Giải SGK Hóa 11 CTST Bài 3. Đơn chất nitrogen có đáp án

- Tính chất vật lí của nitrogen: Ở điều kiện thường, nitrogen là chất khí không màu, không mùi, không vị, hơi nhẹ hơn không khí, hoá lỏng ở -196 $^{o}$C và hoá rắn ở -210 $^{o}$C. Khí nitrogen ít tan trong nước.

- Tính chất hoá học của khí nitrogen:

+ Tác dụng với hydrogen ở nhiệt độ cao, áp suất cao, có xúc tác tạo khí ammonia:

N$_{2}$(g) + 3H$_{2}$(g) $\overset{{t}^{o},xt,p}{⇌}$ 2NH$_{3}$(g) ${Δ}_{r}{H}_{298}^{o}=-91{,}8kJ$

+ Tác dụng với oxygen ở khoảng 3 000 $^{o}$C tạo thành nitrogen monoxide:

N$_{2}$(g) + O$_{2}$(g) $\overset{\approx {3000}^{o}C}{⇌}$ 2NO(g) ${Δ}_{r}{H}_{298}^{o}=180kJ$

- Một số ứng dụng của khí nitrogen:

+ Trong sản xuất rượu, bia khí nitrogen được bơm vào các bể chứa để loại bỏ khí oxygen.

+ Trong công nghệ đóng gói thực phẩm, khí nitrogen được bơm vào túi để loại bỏ khí oxygen và làm phồng bao bì.

+ Trong chữa cháy, nitrogen được dùng để dập tắt các đám cháy do hoá chất, chập điện…

+ Trong lĩnh vực y tế, nitrogen lỏng được dùng để bảo quản máu, tế bào, dịch cơ thể, trứng, tinh trùng …

+ Trong khai thác dầu khí, hỗn hợp chứa N$_{2}$ và CO$_{2}$ được bơm vào bể chứa dầu mỏ để tạo áp suất đẩy dầu dư bị kẹt lại lên trên nhờ đặc tính nén cao.

Hiện tượng: Cây nến đang cháy ngoài không khí bị tắt khi đưa vào bình chứa khí nitrogen.

Giải thích: Khí nitrogen không duy trì sự cháy.

+ Phản ứng của N$_{2}$ với H$_{2}$:

N$_{2}$(g) + 3H$_{2}$(g) $\overset{{t}^{o},xt,p}{⇌}$ 2NH$_{3}$(g) ${Δ}_{r}{H}_{298}^{o}=-91{,}8kJ$

Đây là phản ứng toả nhiệt do ${Δ}_{r}{H}_{298}^{o}=-91{,}8kJ$ < 0.

Trong phản ứng này N$_{2}$ đóng vai trò là chất oxi hoá, do số oxi hoá của nitrogen giảm từ 0 xuống -3.

+ Phản ứng của N$_{2}$ với O$_{2}$:

N$_{2}$(g) + O$_{2}$(g) $\overset{\approx {3000}^{o}C}{⇌}$ 2NO(g) ${Δ}_{r}{H}_{298}^{o}=180kJ$

Đây là phản ứng thu nhiệt do ${Δ}_{r}{H}_{298}^{o}=180kJ$> 0.

Trong phản ứng này N$_{2}$ đóng vai trò là chất khử, do số oxi hoá của nitrogen tăng từ 0 lên +2.

Ngày nay con người can thiệp vào chu trình nitrogen bằng cách bón phân đạm vào đất.

Kết quả của việc sử dụng phân đạm là tăng năng suất cây trồng tuy nhiên nó cũng đem lại hậu quả là ô nhiễm nguồn nước, đất …

Ứng dụng của khí nitrogen:

+ Trong sản xuất rượu, bia khí nitrogen được bơm vào các bể chứa để loại bỏ khí oxygen.

+ Trong công nghệ đóng gói thực phẩm, khí nitrogen được bơm vào túi để loại bỏ khí oxygen và làm phồng bao bì.

+ Trong chữa cháy, nitrogen được dùng để dập tắt các đám cháy do hoá chất, chập điện…

+ Trong lĩnh vực y tế, nitrogen lỏng được dùng để bảo quản máu, tế bào, dịch cơ thể, trứng, tinh trùng …

+ Trong khai thác dầu khí, hỗn hợp chứa N$_{2}$ và CO$_{2}$ được bơm vào bể chứa dầu mỏ để tạo áp suất đẩy dầu dư bị kẹt lại lên trên nhờ đặc tính nén cao.

Các ứng dụng của khí nitrogen dựa vào tính trơ của nó.

Phân tử N$_{2}$ có công thức cấu tạo: N ≡ N.

Liên kết ba giữa hai nguyên tử N trong phân tử nitrogen có năng lượng liên kết rất lớn (945 kJ/mol) nên rất khó bị phá vỡ. Do đó, ở nhiệt độ thường phân tử nitrogen rất bền, khá trơ về mặt hoá học.

- Phương trình hoá học chứng minh nitrogen có tính oxi hoá:

N$_{2}$(g) + 3H$_{2}$(g) $\overset{{t}^{o},xt,p}{⇌}$ 2NH$_{3}$(g)

Trong phản ứng này, số oxi hoá của nitrogen giảm từ 0 xuống -3.

- Phương trình hoá học chứng minh nitrogen có tính khử:

N$_{2}$(g) + O$_{2}$(g) $\overset{\approx {3000}^{o}C}{⇌}$ 2NO(g)

Trong phản ứng này, số oxi hoá của nitrogen tăng từ 0 lên +2.

Năng lượng liên kết càng lớn, liên kết càng bền. Do đó trong các chất nitrogen, hydrogen, oxygen, chlorine ta có:

+ Nitrogen khó tham gia phản ứng hoá học nhất.

+ Chlorine dễ tham gia phản ứng hoá học nhất.