MỞ ĐẦU

Trong công nghiệp, đơn chất nitrogen kết hợp với hydrogen tạo thành ammonia là một hợp chất quan trọng trong sản xuất phân bón, hoá chất.

Tại sao phản ứng trên cần được thực hiện ở nhiệt độ cao? Đơn chất nitrogen đóng vai trò gì trong phản ứng đó?

Giải chi tiết:

- Phản ứng giữa nitrogen và hydrogen cần được thực hiện ở nhiệt độ cao do liên kết ba giữa 2 nguyên tử N trong phân tử nitrogen có năng lượng liên kết rất lớn (945 kJ/ mol) nên khó bị phá vỡ.

- Phương trình hoá học:

Số oxi hoá của nitrogen giảm từ 0 xuống -3 nên trong phản ứng này đơn chất nitrogen đóng vai trò là chất oxi hoá.

I. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

Hoạt động trang 29 sgk hóa học 11 kntt

Nêu ứng dụng thực tiễn của khí nitrogen và diêm tiêu Chile mà em biết

Giải chi tiết:

Nitrogen (N₂):

- Nguyên liệu tổng hợp ammonia

- Nitrogen lỏng dùng bảo quản mẫu vật phẩm

- Chất làm căng bao bì thực phẩm, bảo quản hương vị

- Thành phần khí đẩy trong chất chữa cháy dạng bọt

Diêm tiêu Chile (NaNO₃)

- Nguyên liệu sản xuất HNO₃ trong quá khứ

- Sử dụng làm phân đạm

II. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ, PHÂN TỬ

Hoạt động trang 30 sgk hóa học 11 kntt

1. Sắp xếp các hợp chất sau vào vị trí tương ứng trong trục biểu diễn số oxi hóa của nitrogen: NO, N₂O, NH₃, HNO₂, HNO₃, NH₄Cl, KNO₂, NaNO₃

2. Dựa vào trục biểu diễn số oxi hóa của nitrogen để giải thích nitrogen có cả tính oxi hóa và tính khử. Viết một quá trình khử để minh họa

Giải chi tiết:

Trong đơn chất, nitrogen có số oxi hóa bằng 0, là số oxi hóa trung gian nên vừa có khả năng nhận electron để giảm số oxi hóa, vừa có khả năng nhường electron để tăng số oxi hóa

Ví dụ:

HOẠT ĐỘNG

1. Viết công thức electron, công thức Lewis và công thức cấu tạo của phân tử nitrogen

2. Từ cấu tạo phân tử, hãy cho biết tại sao phân tử N₂ có năng lượng liên kết lớn. Dự đoán về khả năng hoạt động hóa học của nitrogen ở nhiệt độ thường

Giải chi tiết:

1. Công thức Lewis của phân tử nitrogen:

Nếu coi hai nguyên tử nitrogen không ở trạng thái lai hóa sp:

- 1 liên kết tạo thành nhờ sự xen phủ dọc theo trục liên kết của cặp orbital 2p_z–2p_z

- 2 liên kết tạo thành nhờ sự xen phủ bên của các cặp orbital 2p_x–2p_x và 2p_y –2p_y

2. Phân tử nitrogen có liên kết ba bền vững, khó bị phá vỡ để tạo liên kết mới nên nitrogen khá trơ ở nhiệt độ thường.

III. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Câu hỏi 1 trang 30 sgk hóa học 11 kntt

Dựa vào tương tác van der Waals, hãy giải thích tại sao đơn chất N₂ khó hóa lỏng và ít tan trong nước.

Giải chi tiết:

- Phân tử nitrogen nhẹ và không phân cực, tương tác van der Waals giữa các phân tử nitrogen rất yếu nên khó hóa lỏng

- Tương tác van der Waals giữa các phân tử nitrogen với nước rất yếu nên ít tan trong nước .

IV. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Câu hỏi 2 trang 30 sgk hóa học 11 kntt

Trong phương trình hóa học của phản ứng tổng hợp ammonia, hãy xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa và vai trò của nitrogen.

Giải chi tiết:

Các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa:

Nguyên tử nitrogen nhận 3 electron, số oxi hóa giảm từ 0 xuống -3, đóng vai trò chất oxi hóa.

Câu hỏi 3 trang 31 sgk hóa học 11 kntt

Trong phương trình hóa học của phản ứng giữa nitrogen với oxygen:

a) Hãy xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa.

b) Tại sao thực tế không sử dụng phản ứng này để tạo ra NO, một hợp chất trung gian quan trọng trong công nghiệp sản xuất nitric acid ?

Giải chi tiết:

a) Các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa:

b) Phản ứng cần tiến hành ở nhiệt độ rất cao và có hiệu suất rất thấp nên không được ứng dụng trong công nghiệp

Câu hỏi 4 trang 31 sgk hóa học 11 kntt

Viết các phương trình hóa học minh họa quá trình hình thành đạm nitrate trong tự nhiên xuất phát từ nitrogen.

Giải chi tiết:

Sơ đồ quá trình hình thành đạm nitrate trong tự nhiên xuất phát từ nitrogen:

N₂ + O₂ 2NO

2NO + O₂ → 2NO₂

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

HNO₃ → H⁺ +

V. ỨNG DỤNG

HOẠT ĐỘNG

Sưu tầm một số hình ảnh để báo cáo, thuyết trình về ứng dụng của nitrogen trong thực tiễn. Sử dụng các tính chất vật lí và hóa học để giải thích cơ sở khoa học của các ứng dụng này.

Giải chi tiết:

- Nitrogen có nhiều ứng dụng trong sản xuất và đời sống

- Ứng dụng quan trọng nhất của khí nitrogen là để tổng hợp ammonia, mắt xích trung gian để sản xuất nitric acid, muối nitrate và nhiều hợp chất khác

- Trong nghiên cứu, khí nitrogen được dùng tạo bầu khí quyển trơ do phân tử nitrogen rất bền nhiệt

- Trong y học, nitrogen lỏng được dùng tạo môi trường lạnh sâu để bảo quản mẫu vật phẩm. Nitrogen lỏng với độ lạnh sâu cũng đóng băng mô ngay khi tiếp xúc nên được dùng điều trị mụn cóc và một số bệnh ngoài da

- Trong công nghiệp thực phẩm, nitrogen lỏng được phun vào vỏ bao bì trước khi đóng nắp nitrogen biến thành thể khí làm căng vỏ bao bì, vừa bảo vệ thực phẩm khi có va chạm, vừa bảo quản hương vị thực phẩm.

Câu hỏi 5 trang 32 sgk hóa học 11 kntt

a) Tại sao nitrogen lỏng được dùng để bảo quản mẫu vật phẩm trong y học?

b) Tại sao dùng khí nitrogen để làm căng vỏ bao bì thực phẩm mà không dùng không khí?

Giải chi tiết:

a) Nitrogen lỏng có độ lạnh sâu, được dùng bảo quản mẫu vật phẩm

b) Nitrogen bền nhiệt, có tính trơ nên bảo quản được hương vị thực phẩm. Không khí có chứa oxygen là tác nhân oxi hóa thực phẩm, làm thực phẩm dần ôi thiu.