Lý thuyết Hóa học Lớp 11 - Phần 3: Nitơ. Photpho - Trần Quốc Nghĩa

NITƠ – PHOTPHO A – Nitơ ­¯ ­¯ ­ ­ ­ Cấu tạo phân tử: Cấu hình e: 7N : 1s22s22p3 Cấu tạo phân tử: N2 : N N : N º N do 2 nguyên tử Nitơ liên kết với nhau bằng 3 liên kết không cực. Liên kiết ba rất bền vững nên ở nhiệt độ thường N2 rất trơ về hóa học. Tính chất vật lí: Là chất khí không màu, không mùi, không vị, không duy trì sự cháy, sự sống. Rất ít tan trong nước (1 lít nước chỉ tan 0,015ml N2) Chiếm 4/5 thể tích không khí, nhẹ hơn không khí. Hóa lỏng ở - 1960C, hóa rắn ở - 2100C. Tính chất hóa học: Tính oxi hóa (Tác dụng với chất khử mạnh): Với hiđro: Với kim loại hoạt động mạnh: Ở nhiệt độ thường, nitơ chỉ tác dụng được với Liti (Li) (Liti nitrua) Ở nhiệt độ cao, nitơ chỉ tác dụng được với: Ca, Ma, Al, (Canxi nitrua) (Nhôm nitrua) Tính khử (Tác dụng với chất oxi hóa): Chú ý: Các oxit khác của nitơ như: N2O, N2O3, N2O5 không điều chế được trực tiếp giữa oxi và nitơ. Trạng thái tự nhiên: Trong tự nhiên, nitơ tồn tại ở hai dạng: Dạng tự do: nitơ chiếm khoảng 80% thể tích của không khí. Nitơ trong tự nhiên là hỗn hợp của hai đồng vị: (99,63%) và (0,37%). Dạng hợp chất: có trong diêm tiêu (NaNO3), protein, axit nucleic, Điều chế: Trong công nghiệp: Không khí hóa lỏng (sau khi loại bỏ CO2 và H2O) - 1960C N2 ­ - 1830C O2 ­ Trong phòng thí nghiệm: Nhiệt phân muối: (Phương pháp tinh khiết nhất) Oxi hóa NH3: Khử oxit của nitơ: Phương pháp khác: Ứng dụng: Trong công nghiệp, dùng để tổng hợp amoniac, từ đó sản xuất phân đạm, axit nitric, Trong luyện kim, thực phẫm, điện tử, nitơ được dùng làm môi trường trơ. N có: Số oxi hóa : -3 Hóa trị : 3 Nitơ lỏng được dùng để bảo quản máu và các mẫu vật sinh học khác. B – Các hợp chất của nitơ: Amoniac : NH3 Cấu tạo: Tính chất vật lí: Chất khí không màu, mùi khai, sốc, dễ hóa lỏng (- 33,60C), dễ hóa rắn(- 77,80C), nhẹ hơn không khí nên có thể thu khí NH3 bằng cách đây không khí. Khí NH3 tan rất nhiều trong nước nhờ liên kết hiđro với nước (ở 20C, 1 lít nước hòa tan được khoảng 800 líl NH3) Tan trong nước tạo thành dung dịch amoniac. Dung dịch amoniac đâm đặc có nồng độ 25% và D = 0,91g/ml. Dung dịch amoniac là một bazơ yếu có mùi khai, làm quì tím hóa xanh, phenolphtalein hóa hồng. Dung dịch dẫn được điện nhưng rất yếu vì trong dung dịch có 0,4% lượng ion , OH- Tính chất hóa học: Tính bazơ: Do trên nitơ còn một cặp điện tử tự do dễ dàng kết hợp với ion H+ tạo ion thể hiện tính bazơ. Tác dụng với H2O: Tác dụng với axit: HClđặc + NH3 NH4Cl (Khói trắng) H2SO4 + 2NH3 (NH4)2SO4 (Phân đạm 1 lá) HNO3 + NH3 NH4NO3 (Phân đạm 2 lá) CO2 + H2O + NH3 NH4HCO3 (Bột nở) CO2 + H2O + NH3 (NH4)2CO3 CO2 + NH3(lỏng) (NH2)2CO + H2O (Đạm Ure) Tác dụng với dung dịch muối: Al3 + 3NH3 + 3H2O Al(OH)3 + 3 Chú ý: Al(OH)3 không tan trong dung dịch NH3. Khả năng tạo phức chất: Dung dịch amoniac có khả năng hòa tan oxit, hiđroxit hay muối ít tan của một số kim loại tạo thành các dung dịch phức chất. Cu+ + 2NH3 [Cu(NH3)2]+ Ag+ + 2NH3 [Ag(NH3)2]+ Cu2+ + 4NH3 [Cu(NH3)4]2+ Zn2+ + 4NH3 [Zn(NH3)4]+ Phản ứng xảy ra được là do các phân tử NH3 kết hợp với các ion: Zn2+, Ag+, Cu+, bằng các liên kết cho nhận giữa cặp electron chưa sử dụng của nguyên tử nitơ với obitan trống của ion kim loại. Tính khử Nhiệt phân: Tác dụng với oxi: - Khi đốt không có xúc tác, NH3 cháy với ngọn lửa màu vàng: 4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O - Khi đốt không có xúc tác là Pt, ở 8500C – 9000C : 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O Tác dụng với Cl2, Br2: Dẫn khí NH3 vào bình chứa khí clo, NH3 tự bốc cháy tạo ra ngọn lửa có khói trắng: 2NH3 + 3Cl2 N2 + 6HCl 6NH3 + 6HCl 6NH4Cl 8NH3 + 3Cl2 N2 + 6NH4Cl (khói trắng) (hiện tượng thăng hoa) Tác dụng với một số chất oxi hóa khác: 2NH3 + 3CuO N2 + Cu + 3H2O 2NH3 + 3NaClO N2 + 3NaCl + 3H2O 2NH3 + 3N2O 4N2 + 3H2O Ứng dụng: Amoniac được sử dụng để sản xuất axit nitric, các loại phân đạm như ure ((NH4)2CO), NH4NO3, (NH4)2SO4, ; điều chế hiđrazin (N2H4) làm nhiên liệu cho tên lửa. Amoniac lỏng được dùng làm chất gây lạnh trong máy lạnh. Điều chế: Trong phòng thí nghiệm: Muối amoni tác dụng với kiềm: + OH- NH3­ + H2O Thủy phân muối nitrua: Ca3N2 + 6H2O 3Ca(OH)2 + 2NH3­ AlN + 3H2O Al(OH)3¯ + NH3­ Từ nguyên tố lưỡng tính: 4Zn + KNO3 + 7KOH 4K2ZnO2 + NH3­ + 2H2O 2Zn + 2NaNO3 + 2KOH + 2H2O K2ZnO2 + Na2ZnO2 + 2NH3­ 8Al + 3KNO3 + 5KOH + 2H2O 8KAlO2 + 3NH3­ 8Al + 3KNO3 + 5NaOH + 2H2O 3KAlO2 + 5NaAlO2 + 3NH3­ Trong công nghiệp: Điều kiện: Hạ nhiệt độ, tăng áp suất. Nhiệt độ không được quá thấp vì phản ứng sẽ xảy ra chậm. Áp suất không được cao quá vì đòi hỏi thiết bị cồng kềnh, phúc tạp và làm cho khí thoát ra khỏi thành bình. Chu trình thực hiện trong tháp tổng hợp kín. (H% = 20 – 25%) Muối amoni Tính chất vật lí: Muối amoni là hợp chất tinh thể ion, phân tử gồm cation và anion gốc axit. Tất cả các muối amoni đều tan trong nước và khi tan điện li hoàn toàn thành ion. Ion amoni không màu. Tính chất hóa học: Sự thủy phân: NH4 + H2O NH3 + H3O+ Phản ứng trao đổi ion: Tác dụng với dung dịch kiềm: + OH- NH3­ + H2O (NH4)2SO4 + NaOH NH3­ + H2O Phản ứng này dùng để nhận biết ion Tác dụng với dung dịch axit: (NH4)2CO3 + 2HCl 2NH4Cl + CO2 + H2O Tác dụng với dung dịch muối: (NH4)2S + 2CuSO4 CuS¯ + (NH4)2SO4 Phản ứng nhiệt phân: Muối amoni tạo bởi axit không có tính oxi hóa: Khi đun nóng bị phân tích thành NH3 và axit. NH4Cl (r) NH3 (k) + HCl (k) Ở miệng ống gặp nhiệt độ thấp hơn, 2 khí này kết hợp với nhau tạo NH4Cl màu trắng bám lên thành ống. Hiện tượng này gọi là muối thăng hoa. Phân hủy chậm ngay ở nhiệt độ thường: (NH4)2CO3 NH3­ + 2H2O NH4NO3 NH3­ + CO2­ + H2O Muối amoni tạo bởi axit có tính oxi hóa: NH4NO2 N2 + 2H2O NH4NO3 N2O + 2H2O 2(NH4)2SO4 4NH3 + 2SO2 + O2 + 2H2O N có: Số oxi hóa : + 1 Hóa trị : 3 Các oxit của nitơ Đinitơ Oxit (N2O): Cấu tạo: Tính chất vật lí: - Khí không màu, có mùi, gây ù tai, bất tỉnh. - nN2O : nKK = 1 : 4 sẽ gây mê. Tính chất hóa học: Tính oxi hóa: N2O N2 + O2 N2O + H2 N2 + H2O N2O + 2NH3 4N2 + 3H2O Tính khử: N2O + O2 4NO N2O + O3 2NO + O2 N2O + SO3 2NO + SO3 Điều chế: NH4NO2 N2O + 2H2O NO + SO2 N2O + SO2 Nitơ Oxit (NO): Cấu tạo: Tính chất vật lí: Tính chất hóa học: Điều chế: Nitơ đioxit (NO2) Cấu tạo: Tính chất vật lí: Tính chất hóa học: Điều chế: Đinitơ trioxit (N2O3) Cấu tạo: Tính chất vật lí: Tính chất hóa học: Điều chế: Đinitơ pentaoxit (N2O5) Cấu tạo: Tính chất vật lí: Tính chất hóa học: Điều chế: Axit nitric Cấu tạo: Tính chất vật lí: Tính chất hóa học: Điều chế: Muối nitrat Tính chất vật lí: Tính chất hóa học: Nhận biết: Ứng dụng: Điều chế: