Giải SGK Hóa 11 CTST Bài 4: Ammonia và một số hợp chất ammonium có đáp án

- Tính chất vật lí của ammonia: chất khí, không màu, mùi khai, xốc, nhẹ hơn không khí. Ammonia tan rất nhiều trong nước.

- Tính chất hoá học: Ammonia thể hiện tính khử và tính base trong các phản ứng hoá học.

Ví dụ:

+ Tính khử: $2\overset{-3}{N}{H}_{3}+\text{3}\overset{+2}{Cu}O\ \rightarrow \text{3}\overset{0}{Cu}\ +\ {\overset{0}{N}}_{2}+\text{3}{H}_{2}O$

+ Tính base:

- Ứng dụng của ammonia: Ammonia được sử dụng để sản xuất nitric acid, các loại phân đạm. Ammonia còn được sử dụng làm chất làm lạnh, làm dung môi và nhiều ứng dụng quan trọng khác trong đời sống và sản xuất.

- Phân tử NH$_{3}$ có cấu trúc chóp tam giác, với nguyên tử nitrogen ở đỉnh, đáy là một tam giác mà đỉnh là 3 nguyên tử hydrogen.

- Do có thể tạo được liên kết hydrogen với nước nên ammonia tan rất nhiều trong nước.

- Trong phân tử NH$_{3}$, nitrogen có số oxi hoá là -3, đây là số oxi hoá thấp nhất của nitrogen nên NH$_{3}$ có tính khử khi tham gia phản ứng hoá học.

- Giải thích hiện tượng thí nghiệm:

+ Nước pha phenolphthalein sẽ bị hút lên bình chứa khí ammonia và phun thành tia do khí ammonia tan nhiều trong nước (ở điều kiện thường, 1 lít nước có thể hoà tan khoảng 800 lít khí ammonia) làm giảm áp suất trong bình và nước bị hút vào bình.

+ Nước phun thành tia màu hồng do dung dịch ammonia có tính base.

- Không thu khí ammonia bằng phương pháp đẩy nước do ammonia tan tốt trong nước.

${d}_{\frac{N{H}_{3}}{KK}}=\frac{{M}_{N{H}_{3}}}{{M}_{KK}}=\frac{17}{29}<1$

Từ kết quả trên ta thấy khí NH$_{3}$ nhẹ hơn không khí nên có thể thu khí NH$_{3}$ bằng phương pháp đẩy không khí (úp ngược bình).

NH$_{3}$ + H$_{2}$O ⇌ NH$_{4}$$^{+}$ + OH$^{-}$

NH$_{3}$ nhận proton (H$^{+}$) nên đóng vai trò là base.

Do đó có thể nhận biết khí NH$_{3}$ bằng giấy quỳ tím ẩm (hiện tượng: giấy quỳ tím ẩm chuyển sang màu xanh).

- Hiện tượng: Có khói trắng xuất hiện.

- Phương pháp nhận biết ammonia bằng dung dịch HCl đặc: Mở nắp hai bình đựng hai dung dịch để cạnh nhau, nếu có khói trắng xuất hiện Þ bình hoá chất cần nhận biết là ammonia.

Phương trình hoá học: NH$_{3}$ + HCl → NH$_{4}$Cl.

- Trong phản ứng với acid, ammonia thể hiện tính base:

- Trong phản ứng với oxygen, ammonia thể hiện tính khử:

$\begin{matrix}4\overset{-3}{N}{H}_{3}+\ 3{O}_{2}\overset{{t}_{}^{o}}{\rightarrow }2{\overset{0}{N}}_{2}+\ 6{H}_{2}O \\ 4\overset{-3}{N}{H}_{3}+\ 5{O}_{2}\overset{{t}_{}^{o},xt}{\rightarrow }4\overset{+2}{N}O\ +\ 6{H}_{2}O\end{matrix}$

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

- ${Δ}_{r}{H}_{298}^{o}=-91{,}8kJ<0$ phản ứng thuận toả nhiệt. Tuy nhiên, khi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ quá thấp thì tốc độ của phản ứng nhỏ, phản ứng diễn ra chậm. Thực tế, người ta đã chọn nhiệt độ phù hợp, khoảng 380 $^{o}$C – 450 $^{o}$C.

- Khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm số mol khí tức chiều thuận. Do đó phản ứng tổng hợp ammonia diễn ra ở áp suất cao, trong thực tế phản ứng này diễn ra ở 200 bar mà không thực hiện ở áp suất cao hơn. Điều này được giải thích như sau:

Khi thực hiện ở áp suất cao sẽ thu được nồng độ NH$_{3}$ tại thời điểm cân bằng lớn, tuy nhiên khi tăng áp suất thì sự tăng nồng độ NH$_{3}$ không tăng nhanh chỉ tăng chậm. Ngoài ra, khi tăng áp suất thì tiêu tốn năng lượng và yêu cầu thiết bị phải chịu được áp suất cao, do đó phải tính toán chính xác khi tăng áp suất để mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất. Thực tế chứng minh quá trình sản xuất NH$_{3}$ được thực hiện ở áp suất 150 – 200 bar đem lại hiệu quả cao nhất.

- Muối ammonium là những chất tinh thể ion, không có màu.

- Muối ammonium đều được tạo bởi cation ammonium (NH$_{4}$$^{+}$) và anion gốc acid.

- Hiện tượng: Có khí không màu, mùi khai thoát ra. Khí thoát ra làm xanh giấy màu ẩm.

- Giải thích: Dung dịch muối ammonium đậm đặc tác dụng với dung dịch base khi đun nóng tạo ra sản phẩm là khí ammonia. Khí ammonia làm xanh giấy quỳ tím ẩm.

NH$_{4}$$^{+}$ + OH$^{-}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ NH$_{3}$↑ + H$_{2}$O

- Các phương trình hoá học:

NH$_{4}$Cl + NaOH $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ NaCl + NH$_{3}$↑ + H$_{2}$O

NH$_{4}$NO$_{3}$ + NaOH $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ NaNO$_{3}$ + NH$_{3}$↑ + H$_{2}$O

(NH$_{4}$)$_{2}$SO$_{4}$ + 2NaOH $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ Na$_{2}$SO$_{4}$ + 2NH$_{3}$↑ + 2H$_{2}$O

Đun nóng NH$_{4}$Cl thấy có hiện tượng khói trắng trong ống nghiệm do NH$_{4}$Cl bị phân huỷ tạo ra NH$_{3}$(g) và HCl(g).

Phương trình hoá học minh hoạ:

NH$_{4}$Cl(s) $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ NH$_{3}$(g) + HCl(g).

Các phương trình hoá học:

(NH$_{4}$)$_{2}$CO$_{3}$ + 2KOH → K$_{2}$CO$_{3}$ + 2NH$_{3}$↑ + 2H$_{2}$O

(NH$_{4}$)$_{2}$CO$_{3}$ + 2HCl → 2NH$_{4}$Cl + CO$_{2}$↑ + H$_{2}$O

(NH$_{4}$)$_{2}$CO$_{3}$ + Ba(OH)$_{2}$ → BaCO$_{3}$↓ + 2NH$_{3}$↑ + 2H$_{2}$O

(NH$_{4}$)$_{2}$CO$_{3}$ + CaCl$_{2}$ → CaCO$_{3}$↓ + 2NH$_{4}$Cl.

Do ở nhiệt độ cao NH$_{4}$HCO$_{3}$ bị phân huỷ tạo thành các khí NH$_{3}$, CO$_{2}$ và hơi nước. Các khí và hơi này thoát ra làm cho bánh xốp.

NH$_{4}$HCO$_{3}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$NH$_{3}$↑ + CO$_{2}$↑ + H$_{2}$O.

Tuy nhiên việc sử dụng NH$_{4}$HCO$_{3}$ làm cho bánh có mùi khai, do đó hiện nay người ta thường ít sử dụng.

Các loại phân bón như NH$_{4}$Cl, NH$_{4}$NO$_{3}$, (NH$_{4}$)$_{2}$SO$_{4}$ không thích hợp bón cho đất chua do ion NH$_{4}$$^{+}$ bị thuỷ phân sinh ra H$^{+}$ làm tăng độ chua của đất.

NH$_{4}$$^{+}$ + H$_{2}$O → NH$_{3}$ + H$_{3}$O$^{+}$

Đáp án đúng là: A

0,4 < ∆𝛘 = 3,04 – 2,2 = 0,84 < 1,7.

Vậy liên kết trong phân tử NH$_{3}$ là liên kết cộng hoá trị phân cực.

Đáp án đúng là: A

Dung dịch muối ammonium tác dụng với dung dịch base khi đun nóng tạo ra sản phẩm là khí ammonia.

NH$_{4}$$^{+}$ + OH$^{-}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ NH$_{3}$↑ + H$_{2}$O

Một số hoá chất để thực hiện quá trình trên: Ca(OH)$_{2}$; O$_{2}$…

Phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra:

+ Chuyển ion ammonium thành ammonia:

NH$_{4}$$^{+}$ + OH$^{-}$ → NH$_{3}$↑ + H$_{2}$O

+ Chuyển ammonia thành nitrogen:

4NH$_{3}$ + 3O$_{2}$ $\overset{{t}^{o}}{\rightarrow }$ 2N$_{2}$ + 6H$_{2}$O.

N$_{2}$(g) + 3H$_{2}$(g) ⇌ 2NH$_{3}$(g) ${Δ}_{r}{H}_{298}^{o}$ = -92 kJ

a) Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt, tức chiều nghịch.

b) Khi tách ammonia ra khỏi hỗn hợp phản ứng cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng ammonia, tức chiều thuận.

c) Khi giảm thể tích của hệ phản ứng tức tăng áp suất cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm số mol khí, tức chiều thuận.

Các phương trình hoá học xảy ra:

(NH$_{4}$)$_{2}$SO$_{4}$ + 2NaOH → Na$_{2}$SO$_{4}$ + 2NH$_{3}$↑ + 2H$_{2}$O.

(NH$_{4}$)$_{2}$SO$_{4}$ + Ba(OH)$_{2}$ → BaSO$_{4}$↓ + 2NH$_{3}$↑ + 2H$_{2}$O.

(NH$_{4}$)$_{2}$SO$_{4}$ + BaCl$_{2}$ → BaSO$_{4}$↓ + 2NH$_{4}$Cl.

(NH$_{4}$)$_{2}$SO$_{4}$ + Ba(NO$_{3}$)$_{2}$ → BaSO$_{4}$↓ + 2NH$_{4}$NO$_{3}$.