Giáo án và PPT Hoá học 11 cánh diều Bài 5: Một số hợp chất quan trọng của nitrogen

BÀI 5: MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA NITROGEN

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

GV yêu cầu HS thảo luận và trả lời:

Trong các ao tù có thể tích tụ lượng đáng kể ion ammonium. Có thể nhận biết sự có mặt của ion ammonium trong các ao tù bằng những cách nào? Giải thích.

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

I. AMMONIA

Hoạt động 1: Cấu tạo phân tử và tính chất vật lí

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Em hãy mô tả cấu tạo của phân tử ammonia.

• Vì sao ammonia dễ tan trong nước?

• Dự đoán tính base, tính khử và tính tan của chất này.

• Ở điều kiện thường, ammonica có tính chất gì?

Sản phẩm dự kiến:

- Công thức Lewis và dạng hình học (hình chóp tam giác) của phân tử NH₃ được thể hiện ở Hình 5.1.

- Các liên kết N – H là liên kết cộng hóa trị phân cực nên các phân tử ammonia dễ tạo liên kết hydrogen với nhau và với phân tử nước.

- Ammonia tan nhiều trong nước. 

- Ở điều kiện thường, ammonia là chất khí không màu, có mùi khai, xốc và độc.

Hoạt động 2: Tính chất hóa học

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

Em hãy nêu tính chất hoá học của ammonia.

Sản phẩm dự kiến:

* Tính base

- Cặp electron hóa trị riêng trên nguyên tử nitrogen là nguyên nhân gây nên tính base của ammonia. 

- Khí ammonia hoặc dung dịch ammonia phản ứng với các acid tạo ra muối ammonium. Ví dụ:

- Sự hình thành ion ammonium ở các phản ứng trên là do sự tạo thành liên kết cho – nhận giữa nguyên tử nitrogen của phân tử ammonia với H⁺ (proton) của acid.

Vì vậy, ammonia là một base theo thuyết Brosted – Lowry.

Ammonia là một base theo thuyết Bronsted – Lowry. Do đó, khi giấy quỳ tím ẩm tiếp xúc với khí ammonia thì giấy quỳ ẩm sẽ chuyển sang màu xanh.

* Tính khử

- Nguyên tử N trong phân tử NH₃ có số oxi hóa -3, là số oxi hóa thấp nhất của nguyên tố nitrogen trong các hợp chất. Vì vậy ammonia thể hiện tính khử khi phản ứng với một số chất có tính oxi hóa.

Ammonia là một base theo thuyết Bronsted – Lowry. Do đó, khi giấy quỳ tím ẩm tiếp xúc với khí ammonia thì giấy quỳ ẩm sẽ chuyển sang màu xanh.

Hoạt động 3: Tổng hợp ammonia theo quá trình Haber

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Trong công nghiệp, ammonia được tổng hợp như thế nào?

• Vì sao đối với phản ứng tổng hợp ammonia theo quá trình Haber phải chọn điều kiện áp suất cao, trong khi đó không được chọn nhiệt độ quá cao và quá thấp?

• Vai trò của chất xúc tác trong phản ứng là gì?

Sản phẩm dự kiến:

- Trong công nghiệp, ammonia được tổng hợp theo quá trình Haber. Phương trình hóa học của phản ứng diễn ra như sau:

- Dựa vào nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier, cần chọn các điều kiện thích hợp về áp suất và nhiệt độ:

+ Về áp suất: Khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất của hệ, hay chiều tạo ammonia.

+ Về nhiệt độ: Cần phải giảm nhiệt độ để cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, tạo ammonia.

- Việc sử dụng xúc tác là bột sắt trong quá trình Haber có tác dụng làm cho phản ứng nhanh đạt đến trạng thái cân bằng.

- Nhiệt độ hoá lỏng của N₂, H₂ và NH₃ lần lượt là: -196 ^oC, - 252,87 ^oC, -33 ^oC.

- Do đó, nếu giữ nguyên áp suất và làm lạnh thiết bị thì khí NH₃ sẽ hoá lỏng đầu tiên.

