Hóa học 11 CD Bài 4: Đơn chất nitrogen

- Nguyên tố nitrogen có kí hiệu hoá học là N, số hiệu nguyên tử là 7, độ âm điện là 3,04.

– Ở trạng thái tự nhiên, nitrogen tồn tại ở dạng đơn chất và hợp chất.

– Trong khí quyển, nguyên tố nitrogen tồn tại chủ yếu dưới dạng đơn chất N₂, nitrogen chiếm khoảng 78% thể tích của không khí.

– Nitrogen trong tự nhiên là hỗn hợp của hai đồng vị: 14N (99,63%) và 15N (0,37%).

– Ở dạng hợp chất, nitrogen có nhiều trong khoáng vật sodium nitrate (NaNO₃) với tên gọi là diêm tiêu natri.

– Trong đất và nước, nitrogen tồn tại chủ yếu dưới dạng ion nitrate (NO₃^-), nitrite (NO₂^-) và ammonium (NH₄⁺).

– Nitrogen còn có trong thành phần của protein, nucleic acid, ... và nhiều hợp chất hữu cơ khác.

a. Đặc điểm liên kết

b. Tính chất cơ bản

Tính kém hoạt động hoá học (tính trơ) ở nhiệt độ thấp

- Liên kết ba giữa hai nguyên tử N trong phân tử nitrogen có năng lượng liên kết rất lớn (946 kJ mol^-1) nên rất khó bị phá vỡ.

- Vì vậy, ở nhiệt độ và áp suất thường, nitrogen rất khó tham gia phản ứng.

- Đặc điểm này được gọi là tính kém hoạt động hoá học hay tỉnh trơ của đơn chất nitrogen.

Tính hoạt động hoá học ở nhiệt độ cao

- Phản ứng của nitrogen và hydrogen diễn ra thuận nghịch, được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ và áp suất khá cao cùng với chất xúc tác là bột sắt.

- Nitrogen phản ứng với oxygen ở nhiệt độ rất cao, khoảng 3000 °C, tạo ra nitrogen monoxide (NO).

- Trong khi quyển, phản ứng này chính là sự khởi đầu cho quá trình tạo thành ion nitrate (NO₃^-), được coi là một nguồn cung cấp đạm cho đất.

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

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

2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g) \({{\rm{\Delta }}_{\rm{r}}}{\rm{H}}_{{\rm{298}}}^{\rm{0}}\) = -116,2 kJ

- 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.

Hình 4.1. Cấu tạo của bình bảo quản mẫu vật bằng nitrogen lỏng

Hình 4.2. Một số ứng dụng của nitrogen

Bài 1. Khí N2 tương đối trơ ở nhiệt độ thường là do

A. Nitrogen có bán kính nguyên tử nhỏ, phân tử không phân cực

B. Nguyên tử nitrogen có độ âm điện lớn nhất trong nhóm VA

C. Trong phân tử N2, mỗi nguyên tử còn một cặp electron chưa tham gia liên kết

D. Trong phân tử N2 chứa liên kết 3 rất bền

Hướng dẫn giải

Khí N2 tương đối trơ ở nhiệt độ thường là do trong phân tử N2 chứa liên kết 3 rất bền.

\(\Rightarrow\) Chọn D

Bài 2. “Lúa chiêm lấp ló đầu bờ Hễ nghe tiếng sấm phất cờ mà lên” Hai câu trên mô tả cho phương trình hóa học nào sau đây?

A. N2 + O2 → 2NO       

B. 2NH3+ CO2 → (NH2)2CO + H2O

C. 2NO + O2 → 2NO2       

D. (NH2)2CO + 2H2O → (NH4)2CO3

Hướng dẫn giải

Đáp án A

- Lúa chiêm lấp ló đầu bờ nghĩa là lúa đang rất cần dinh dưỡng cho quá trình sinh trưởng 
- Khi có sấm tức là tạo ra sự phóng điện trong không khí, nhiệt độ lúc này là khoảng 30000C. Liên kết N≡N trong N2 bình thường rất bền nhưng ở mức nhiệt này thì bị phá vỡ liên kết ⇒ N2 phản ứng ngay với O2 

N2(g) + O2(g) \(\rightleftharpoons\) (30000C) 2NO(g)

- NO lại phản ứng ngay với O2 tạo ra NO2 (khí có màu nâu). 

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

- Khi đó có mưa thì sẽ có phản ứng tạo ra HNO3 

4NO2(g) + O2(g) + 2H2O(aq) → 4HNO3(aq)

- Lúc này HNO3 dễ dàng phản ứng với nhiều chất (chủ yếu là gốc kim loại R+ hoặc NH4+) để tạo thành muối nitrate ⇒ rất nhiều dinh dưỡng cho cây hấp thụ ngay lập tức ⇒ "phất cờ mà lên" 

NH4+ + NO3- → NH4NO3 
R+ + NO3- → RNO3

Học xong bài học này, em có thể:

– Phát biểu được trạng thái tự nhiên của nguyên tố nitrogen.

– Giải thích được tính trơ của đơn chất nitrogen ở nhiệt độ thường thông qua liên kết và giá trị năng lượng liên kết; các ứng dụng của đơn chất nitrogen khí và lỏng trong sản xuất, trong hoạt động nghiên cứu.

– Trình bày được sự hoạt động của đơn chất nitrogen ở nhiệt độ cao đối với hydrogen, oxygen. Liên hệ được quá trình tạo và cung cấp nitrate cho đất từ nước mưa.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Hóa học 11 CD Bài 4 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Cho các phát biểu sau về tính chất vật lí của nitrogen. Phát biểu không đúng là

  • A. Nitrogen là chất khí không màu
  • B. Nhẹ hơn không khí
  • C. Tan nhiều trong nước
  • D. Không duy trì sự cháy và sự hô hấp

• Câu 2:

  Nitrogen nằm ở ô thứ…trong bảng tuần hoàn

  • A. 6
  • B. 7
  • C.  8
  • D. 9

• Câu 3:

  Ở điều kiện thường, nitrogen là

  • A. Chất khí không màu
  • B. Chất rắn màu đen
  • C. Chất lỏng màu vàng nhạt
  • D. Huyền phù

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Hóa học 11 CD Bài 4 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Mở đầu trang 26 SGK Hóa học 11 Cánh diều – CD

Giải Câu hỏi 1 trang 26 SGK Hóa học 11 Cánh diều – CD

Luyện tập 1 trang 27 SGK Hóa học 11 Cánh diều – CD

Giải Câu hỏi 2 trang 27 SGK Hóa học 11 Cánh diều – CD

Luyện tập 2 trang 27 SGK Hóa học 11 Cánh diều – CD

Giải Bài 1 trang 29 SGK Hóa học 11 Cánh diều – CD

Giải Bài 2 trang 29 SGK Hóa học 11 Cánh diều – CD

Giải Bài 3 trang 29 SGK Hóa học 11 Cánh diều – CD

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Hóa học HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!