BÀI 3: ĐƠN CHẤT NOTROGEN

(19 câu)

1. NHẬN BIẾT (3 câu)

Câu 1. Nitrogen là gì? 

Trả lời:

Nitrogen là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu là N và số nguyên tử là 7. Nó là khí không màu, không mùi, không vị, không độc, không cháy và không có tính tan trong nước..

Câu 2. Những dạng tồn tại của nitrogen?

Trả lời:

Trong tự nhiên, nitrogen tồn tại ở hai dạng là đơn chất và hợp chất:

- Ở trạng thái đơn chất, nitrogen chiếm khoảng 78% thể tích trong không khí.

- Ở dạng hợp chất, nitrogen có nhiều trong khoáng vật Sodium nitrate (NaNO3) và có nhiều trong hợp chất hữu cơ khác.

Câu 3. Trong tự nhiên, hỗ hợp của Nitrogen là?

Trả lời:

Nitrogen là hỗn hợp của hai đồng vị (99,63%) 714N và (0,37%) 715N

2. THÔNG HIỂU (6 câu)

Câu 1. Trình bày tính chất vật lý của Nitrogen?

Trả lời:

- Ở điều kiện thường, nitrogen là chất khí không màu, không mùi, không vị, hơi nhẹ hơn không khí, hoá lỏng ở –196 °C và hoá rắn ở –210 °C. Khi nitrogen tan rất ít trong nước (ở điều kiện thường, 1 lít nước hoà tan được 0,015 lít khí nitrogen).

- Nitrogen không duy trì sự cháy và sự hô hấp.

Câu 2. Trình bày tính chất hóa học tác dụng với Hydrogen của Nitrogen?

Trả lời:

* Nitơ có thể tác dụng với Hydrogen để tạo thành nhóm amino trong phản ứng khử, phản ứng này được sử dụng để sản xuất ammoniac (NH3). 

* Điều kiện: Nhiệt độ cao (380ºC - 450ºC), Áp suất cao (200 bar), Xúc tác: Fe.

* Phản ứng này có thể được biểu diễn bằng phương trình hóa học sau:

N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)

Câu 3. Trình bày tính chất hóa học tác dụng với Oxygen của Nitrogen?

Trả lời:

* Nitơ không hoà tan trong oxy, tuy nhiên, nó có thể tác dụng với oxy (với nhiệt độ môi trường khoảng 3 000ºC) để tạo ra các hợp chất oxit của nitơ, chủ yếu là nitơ oxit (NO) và oxit nitơ (N2O). 

* Ngoài ra, nitơ cũng có thể tạo thành axit nitric (HNO3) khi tác dụng với oxy trong điều kiện phản ứng thích hợp. Phản ứng này có thể được biểu diễn bằng các phương trình hóa học sau:

2NO + O2 → 2NO2

N2 + 2O2 → 2NO2

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

2NO + O2 → 2NO2

3N2 + 2O2 → 2N2O3

N2O + O2 → 2NO2

N2O5 + H2O → 2HNO3

Câu 4. Trình bày quá trình tạo Nitrat cho đất từ nước mưa?

Trả lời:

* Khi nước mưa rơi xuống mặt đất => Kết hợp với các chất hữu cơ và khoáng chất có trong đất. Gây ra sự phân huỷ các chất hữu cơ bởi vi sinh vật như vi khuẩn và nấm, tạo ra các ion nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) trong đất.

* Quá trình oxi hóa tiếp tục diễn ra để chuyển nitrit thành nitrat do các vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter.

* PTHH: 2NO2- + O2 + 2H2O => 2NO3- + 4H+

Câu 5. Viết 3 phương trình hóa học chứng minh tính khử của Nitrogen?

Trả lời:

* Phương trình hóa học của sự khử Nitrogen bằng Hydro:

N2 + 3H2 → 2NH3

* Phương trình hóa học của sự khử Nitrogen bằng Photpho:

N2 + 3P → 2NP3

* Phương trình hóa học của sự khử Nitrogen bằng Natri:

N2 + 3Na → 2Na3N

Câu 6. Viết 3 phương trình hóa học chứng minh tính oxi hóa của Nitrogen?

Trả lời:

* Phương trình hóa học của sự oxi hóa Nitrogen bằng khí Oxy:

N2 + O2 → 2NO

* Phương trình hóa học của sự oxi hóa Nitrogen bằng nước clo:

3N2 + 3Cl2 + 6H2O → 2NH4ClO3 + 6HCl

* Phương trình hóa học của sự oxi hóa Nitrogen bằng axit nitric:

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

3. VẬN DỤNG (7 câu)

Câu 1. Nitrogen được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp để làm gì?

Trả lời:

Nitrogen được sử dụng để làm khí bảo vệ, làm mát, đóng chai rượu và bia, và làm khí đẩy trong các ứng dụng vũ khí và tên lửa

Câu 2. Tại sao cần phải kiểm tra lượng nitrogen trong đất trước khi trồng cây?

Trả lời:

Kiểm tra lượng nitrogen trong đất giúp xác định nhu cầu của cây trồng và đưa ra quyết định sử dụng phân bón thích hợp để đảm bảo cây trồng phát triển tốt.

Câu 3. Giải thích câu ca dao “Lúa chiêm lấp ló đầu bờ, hễ nghe sấm động phất cờ mà lên” dưới góc độ hóa học?

