Bài 3. Đơn chất nitrogen trang 20, 21, 22, 23 Hóa học 11 Chân trời sáng tạo
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?
CH tr 20
| Câu hỏi mở đầu: 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? |
Phương pháp:
Nitrogen là nguyên tố nằm ở ô số 7, nhóm VA trong bảng tuần hoàn.
Khí Nitrogen (Công thức: N 2 ) là thành phần chính trong không khí (chiếm khoảng 78% thể tích không khí).
Lời giải chi tiết:
- Tính chất của Nitrogen:
+ Tính chất vật lý: Ở điều kiện thường nitrogen là chất khí không màu, không mùi, không vị, nhẹ hơn không khí, hóa lỏng ở -196 o C, hóa rắn ở -210 o C, rất ít tan trong nước.
+ Tính chất hóa học: Phân tử nitrogen bền, khá trơ về mặt hóa học, ở điều kiện thích hợp, nitrogen chủ yếu thể hiện tính oxi hóa và thể hiện tính khử khi phản ứng với oxygen.
| Câu hỏi 1: Quan sát Hình 3.1, cho biết trong không khí, khí nào chiếm tỉ lệ thể tích lớn nhất. |
Phương pháp:
Thành phần thể tích không khí:
- Khoảng 78% nitrogen.
- Khoảng 21% oxygen.
- Khoảng 1% carbon dioxide, argon, hơi nước và một số chất khí khác.
Lời giải chi tiết:
Trong không khí, nitrogen chiếm tỉ lệ thể tích lớn nhất (78%).
| Câu hỏi 2: Ngoài đơn chất nitrogen, thì nguyên tố nitrogen còn tồn tại dưới dạng nào? Lấy ví dụ. |
Phương pháp:
Ở trạng thái tự nhiên, nitrogen tồn tại ở dạng đơn chất và hợp chất.
Ở dạng đơn chất, nitrogen chiếm khoảng 78% thể tích của không khí. Nitrogen trong tự nhiên là hỗn hợp của hai đồng vị: (99,63%) và (0,37%).
Ở dạng hợp chất, nitrogen có nhiều trong khoáng vật sodium nitrate (NaNO 3 ) với tên gọi là diêm tiêu natri. Nitrogen còn có trong thành phần của protein, nucleic acid, ... và nhiều hợp chất hữu cơ khác.
Lời giải chi tiết:
Ngoài đơn chất nitrogen, thì nguyên tố nitrogen còn tồn tại dưới dạng hợp chất.
Ví dụ: Khoáng vật sodium nitrate, protein, nucleic acid,…
CH tr 21
|
Câu hỏi 1: Quan sát Hình 3.2, nêu hiện tượng xảy ra. Giải thích. |
Phương pháp:
Nitrogen không có khả năng duy trì sự cháy.
Lời giải chi tiết:
Hiện tượng: Cây nên đang cháy bị tắt khi đặt trong bình kín chứa khí nitrogen.
Giải thích: Khí nitrogen không có khả năng duy trì sự cháy.
| Câu hỏi 2: Nitrogen nặng hơn hay nhẹ hơn không khí. Tại sao? |
Phương pháp:
Sử dụng tỉ khối của khí A so với khí B:
(Với : Tỉ khối của khí A so với khí B
M A , M B : Phân tử khối của khí A và khí B)
- Nếu > 1: Khí A nặng hơn khí B.
- Nếu < 1: Khí A nhẹ hơn khí B.
- Nếu = 1: Khí A nặng bằng khí B.
Lời giải chi tiết:
Ta có: . Do đó khí nitrogen nhẹ hơn không khí.
| Câu hỏi 3: Người ta có thể thu khí nitrogen trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp đẩy nước. Hãy giải thích điều này. |
Phương pháp:
Đối với những khí không tan trong nước hoặc ít tan trong nước ta dùng phương pháp đẩy nước.
Lời giải chi tiết:
Người ta có thể thu khí nitrogen trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp đẩy nước vì ở điều kiện thường khí nitrogen tan rất ít trong nước.
| Câu hỏi 4: Quan sát Hình 3.3 và từ dữ kiện năng lượng liên kết trong phân tử N 2 dự đoán về độ bền phân tử và khả năng phản ứng của nitrogen ở nhiệt độ thường. |
Phương pháp:
Năng lượng liên kết hóa học trong phân tử càng lớn, liên kết càng bền, phân tử càng khó bị phá hủy.
Lời giải chi tiết:
Trong phân tử nitrogen có liên kết ba bền vững với năng lượng liên kết lớn (945 kJ/mol).
Do đó ở nhiệt độ thường, phân tử nitrogen bền, khá trơ về mặt hóa học (khó phản ứng hóa học).
| Câu hỏi 5: Xác định tính oxi hoá, tính khử của nitrogen trong phản ứng của N 2 với H 2 và với O 2 . Cho biết các phản ứng này thu nhiệt hay toả nhiệt. |
CH tr 22
| Câu hỏi: 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 gì đến môi trường? |
Phương pháp:
Chu trình Nitrogen là một quá trình mà theo đó Nitrogen bị biến đổi qua lại giữa các dạng hợp chất hóa học của nó. Việc biến đổi này có thể được tiến hành bởi cả hai quá trình sinh học và phi sinh học.
