Bài tập Hóa học Lớp 11 - Chương 2: Nitơ và Photpho - Đoàn Thị Thúy Hạnh

Chöông 2: NITÔ VAØ PHOTPHO I. KHÁI QUÁT VỀ NHÓM NITƠ - Nhóm Nitơ (thuộc nhóm VA) Tên nguyên tố Nitơ Photpho Asen Antimon Bitmut Kí hiệu N P As Sb Bi Số hiệu Z 7 15 33 51 83 Tên nguyên tố Kí hiệu Z Cấu hình e lớp ngoài cùng Độ âm điện Số oxi hóa trong các hợp chất Nitơ 7 2s22p3 3,04 +5 (số oxi hóa cao nhất: N2O5) -3 (số oxi hóa thấp nhất: NH3, AlN) Photpho 3 dạng thù hình: - P trắng - P đen - P đỏ P 15 3s23p3 2,19 +5 (số oxi hóa cao nhất: P2O5) -3 (số oxi hóa thấp nhất: PH3, K3P) - Sự biến đổi tính chất của các nguyên tố nhóm Nitơ Đơn chất Oxit / hidroxit Tính oxi hóa Độ bền số oxi hóa -3 N Không kim loại Axit mạnh Giảm dần Tăng dần P Không kim loại Axit trung bình As Nửa kim loại Axit yếu – lưỡng tính Sb Nửa kim loại Lưỡng tính Bi Kim loại Bazo yếu - Do có khả năng giảm và tăng số oxi hóa trong các phản ứng hóa học nên nguyên tử các nguyên tố nhóm nito thể hiện tính oxi hóa và tính khử. II. NITƠ 1) Cấu tạo phân tử N2: - Công thức e : NN - Công thức cấu tạo : NN 2) Tính chất hóa học: (N2 = 28) Tính chất hóa học đặc trưng là tính oxi hóa (nitơ là phi kim).Khi tác dụng với nguyên tố có độ âm điện lớn hơn thì nitơ thể hiện tính khử. a. Tác dụng phi kim : - Tác dụng với H2: - Tác dụng với O2: NO là khí không màu ,trong không khí ở nhiệt độ thường phản ứng với O2 của không khí : 2NO + O2 2NO2 (màu nâu) Chú ý : N2 còn các oxit khác : không điều chế được trực tiếp từ N2 tác dụng với O2 b. Tác dụng với kim loại : Ở nhiệt độ thường chỉ tác dụng với Liti (Li), nói chung đều xảy ra ở nhiệt độ cao → muối nitrua. 3Li + ½ N2 Li3N 3) Điều chế : Trong phòng thí nghiệm: - Chưng phân đoạn không khí lỏng NH4NO2 N2 + 2H2O Có thể thay NH4NO2 bằng dung dịch của NaNO2 & NH4Cl - NH4NO3 N2 + ½ O2 + 2H2O - (NH4)2Cr2O7 N2 + Cr2O3 + 4H2O - 4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O - 2NH3 + 3CuO N2 + 3Cu + 3H2O - 3(NH4)2SO4 4NH3 + N2 + 3SO2 + 6H2O - 2NO2 + 2C N2 + 2CO2 - NxOy + yCu yCuO + N2 - NH4Cl + NaNO2 N2 + NaCl + 2H2O - CxHyOzNt + O2 xCO2 + H2O + N2 Trong công nghiệp :Chưng cất phân đoạn không khí lỏng N2 bay ra trước. III. HỢP CHẤT CỦA NITƠ A.Các oxit của Nitơ gồm : 1) N2O: (chất khí) : Tính chất hóa học Điều chế N2O N2 + O2 3N2O + 2NH3 4N2 + 3H2O NH4NO3 N2O + 2H2O 2NaNO3 + (NH4)2SO4 Na2SO4 + 2N2O + 4H2O 8Al + 30HNO3 loãng 8Al(NO3)3 +3N2O + 15H2O 2) NO : (chất khí ) : Tính chất hóa học Điều chế - NO là oxit không tạo muối - NO vừa có tính khử ,vừa có tính oxi hóa : 2NO + O2 2NO2 2NO + Cl2 2NOCl (Nitrozyl clorua) 10NO + 6KMnO4 + 9H2SO4 