II. MUỐI AMMONIUM

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Em hãy nêu tính chất vật lí và tính chất hoá học của muối ammonium.

• Nêu một số ứng dụng của muối ammonium trong đời sống và sản xuất.

Sản phẩm dự kiến:

*Tính chất vật lí

- Muối ammonium là các hợp chất có chứa ion ammonium (NH₄⁺) và gốc acid. Các muối ammonium thường được sử dụng là: NH₄Cl, NH₄NO₃, (NH₄)₂CO₃, (NH₄)₂SO₄,…

- Hầu hết các muối ammonium tan tốt và điện li hoàn toàn trong nước. Ví dụ:

*Tính chất hóa học

- Khi đun nóng hỗn hợp muối ammonium và kiềm ở dạng rắn hoặc dung dịch đều sinh ra khí ammonia có mùi khai và xốc.

- Các muối ammonium kém bền với nhiệt nên dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao. Ví dụ:

- Các phản ứng phân hủy muối ammonium đều làm tăng áp suất khí nên có nguy cơ cháy nổ. 

=> Phản ứng phân hủy ammonium nitrate tỏa nhiệt.

=> Phản ứng phân hủy ammonium chloridde thu nhiệt.

Vậy muối ammonium nitrate có nguy cơ cháy nổ cao hơn trong quá trình lưu trữ.

* Ứng dụng

- Muối ammonium được dùng làm phân bón trong nông nghiệp.

- Ngoài ra, ammonium chloride còn được sử dụng trong pin với vai trò chất điện li, hay dùng để làm sạch các oxide trên bề mặt của kim loại trước khi hàn.

III. ỨNG DỤNG CỦA AMMONIA 

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

Hãy nêu một số ứng dụng của ammonia trong thực tiễn.

Sản phẩm dự kiến:

- Gần đây, mỗi năm có hàng trăm triệu tấn ammonia được sản xuất trên toàn cầu. Trong đó, có khoảng 80% được sử dụng cho sản xuất phân đạm để cung cấp nitrogen cho đất và cây trồng.

- Ammonia còn là nguyên liệu quan trọng để sản xuất nitric acid, sản xuất một số chất gây nổ sử dụng trong khai thác quặng mỏ như ammonium nitrate,…

- Ammonia lỏng được sử dụng với vai trò chất làm lạnh trong một số hệ thống làm lạnh công nghiệp.

IV. NGUỒN GỐC MỘT SỐ OXIDE CỦA NITROGEN TRONG KHÔNG KHÍ – MƯA ACID

Hoạt động 1: Nguồn gốc một số oxide của nitrogen

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

Em hãy nêu các nguồn nitrogen có tham gia vào các quá trình đốt cháy để tạo thành các oxide của nitrogen.

Sản phẩm dự kiến:

- Bầu khí quyển quanh ta có các oxide của nitrogen như NO, NO₂ (kí hiệu chung là NO_x).

- Chúng được tạo ra từ quá trình tự nhiên, như sự tạo thành nitrogen monoxide trong khí quyển khi có sấm sét.

- Ngoài ra, chúng cũng được tạo ra từ các hoạt động của con người.

Hoạt động 2: Mưa acid

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

Nguyên nhân gây ra mưa acid là gì?

Sản phẩm dự kiến:

- Nitrogen monoxide, nitrogen dioxide cùng với sulfur dioxide trong khí quyển là nguyên nhân chính dẫn tới sự có mặt của nitric acid và sulfuric acid hòa tan trong nước mưa.

- Sự hình thành sulfuric dioxide trong nước mưa từ sulfur dioxide trong khí quyển như sau:

+ Trước tiên, sulfur dioxide bị oxi hóa bởi oxygen 

+ Tiếp theo, sulfur trioxide (SO₃)  kết hợp với nước mưa để hình thành sulfuric acid.

- Acid trong nước mưa (H₂SO₄, HNO₃) sẽ làm giảm pH của đất và nước. Các acid này cũng ăn mòn các kết cấu kim loại, biến đổi thành phần vật liệu của các công trình.