Thực vật đồng hoá nitrogen bằng cách hấp thụ chúng qua rễ cây chủ yếu ở dạng muối nitrate và muối ammonium, chuyển hoá chúng thành protein thực vật. Động vật đồng hoá protein thực vật, tạo ra protein động vật. Các chất hữu cơ do động vật bài tiết ra (phân, nước tiểu, ...) cũng như xác động vật bị phân huỷ chuyển thành các hợp chất hữu cơ chứa nitrogen. Nhờ những loại vi khuẩn khác nhau có trong đất, một phần các hợp chất này chuyển hoá thành ammonia, sau đó chuyển hoá thành muối nitrate, phần còn lại bị thoát ra ở dạng nitrogen bay vào khí quyển. Khi đốt cháy các chất hữu cơ (than gỗ, than đá, than bùn, ...), cũng tạo thành nitrogen tự do.
Lời giải chi tiết:
Con người có thể can thiệp vào chu trình của nitrogen trong tự nhiên bằng cách: sản xuất phân đạm, thải ra môi trường khí thải công nghiệp, khí thải động cơ chứa oxide của nitrogen.
Nếu sự can thiệp đó vượt ngưỡng cho phép sẽ gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe con người, sinh ra mưa acid.
CH tr 23
| Câu hỏi 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. |
Phương pháp:
Tính chất của Nitrogen:
+ Tính chất vật lý: Ở điều kiện thường nitrogen là chất khí không màu, không mùi, không vị, nhẹ hơn không khí, hóa lỏng ở -196 o C, hóa rắn ở -210 o C, rất ít tan trong nước, không duy trì sự cháy.
+ Tính chất hóa học: Phân tử nitrogen bền, khá trơ về mặt hóa học.
Lời giải chi tiết:
- Ở điều kiện thường phân tử nitrogen bền, khá trơ về mặt hóa học nên khó phản ứng hóa học với các chất khác do đó được ứng dụng vào sản xuất bia rượu, đóng gói thực phẩm nhằm loại bỏ khí oxygen - giảm quá trình oxi hóa do khí oxygen gây ra.
- Khí nitrogen không duy trì sự cháy nên được dùng để dập tắt các đám cháy do hóa chất, chập điện,…
- Nhiệt hóa lỏng của nitrogen là -196 o C (ở nhiệt độ rất thấp, tốc độ của các phản ứng làm biến đổi chất cần bảo quản bị giảm) nên người ta sử dụng nitrogen lỏng để bảo quản máu, tế bào, trứng, tinh trùng,…
- Khí nitrogen có tính nén cao nên được ứng dụng trong khai thác dầu khí để tạo áp suất đẩy dầu còn dư bị kẹt lại lên trên.
| Câu hỏi 2: Giải thích vì sao người ta bơm khí nitrogen vào những lọ vaccine. |
Phương pháp:
Phân tử nitrogen bền, khá trơ về mặt hóa học.
Lời giải chi tiết:
Người ta bơm khí nitrogen vào những lọ vaccine để bảo quản vaccine vì:
+ Ở điều kiện thường phân tử nitrogen bền, khá trơ về mặt hóa học nên không phản ứng hóa học với các chất có trong vaccine.
+ Bơm khí nitrogen vào những lọ vaccine để loại bỏ các khí có khả năng phản ứng với các chất có trong vaccine, làm biến đổi vaccine.
| Câu hỏi 3: Trình bày cấu tạo của phân tử N 2 . Giải thích vì sao ở điều kiện thường, N 2 khá trơ về mặt hoá học. |
Phương pháp:
Năng lượng liên kết hóa học trong phân tử càng lớn, liên kết càng bền, phân tử càng khó bị phá hủy.
Lời giải chi tiết:
Trong phân tử nitrogen có liên kết ba bền vững với năng lượng liên kết lớn (945 kJ/mol).
Để xảy ra phản ứng hóa học, cần cung cấp một lượng lớn năng lượng để phá hủy liên kết ba bền vững trong phân tử nitrogen. Do đó ở nhiệt độ thường, liên kết ba trong phân tử nitrogen khó bị phá vỡ, nên N 2 khá trơ về mặt hóa học (khó phản ứng hóa học).
| Câu hỏi 4: Viết phương trình hoá học chứng minh tính oxi hoá và tính khử của nitrogen. Cho biết số oxi hoá của nitrogen thay đổi như thế nào trong các phản ứng hoá học đó. |
|
Câu hỏi 5:
Dựa vào giá trị năng lượng liên kết (E
b
), hãy dự đoán ở điều kiện thường, chất nào (nitrogen, hydrogen, oxygen, chlorine) khó và dễ tham gia phản ứng hoá học nhất. Vì sao?
\[\begin{array}{l}{\rm{a) }}{{\rm{N}}_{\rm{2}}}{\rm{ (g) }} \to {\rm{ 2N (g) }}{{\rm{E}}_{\rm{b}}}{\rm{ = 945 kJ/mol}}\\{\rm{b) }}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{ (g) }} \to {\rm{ 2H (g) }}{{\rm{E}}_{\rm{b}}}{\rm{ = 432 kJ/mol}}\\{\rm{c) }}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{\rm{ (g) }} \to {\rm{ 2O (g) }}{{\rm{E}}_{\rm{b}}}{\rm{ = 498 kJ/mol}}\\{\rm{d) C}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}}{\rm{ (g) }} \to {\rm{ 2Cl (g) }}{{\rm{E}}_{\rm{b}}}{\rm{ = 243 kJ/mol}}\end{array}\] |