10HNO3+3K2SO4 + 6MnSO4 +4H2O 2NO + 2H2S 2S↓ + N2 ↑ + 2H2O 2NO + SO2 SO3 + N2O - Trong phòng thí nghiệm: 3Cu + 8HNO3 loãng 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 3FeCl2 + KNO3 + 4HCl 3FeCl3 + KCl + NO + 2H2O - Trong công nghiệp: 2NH3 + O2 2NO + 3H2O Khi có sấm sét tia lửa điện : N2 + O2 2NO - Q 3) NO2 : (chất khí ): Tính chất hóa học Điều chế 2NO2 N2O4 (màu đỏ) (không màu ) - Tác dụng với hợp chất (tính anhidrit): 3NO2 + H2O 2HNO3 + NO 4NO2 + O2 + 2H2O 4HNO3 2NO2 +2NaOH NaNO3+NaNO2+ H2O 4NO2 + 2Ca(OH)2 Ca(NO3)2 +2H2O + Ca(NO2)2 - Tính oxi hóa và tính khử: 2NO2 + 2C N2 + 2CO2 NO2 + SO2 SO3 + NO 2NO2 + O3 N2O5 + O2 - Trong phòng thí nghiệm: Cu + 4HNO3 đđ Cu(NO3)2 + 2NO2 +H2O - Trong công nghiệp: 4NH3 +5O2 4NO + 6H2O 2NO + O2 2NO2 4) N2O5 : (chất khí ): Tính chất hóa học Điều chế N2O5 +H2O 2HNO3 N2O5 + 2NaOH 2NaNO3 +H2O 2HNO3 N2O5 + H2O B. Amoniac : NH3 - Công thức e : - CTCT : - Cấu trúc phân tử NH3 hình tháp ,đáy là tam giác đều . - Ở điều kiện thường là 1 chất khí không màu ,mùi khai ,dễ hóa lỏng. - Tan nhiều trong nước ,tạo dung dịch kiềm yếu (quỳ tím hóa xanh, phenolphthalein hóa hồng) Tính chất hóa học Điều chế 1) Phản ứng với H2O & dung dịch axit NH3 + H2O D NH4+ + OH- NH3 + HNO3 → NH4NO3 NH3 + HCl → NH4Cl (phản ứng nhận biết) - Phản ứng điều chế NH4HCO3 NH3 + CO2 + H2O → NH4HCO3 -Phản ứng điều chế urê 2NH3 + CO2 → H2N – COONH4 H2N – COONH4 (NH2)2CO 2) Tác dụng với dung dịch muối kim loại : AlCl3 + 3NH3 + 3H2O → Al(OH)3 ↓+ 3NH4Cl 3) Phản ứng tạo phức 4NH3 + Cu(OH)2↓ → [Cu(NH3)4](OH)2 2NH3 + AgCl → [Ag(NH3)2]Cl 4) Phản ứng với các chất oxi hóa : 2NH3 N2 + 3H2 4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 2NH3 + 3CuO N2 + 3Cu + 3H2O 2NH3 + 3Cl2 →N2 + 6HCl 5) Phản ứng thế : 2Al + 2NH3 2AlN + 3H2 - Trong phòng thí nghiệm: 2NH4Cl + Ca(OH)2 → 2NH3 + CaCl2 + 2H2O Ca3N2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2NH3 - Trong công nghiệp: N2 + 3H2 2NH3 C. Muối amoni : (NH4)nX Tính chất hóa học Điều chế 1) Có tính chất chung của 1 muối - Phản ứng thủy phân tạo môi trường axit NH4+ + H2O D NH3 + H3O+ - Tác dụng với dung dịch kiềm: NH4NO3 + NaOH → NaNO3 + NH3 + H2O - Tác dụng với dung dịch muối NH4Cl + AgNO3 → NH4NO3 + AgCl↓ - Tác dụng với dung dịch axit (NH4)2CO3 + 2HCl → 2NH4Cl + CO2 + H2O 2) Phản ứng nhiệt phân - Muối của axit không có oxi NH4Cl NH3 + HCl - Muối của axit có oxi 2NH4NO2 N2 + 4H2O - Điều chế : 2NH3 + H2SO4 →(NH4)2SO4 NH3 + HNO3 → NH4NO3 - Ứng dụng : Chủ yếu làm phân đạm , thuốc nổ , làm bột nở ,làm sạch bề mặt kim loại.: 3CuO + 2NH4Cl 3Cu + N2 + 2HCl + 3H2O D. Muối