản ứng:

$\frac{1}{2}$N₂(g) + $\frac{3}{2}$H₂(g) → NH₃(g)     

Δ_fH° = $\frac{\Delta _{r}H^{o}}{2}=\frac{-63}{2}$ = -31,5 kJ.

Bài tập 4.23: Hỗn hợp X gồm N₂ và H₂ có tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 3. Nung nóng X trong bình kín (450 °C, xúc tác Fe) một thời gian, thu được hỗn hợp khí có số mol giảm 5% so với ban đầu. Tính hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH₃.

Hướng dẫn trả lời:

Giả sử số mol ban đầu của N₂ là 1 mol, của H₂ là 3 mol.

=> Tổng số mol khí ban đầu là 4 mol.

PTHH:            N₂          +          3H₂          ⇌           2NH₃.

Ban đầu:          1                          3                                                                (mol)

Phản ứng:        x                         3x                            2x                               (mol)

Ban đầu:        1 - x                   3 - 3x                         2x                               (mol)

Tổng số mol khí sau khi phản ứng là: 1− x + 3 − 3x + 2x = 4 − 2x

Số mol khí giảm so với ban đầu là 2x mol.

Hỗn hợp khí có số mol giảm đi 5% so với ban đầu nên: 2x = 5% × 4 = 0,2 => x = 0,01.

=> Hiệu suất của phản ứng là:  H = $\frac{0,1}{1}$.100% = 10%.

Bài tập 4.24: Cho cân bằng ở 1 650 °C: N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2NO(g)            K_C = 4.10^-4

Thực hiện phản ứng trên với một hỗn hợp nitrogen và oxygen có tỉ lệ mol tương ứng là 4 : 1. Tính hiệu suất của phản ứng khi hệ cân bằng ở 1 650 °C.

Hướng dẫn trả lời:

Giả sử nồng độ mol ban đầu của N₂ là 4 mol/L, của O₂ là 1 mol/L.

PTHH:               N₂(g)         +          O₂(g)           ⇌          2NO(g)              K_C = 4.10^-4

Ban đầu:             4                             1                                                          (mol/L)

Cân bằng:        4 - x                        1 - x                              2x                     (mol/L)

Ta có: $K_{C}=\frac{[NO]^{2}}{[N_{2}][O_{2}]}=\frac{(2x)^{2}}{(4-x)(1-x)}$ = 4.10^-4 => x = 0,02

Hiệu suất của phản ứng khi hệ cân bằng ở 1 650 °C là:

H = $\frac{0,02}{1}$.100% = 2%.

Bài tập 4.25: Sau mỗi chu trình tổng hợp ammonia đều thực hiện tách ammonia khỏi hỗn hợp khí gồm: nitrogen, hydrogen và ammonia. Sau đó, nitrogen và hydrogen lại được dẫn về thực hiện vòng tuần hoàn mới.

Cho biết nhiệt độ sôi nitrogen, hydrogen và ammonia lần lượt là –196 °C, −253 °C và –33 °C.

Đề xuất phương pháp vật lí tách ammonia khỏi hỗn hợp đó.

Hướng dẫn trả lời:

Từ dữ kiện về nhiệt độ sôi cho thấy ammonia lỏng có nhiệt độ sôi cao nhất, ngược lại khí ammonia sẽ dễ bị hóa lỏng nhất.

Như vậy, nếu giảm nhiệt độ hỗn hợp xuống thấp hơn –33 °C vài độ, ví dụ ở –40 °C thì toàn bộ khí ammonia sẽ hoá lỏng và được tách ra. Trong khi đó, ở –40 °C thì nitrogen và hydrogen vẫn ở trạng thái khí được dẫn về thực hiện vòng tuần hoàn mới.