V. NITRIC ACID

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Công thức Lewis của nitric acid được biểu diễn như thế nào?

• Em hãy trình bày tính chất vật lí, hoá học và ứng dụng cơ bản của nitric acid.

Sản phẩm dự kiến:

- Công thức Lewis của nitric acid như sau:

- Nitric acid là chất lỏng không màu, có tính acid mạnh và tính oxi hóa mạnh. 

Số oxi hóa của nitrogen trong mỗi phân tử và ion lần lượt là: -3; -3; 0; +1; +2; +4; +3; +5.

Công thức Lewis của HNO₃ theo đề bài là không phù hợp, do N ở chu kì 2, không có AO d trống.

* Ứng dụng:

- Mỗi năm có hàng chục triệu tấn nitric acid được sản xuất trên toàn cầu. Trong đó, khoảng 80% được dùng cho sản xuất phân đạm ammonium nitrate. 

- Dựa vào tính oxi hóa mạnh, nitric acid còn được dùng trong ngành công nghiệp luyện kim, trong các quy trình phân tích mẫu,…

VI. HIỆN TƯỢNG PHÚ DƯỠNG

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Hiện tượng phú dưỡng là gì?

• Em hãy cho biết nguyên nhân, hệ quả của hiện tượng phú dưỡng.

• Cần làm gì để hạn chế hiện tượng phú dưỡng?

Sản phẩm dự kiến:

- Hiện tượng phú dưỡng là sự tích tụ lượng lớn các chất dinh dưỡng, bao gồm những hợp chất của nitrogen và hợp chất của phosphorus trong các nguồn nước.

- Có thể quan sát được hiện tượng phú dưỡng thông qua sự xuất hiện dày đặc của tảo xanh trong nước. Khi đó lượng oxygen trong nước sẽ nhanh chóng giảm đi. 

- Để hạn chế hiện tượng phú dưỡng, cần:

+ Tạo điều kiện để nước trong kênh, rạch, ao, hồ được lưu thông.

+ Xử lí nước thải trước khi cho chảy vào kệnh, rạch, ao, hồ.

+ Sử dụng phân bón đúng liều lượng, đúng cách, đúng thời điểm.

HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

Câu 1: Khi làm thí nghiệm với dung dịch HNO₃ đặc thường sinh ra khí nitrogen dioxde gây ô nhiễm không khí. Công thức của nitrogen dioxide là

A. NH₃

B. NO

C. N₂O

D. NO₂

Câu 2: Trong các phản ứng sau, phản ứng nào NH3 đóng vai trò là một chất oxi hóa? 

A. 2NH₃+ 3Cl₂ → N₂ + 6HCl

B. 4NH₃ + 5O₂   →   4NO+ 6H₂O

C. 2NH₃ + 2Na  →   2NaNO₃ + H₂

D. 2NH₃ + H₂O₂+ MnSO₄ → MnO2 + (NH₄)₂SO₄

Câu 3: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,03 mol Cu và 0,09 mol Mg vào dung dịch chứa 0,07 mol KNO₃ và 0,16 mol H₂SO₄ loãng thì thu được dung dịch Y chỉ chứa các muối sunfat trung hòa và 1,12 lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm các oxit của nitơ có tỉ khối so với H₂ là x. Giá trị của x là

A. 19,6.

B. 18,2. 

C. 20,1. 

D. 19,5. 

Sản phẩm dự kiến:

Câu 1: D

Câu 2: C

Câu 3: A

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

Vận dụng kiến thức, GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi:

Câu 1: Cho hỗn hợp gồm 0,14 mol Mg và 0,01 mol MgO phản ứng vừa đủ với dung dịch HNO₃ thu  được 0,02 mol khí N₂ và dung dịch X. Khối lượng muối trong X là bao nhiêu?

Câu 2: Cho 0,05 mol NH3 đi qua bình đựng 16 gam CuO nung nóng thu được chất rắn X. Sau phản ứng còn lại chất rắn X (các phản ứng xảy ra hoàn toàn). Thể tích HCl 0,5M cần để phản ứng hoàn toàn với X là?