Nitrat : M(NO3)n Tính chất hóa học Ứng dụng 1) Có tính chất chung của muối: phân li hoàn toàn trong nước , có phản ứng trao đổi với muối khác , kiềm , axit. 2) Phản ứng nhiệt phân muối nitrat khan: K Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Pt Au M(NO3)n M(NO2)n + O2 2M(NO3)n M2On +2nNO2 +O2 Riêng 2Ba(NO3)2 2BaO +4NO2 + O2 M(NO3)n M nNO2+ O2 3) Phản ứng oxi hóa – khử: Ion NO3- trong môi trường axit & bazo có tính oxi hóa như axit HNO3 2KNO3 + 3Cu + 8H+ → 3Cu2+ + 2NO + 2K+ + 4H2O NaNO3 + 4Zn + 7NaOH → 4Na2ZnO2 +NH3 +2H2O 3NaNO3 + 8Al + 5NaOH + 2H2O→ 8NaAlO2 +3NH3 4)Định tính ion NO3-: Muối nitrat + H2SO4 đđ + vụn Cu NO2 (màu nâu) 2NO3- +H2SO4 đđ → 2HNO3 + SO42- 4HNO3 đđ + Cu → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O - Phần lớn muối nitrat làm phân bón : NH4NO3 (đạm 2 lá ) (NH4)2SO4 (đạm 1 lá) (NH2)2CO (urê) - Thuốc nổ đen là hỗn hợp gồm 75% KNO3 , 10%S , 15%C. 2KNO3 + 3C + S K2S + N2 + 3CO2 + Q E. Axit Nitric : HNO3 - CTCT : Tính chất hóa học Điều chế 1) Tính axit - Thể hiện tính axit mạnh : HNO3 + H2O → H3O+ + NO3- - Tác dụng với bazo , oxit bazo , muối → muối nitrat. 2) Kém bền : HNO3 đun nóng ,để ra nắng phân tích 1 phần 4HNO3 → 4NO2 + O2 + 2H2O (NO2 tan trong dung dịch ) 3) Tính oxi hóa : - Tác dụng với kim loại (trừ Au , Pt) Cu + 4HNO3 đ → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O 8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O KL hoạt động hóa học mạnh KL kém hoạt động hóa học HNO3 Loãng NH4NO3, N2↑, N2O↑, NO↑ NO↑ Đặc NO2↑ Lưu ý : + HNO3 đ,nguội không phản ứng với Al ,Fe, Cr. + “1 thể tích HNO3 + 3 thể tích HCl” gọi là nước cường thủy, hòa tan Au ,Pt: Au + HNO3 + 3HCl →AuCl3 + NO +2H2O - Tác dụng với phi kim : 6HNO3 đ + S H2SO4 + 6NO2 + 2H2O 5HNO3 loãng +3P +2H2O 3H3PO4 + 5NO 4HNO3 + C CO2 + 4NO2 + 2H2O 10HNO3 + 3I2 6HIO3 + 10NO + 2H2O - Oxi hóa các hợp chất có tính khử: 12HNO3 + 3FeS → Fe(NO3)3 + Fe2(SO4)3 + 9NO + 6H2O 2FeS2 + 30HNO3 đ → Fe2(SO4)3 + H2SO4 + 30NO2 + 14H2O FeS2 + 18HNO3 đ → Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 15NO2 + 7H2O 3FeSO4 + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + Fe2(SO4)3 + NO + 2H2O 3FeSO4 + 10HNO3 loãng → 3Fe(NO3)3 + NO + 3H2SO4 + 2H2O 3FeO + 10HNO3 loãng → 3Fe(NO3)3 + NO +5H2O 3H2S + 2HNO3 loãng → 3S + 2NO + 4H2O Sản xuất HNO3 có 3 phương pháp : - Phương pháp hồ quang: Phương pháp này rất tốn kém nên thực tế người ta không dùng (phản ứng trên xảy ra khi có sấm sét) - Trong phòng thí nghiệm: H2SO4 đđ + KNO3 KHSO4 + HNO3 - Trong công nghiệp: Phương pháp oxi hóa NH3 bằng oxi không khí ,có xúc tác 