Trả lời:

Khi có sấm sét: N2   +   O2   →   2NO

NO dễ dàng tác dụng với oxi không khí tạo thành NO2

2NO + O2 → 2NO2

NO2 kết hợp với oxi không khí và nước mưa tạo thành axit nitric

4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3

Axit nitric rơi xuống đất kết hợp với một số khoáng chất trong đất tạo thành muối nitrat (đạm nitrat) cung cấp cho cây trồng. Đây là lí do vì sao trong mùa hè khô hạn các cây cối đều héo úa nhưng chỉ cần một trận mưa giông thì ngày hôm sau cây cối xanh tốt lạ thường.

 Đây là một trong những nguyên nhân củng cố đạm cho đất.

Câu 4. Trong phòng thí nghiệm, người ta có 10g N2 tham gia phản ứng. Hãy tính số mol của N2 tham gia phản ứng?

Trả lời:

Vì khi ở nhiệt độ thường, phân tử nitrogen rất bền và trơ về mặt hóa học. Nên thực vật không thể hấp thụ được khí trơ này, cần có các quá trình biến đổi thành các hợp chất khác để hấp thụ vào cơ thể.

Câu 5. Trong quá trình chế biến thực phẩm, nitơ lỏng thường được sử dụng để?

Trả lời:

Trong quá trình chế biến thực phẩm, nitơ lỏng thường được sử dụng để làm giảm nhiệt độ và đóng băng các thành phần của thực phẩm. Khi nitơ tiếp xúc với không khí, nó sẽ trở thành khí nitơ và tạo ra hiện tượng khói trắng.

PTHH:  N2 (l) + O2 (g) → 2NO (g)

 Trong đó, khi nitơ lỏng tiếp xúc với không khí, nó sẽ tạo ra khí nitơ (N2) và khói trắng do sự hòa tan của hơi nước trong không khí vào khí nitơ.

Câu 6. Trong môi trường công nghiệp, nitơ được sử dụng trong quá trình sản xuất thép như thế nào?

Trả lời:

Trong môi trường công nghiệp, nitơ được sử dụng trong quá trình sản xuất thép. Nitơ được sử dụng để làm nguội thép nhanh chóng sau khi được nung nóng, và quá trình này sẽ tạo ra hiện tượng bốc hơi của nitơ khí.

PTHH: N2 (g) + 3Fe (s) → Fe3N2 (s)

Câu 7. Cho biết khối lượng khí Nitrogen (N2) là 2,5 gam ở điều kiện tiêu chuẩn (STP). Tính thể tích của khí Nitrogen đó?

Trả lời:

Số mol Nitrogen = 2,5 g / 28 g/mol = 0,089 mol

Thể tích Nitrogen = 0,089 mol x 22,4 L/mol = 1,99 L

4. VẬN DỤNG CAO (3 câu)

Câu 1. Cho biết phản ứng giữa Nitrogen và Hydrogen tạo ra 200g NH3. Tính khối lượng Nitrogen đã tham gia phản ứng?

Trả lời:

PTHH: N2 + 3H2 => 2NH3

Theo phương trình phản ứng, mỗi 2 mol NH3 được tạo ra từ 1 mol N2 và 3 mol H2. Do đó, ta có thể tính số mol N2 từ số mol NH3 đã biết và chuyển đổi sang khối lượng Nitrogen tương ứng.

Số mol NH3 = 20017 = 11,76 mol

Số mol N2 = 11,762 = 5,88 mol

Khối lượng mol Nitrogen = 28 g/mol (tổng khối lượng của 2 nguyên tử Nitrogen)

Khối lượng Nitrogen = 5,88 mol x 28 g/mol = 164,64g

Câu 2. Trong một bình kín chứa 1,5 L khí Nitơ, ở áp suất 3 atm và nhiệt độ 25°C. Biết rằng trong bình còn chứa 0,2 mol Oxy. Tính số mol và nồng độ mol của Nitơ tham gia phản ứng?

Trả lời:

Theo định luật khí lý tưởng, ta có:

n(N2) = (PV - P(O2)V(O2))/(RT)

n(N2) = (31,5 – 0,20*0821298)/(0,0821*298)

n(N2) ≈ 1,85 mol

Nồng độ mol của Nitơ là:

c(N2) = n(N2)/V

c(N2) = 1,85/1,5

c(N2) ≈ 1,23 mol/L

Câu 3. Trong một phòng thí nghiệm, muốn phản ứng hoàn toàn 3,5 L khí Nitơ với Hidro. Nếu biết rằng tỉ lệ mol giữa N2 và H2 trong sản phẩm phản ứng là 1:3, tính số mol và nồng độ mol của Nitơ tham gia phản ứng?

Trả lời:

PTHH: N2 + 3H2 → 2NH3

* Để giải bài toán này, ta cần biết tỉ lệ mol giữa N2 và H2 trong sản phẩm phản ứng. Vì tỉ lệ này là 1:3, ta có thể giả sử rằng trong sản phẩm phản ứng có 1 mol N2 và 3 mol H2.

* Do đó, ta có thể tính số mol H2 cần dùng để phản ứng hoàn toàn với 1 mol N2:

1 mol N2 + 3 mol H2 → 2 mol NH3

Theo đó, ta có tỉ lệ mol giữa N2 và H2 là:

1 mol N2 : 3 mol H2

Ta có: n = PV / RT

n = (1 atm * 10,5 L) / (0,0821 L·atm·K-1·mol-1 * 298 K) ≈ 0,426 mol

Vậy, để phản ứng hoàn toàn 3,5 L khí N2 với H2, ta cần sử dụng khoảng 0,426 mol H2.

- Nồng độ mol của Nitơ = số mol Nitơ / thể tích Nitơ ban đầu

- Nồng độ mol của Nitơ = 0,137 mol / 3,5 L ≈ 0,039 mol/L