Hướng dẫn giải nhanh hoá học 11 CTST bài 3: Đơn chất nitrogen

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Nitrogen là khí có hàm lượng lớn nhất trong không khí, có vai trò cung cấp đạm tự nhiên cho cây trồng. Nitrogen có tính chất gì và có những ứng dụng nào trong cuộc sống?

Hướng dẫn trả lời:

Nitrogen là chất khí không màu không vị, có khả năng tác dụng với O₂, H₂, Kim loại,... được ứng dụng trong sản xuất phân bón,...

1. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

Bài 1: Quan sát hình 3.1, cho biết trong không khí, khí nào chiếm tỉ lệ thể tích lớn nhất?

Hướng dẫn trả lời:

Nitrogen chiếm tỉ lệ thể tích lớn nhất  (khoảng 78%)

Bài 2: Ngoài đơn chất nitrogen thì nguyên tố nitrogen còn tồn tại ở những dạng nào? Lấy ví dụ.

Hướng dẫn trả lời:

- Tồn tại ở dạng hợp chất trong khoáng vật sodium nitrate (diêm tiêu Natri)

- Thành phần của protein, nucle acid,...và nhiều chất hữu cơ khác

2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Bài 1: Quan sát hình 3.2, nêu hiện tượng xảy ra. Giải thích

Hướng dẫn trả lời:

Cây nến bị tắt khi cho vào lọ đựng N₂, do N₂ không duy trì sự cháy

Bài 2: Nitrogen nặng hay nhẹ hơn không khí. Tại sao?

Hướng dẫn trả lời:

Nitrogen nhẹ hơn không khí  vì d_N2/kk = 28/29 <1

Bài 3: Người ta có thể thu khí nitrogen trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp đẩy nước. Hãy giải thích điều này 

Hướng dẫn trả lời:

Do nitrogen ít trong nước nên người ta sử dụng phương pháp này để thu khí nitrogen 

3. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Bài 1: Quan sát hình 3.3 và từ dữ kiện năng lượng liên kết trong phân tử N2, dự đoán về độ bền của phân tử và khả năng phản ứng của nitrogen ở nhiệt độ thường

Hướng dẫn trả lời:

Phân tử nitrogen bền vì vậy nên khó xảy ra về phản ứng hóa học điều kiện thường ( 1 liên kết 3, năng lượng liên kết lớn ) 

Bài 2: Xác định tính oxi hóa, tính khử của nitrogen trong phản ứng N₂ với H₂ và với O₂. Cho biết phản ứng này thu nhiệt hay tỏa nhiệt?

Hướng dẫn trả lời:

Khi tác dụng với H₂: N₂ đóng vai trò là  chất oxi hóa, phản ứng toả nhiệt 

H₂(g)+N₂(g) ⇌ NH₃(g) (to,xt,p) (số oxi hoá của N: 0 --> -3) 

Khi phản ứng với O₂: N₂ đóng vai trò là chất khử, phản ứng thu nhiệt 

N₂(g)+ O₂(g) ⇌ 2NO(g) (t^o) (số oxi hoá của N: 0 --> +2) 

4. QUÁ TRÌNH TẠO VÀ CUNG CẤP NITRATE CHO ĐẤT TỪ NƯỚC MƯA 

Bài 1: Quan sát hình 3.4, cho biết con người có thể can thiệp vào chu trình của nitrogen trong tự nhiên bằng cách nào? Nếu sự can thiệp đó vượt ngưỡng cho phép thì ảnh hưởng như thế nào? 

Hướng dẫn trả lời:

Sản xuất các loại phân đạm sử dụng nhiều phân đạm là tăng năng suất cây trồng nhưng hệ quả của nó để lại là ô nhiễm nguồn nước, đất, môi trường, gây ô nhiễm thức ăn cho bản thân con người qua hiện tượng tích lũy các loại đảm hữu cơ trong thực vật, động vật 

5. ỨNG DỤNG 

Bài 1: Quan sát hình 3.5 và dựa vào các tính chất của nitrogen. Hãy giải thích vì sao nitrogen có những ứng dụng đó.

Hướng dẫn trả lời:

- Trong sản xuất rượu bia: Khí nitrogen có tác dụng loại bỏ khí oxygen, nhằm tránh hiện tượng lên men giấm làm mất đi hương vị vốn có ban đầu. 

- Trong công nghệ đóng gói thực phẩm: Khí nitrogen  loại bỏ khí oxygen, tránh hiện tượng oxi hoá làm cho thực phẩm bên trong bị ôi thiu, làm phồng bao bì trong  giúp thực phẩm bên trong tránh bị vỡ vụn lúc vận chuyển. 

- Trong công tác phòng cháy chữa cháy: Do tính chất trơ, không duy trì sự cháy được sử dụng để dập tắt các đám cháy do hóa chất, chập điện, ... 

- Trong lĩnh vực y tế: Do tính chất trơ và hoá lông ở nhiệt độ rất thấp (-195,8 °C) nên có thể đâm bảo môi trường gần như vô khuẩn 

- Trong khai thác dầu khí: dùng để tạo áp suất lấy dầu còn dư bị kẹt lại lên trên nhờ đặc tính nén cao.  

Bài 2: Giải thích vì sao người ta bơm khí nitrogen vào trong những loại vaccin 

Hướng dẫn trả lời:

- Vì một loại khí tương đối trơ ở nhiệt độ phòng nên được sử dụng để làm chậm quá trình phân hủy của một số chất trong vaccin. 

BÀI TẬP 

Bài 1: Trình bày cấu tạo của phân tử N2. Giải thích vì sao điều kiện thường N₂ khá trơ về mặt hóa học 

Hướng dẫn trả lời: 

Cấu hình electron của nitrogen: 1s²2s²2p³ 

CTCT của phân tử nitrogen: N ≡ N 

Ttrong phân tử N₂ hình thành một liên kết ba bền vững. Mỗi nguyên tử nitơ trong phân tử N₂ có 8 electron lớp ngoài cùng, trong đó có ba cặp electron dùng chung và 1 cặp electron dùng riêng đã ghép đôi. 

Ở điều kiện thường nitrogen là chất trơ vì có lên kết ba bền vững giữa hai nguyên tử, lchỉ bị phân huỷ rõ rệt thành nguyên tử ở nhiệt độ 3000^oC. 

Ở nhiệt độ cao nitrogen trở nên hoạt động vì phân tử N₂ phân huỷ thành nguyên tử nitrogen trở nên hoạt động. 

Bài 2: Viết phương trình hóa học chứng minh tính oxi hóa và tính khử của nitrogen. Cho biết số oxi hóa của nitrogen thay đổi như thế nào trong các phản ứng hóa học đó. 

Hướng dẫn trả lời: 

Nitrogen có tính oxi hoá: 

Mg(s) + N₂(g) → Mg₃N₂(s) (số oxi hoá của N: 0 --> -3) 

H₂(g)+N₂(g) ⇌ NH₃(g) (t^o,xt,p) (số oxi hoá của N: 0 --> -3) 

Nitrogen có tính khử

N₂(g)+ O₂(g) ⇌ 2NO(g) (to) (số oxi hoá của N: 0 --> +2) 

Bài 3: Dựa vào giá trị năng lượng liên kết (E_b), hãy dự đoán ở điều kiện thường đơn chất nào (nitrogen, hydrogen, oxygen, chlorine) khó và dễ tham gia phản ứng hóa học nhất. Vì sao? 

a) N_2(g) → 2N_(g) E_b= 945 kJ/mol  

b) H_2(g) → 2H_(g) E_b=432  kJ/mol  

c) O_2 (g) → 2O_(g) E_b=498 kJ/mol 

d) Cl_2 (g) → 2Cl_(g) E_b= 243  kJ/mol  

Hướng dẫn trả lời:

Năng lượng liên kết càng lớn thì liên kết càng bền --> càng khó tham gia phản ứng hóa học

=> Cl₂ dễ tham gia phản ứng hóa học nhất, N₂ khó tham gia phản ứng hóa học nhất