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O Tiếp tục oxi hóa NO→NO2 rồi cho NO2 hấp thụ nước → HNO3: 2NO + O2 →2NO2 3NO2+ H2O →2HNO3 + NO 4NO2 +2H2O + O2 → 4HNO3 IV. PHOTPHO VÀ HỢP CHẤT CỦA PHOTPHO 1) Photpho : P trắng & P đỏ - Pt : chất rắn giống như sáp ,mềm, dễ nóng chảy, rất độc ,gây bỏng nặng khi rơi vào da. Ở nhiệt độ thường ,trong không khí bị oxi hóa chậm và phát quang màu lục nhạt trong bóng tối . - Photpho đỏ : bột màu đỏ ,không độc như P trắng ,không phát quang như P trắng . Dưới tác dụng của ánh sáng P trắng →P đỏ .Ngược lại khi đun nóng (không có không khí ) P đỏ → hơi , làm lạnh có P trắng tạo thành. Tính chất hóa học Điều chế 1) Tác dụng với các kim loại mạnh 3Zn + 2P (t) Zn3P2 (thuốc chuột ) (Một trong những thuốc thường dùng để trừ chuột ở nước ta là Zn3P2 , chính chất này khi gặp nước giải phóng khí PH3 làm cho chuột chết ) 2) Tác dụng với các phi kim 2P + 5/2 O2 → P2O5 P(t) + 5/2 Cl2 → PCl5 P(t) + 3/2 H2 D PH3 ↑ (Photphin rất độc) Lưu ý : Ở nhiệt độ 3500C PH3 dễ bị phân huỷ , người ta điều chế PH3 theo cách sau 4P +3KOH+ 3H2O →PH3 ↑ + 3KH2PO2 3) Tác dụng với hợp chất có tính oxi hóa mạnh : HNO3 , KClO3, K2Cr2O7. 3P + 5HNO3 +2H2O → 3H3PO4+ 5NO P + 5HNO3 đđ →HPO3 + 5NO2 +2H2O 6Pđ + 5KClO3 → 3P2O5 + 5KCl Ca3(PO4)2 + 3SiO2 +5C → 3CaSiO3 +5CO↑ + 2P 2) Điphotpho trioxit P2O3 : O = P – O – P = O Tính chất hóa học Điều chế P2O3 + O2 → P2O5 P2O3 + 3H2O → 2H3PO3 2Pt + O2 →P2O3 3) Axit Photphorơ H3PO3 Tính chất hóa học Điều chế 4H3PO3 3H3PO4 + PH3 H3PO3 + ½ O2 → H3PO4 Axit photphorơ là 1 axit trung bình & là 1 chất khử mạnh: H3PO3 + HgCl2 + H2O → H3PO4 + Hg + 2HCl PCl3 + 3H2O →H3PO3 + 3HCl P2O3 + 3H2O → 2H3PO3 4) Điphotpho pentaoxit P2O5 : Tính chất hóa học Điều chế - Khi tác dụng với HBr , HCl , PCl5 2P2O5 + 3HBr " POBr3 + 3HPO3 2P2O5 + 3HCl " POCl3 + 3HPO3 P2O5 + 3PCl5 " 5POCl3(Photphoryl clorua) - Khi tác dụng với kiềm ,tùy theo tỉ lệ mol giữa P2O5 và dung dịch NaOH cho 3 loại muối: P2O5 + H2O + 2NaOH " 2NaH2PO4 P2O5 + 4NaOH " 2Na2HPO4 + H2O P2O5 + 6NaOH " 2Na3PO4 + 3H2O 4P + 5O2 " 2P2O5 2PH3 + 4O2 " P2O5 + 3H2O 5) Axit photphoric H3PO4 : Tính chất hóa học Điều chế 1) Tính oxi hóa khử Trong P2O5 , H3PO4 photpho có số oxi hóa +5 , khác với nitơ, photpho có độ âm điện nhỏ hơn nên bền hơn ở mức oxi hóa +5 , do vậy P2O5 & H3PO4 rất khó bị khử, không có tính oxi hóa như HNO3. 2) Tác dụng của nhiệt Khi đun nóng đến 200 – 2500C 2H3PO4H4P2O7 (axit điphotphoric)+ H2O Tiếp tục đun nóng 400 – 5000C H4P2O7 2HPO3 + H2O (axit metaphotphoric) Các axit HPO3 , H4P2O7 kết hợp với H2O " H3PO4 3) Tính axit - H3PO4 là axit 3 nấc ,độ mạnh trung bình: H3PO4 D H+ + H2PO4- H2PO4- D H+ + HPO42- HPO42- D H+ + PO43- - Có tính chất chung của axit : H3PO4 + NaOH " NaH2PO4 + H2O H3PO4 + 2NaOH " Na2HPO4 + 2H2O H3PO4 + 3NaOH " Na3PO4 + 3H2O - Trong phòng thí nghiệm: 3P+ 5HNO3 + 2H2O " 3H3PO4 + 5NO - Trong công nghiệp: H2SO4 đ + Ca3(PO4)2 quặng " 3CaSO4 + 2H3PO4 Phương pháp này chất lượng thấp. Để điều chế H3PO4 tinh khiết , đậm đặc : 4P + 5O2 " 2P2O5 P2O5 + H2O " 2H3PO4 6) Axit meta photphoric HPO3 : Tính chất hóa học Điều chế HPO3 + H2O " H3PO4 HPO3 + 3NaOH " Na3PO4 + 2H2O H3PO4 HPO3 + H2O P2O5 + H2O " 2HPO3 2HNO3 + P2O5 " N2O5 + 2HPO3 7) Muối photphat Tính chất hóa học Điều chế Axit photphoric cho 3 loại muối :1 muối trung hòa & 2 muối axit 1) Thủy phân trong nước : PO43- + H2OD HPO42- + OH- Dung dịch có môi trường kiềm , quỳ tím hóa xanh. 2) Nhận biết PO43- Thuốc thử là dung dịch AgNO3 PO43- + 3Ag+ " Ag3PO4 $ H3PO4 + NaOH " NaH2PO4 + H2O H3PO4 + 2NaOH " Na2HPO4 + 2H2O H3PO4 + 3NaOH " Na3PO4 + 3H2O Lưu ý : - Khi xác định muối photphat tạo thành sau phản ứng : 1. =3,2 " tạo 2 muối : NaH2PO4 & Na2HPO4 2. 1< < 2 " 2 muối : NaH2PO4 & Na2HPO4 2< <3 " tạo 2 muối Na3PO4 & Na2HPO4 3. 0,5 < <1 " tạo 2 muối Ba(H2PO4)2 & BaHPO4 1< < 1,5 " tạo 2 muối Ba3(PO4)2 & BaHPO4 - Xác định muối tạo thành khi cho Fe dư vào dung dịch HNO3 loãng đun nóng và khuấy đều Fe + 4HNO3 " Fe(NO3)3 + NO + 2H2O 2Fe(NO3)3 + Fe " 3Fe(NO3)2 - Nếu bài toán cho Cu vào dung dịch HNO3 thu được khí NO .Sau khi phản ứng kết thúc cho thêm H+ , nếu Cu còn dư thì lúc đó Cu tác dụng với H+ & ion NO3- của Cu(NO3)2: 3Cu + 8H+ + 2NO3- " 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Bảng tính tan của muối photphat Kim loại kiềm Amoni Các loại kim loại khác PO43- Tan Tan Không tan hoặc ít tan HPO42- Tan Tan H2PO4- Tan Tan Tan V. PHÂN BÓN HÓA HỌC - Phân lân : + Cung cấp photpho hóa hợp cho cây dưới dạng ion PO43-. + Phân lân tự nhiên : dùng trực tiếp từ bột quặng photphat (Ca3(PO4)2) làm phân bón . + Supephotphat (Supe lân): Supephotphat đơn : hỗn hợp của canxi đihidrophotphat và thạch cao . Supephotphat kép : canxi đihidrophotphat (không có thạch cao ) + Amophot: NH3 + H3PO4 → hỗn hợp NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 - Phân kali: KCl , K2CO3. Phân lân cần thiết cho cây ở thời kì sinh trưởng . Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 → Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4 Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 → 3Ca(H2PO4)2 Cách xác định tính ion PO43- : 3Ag+ + PO43- → Ag3PO4 ↓(màu vàng)