Lý thuyết trọng tâm về nitơ và các hợp chất tài liệu bài giảng

Khóa học LTðH môn Hóa-Thầy Ngọc Lý thuyết trọng tâm về nitơ và các hợp chất Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng ñài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 - LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM VỀ NITƠ VÀ CÁC HỢP CHẤT TÀI LIỆU BÀI GIẢNG 1. Tính chất vật lý Khí không màu, không mùi, không vị, hơi nhẹ hơn không khí, sôi ở -196oC (thấp hơn O2: -183 oC). 2. Tính chất Hóa học Nguyên tử nitơ có ñộ âm ñiện lớn và là 1 phi kim ñiển hình (do ñó chủ yếu thể hiện tính oxh) nhưng nó khá trơ và chỉ hoạt ñộng hóa học ở nhiệt ñộ cao do liên kết 3 – không phân cực (N≡N) trong N2 rất bền vững. a. Tính oxi hóa - Với H2 → tạo amoniac ot , p 2 2 3xt N + 3H 2NH + Q


⇀↽


- Với kim loại → tạo nitrua kim loại + Ở nhiệt ñộ thường, N2 chỉ tác dụng với Li 22 32N + 6Li 2Li N liti nitrua → + Ở nhiệt ñộ cao, N2 tác dụng ñược với một số kim loại mạnh (Al, Mg, Ca, ...) 2 ot 2 3N + 3Mg Mg N magie nitrua → b. Tính khử Ở nhiệt ñộ rất cao (khoảng 3000oC hoặc khi có hồ quang ñiện), N2 kết hợp trực tiếp với O2 tạo ra khí NO. o3000 C 2 2 (tia löa ®iÖn) N + O 2NO - Q





⇀↽





Khí NO tạo thành dễ dàng bị oxh bởi O2 (không khí) tạo ra NO2 màu nâu ñỏ. 222NO + O 2NO→ Các oxit khác (N2O, N2O3, N2O5) không ñiều chế trực tiếp từ N2 và O2 ñược. 3. Trạng thái tự nhiên và ñiều chế a. Trạng thái tự nhiên Trong tự nhiên, nitơ tồn tại ở cả dạng tự do và dạng hợp chất. - Ở dạng tự do, N2 chiếm khoảng 80% thể tích không khí. - Ở dạng hợp chất, nitơ có nhiều trong khoáng vật NaNO3 (diêm tiêu natri), là nguyên tố có mặt trong protein, axit nucleic, ... và nhiều hợp chất hữu cơ khác. b. ðiều chế - Trong công nghiệp: chưng cất phân ñoạn không khí lỏng. - Trong phòng thí nghiệm: nhiệt phân muối amoni nitrit. to 4 2 2 2 to 4 2 2 2 2 NH NO N + 2H O NH NO + NaNO N + NaCl + 2H O → → A. Amoniac 1. Cấu tạo Cấu trúc hình tháp tam giác, nguyên tử nitơ lai hóa sp3 còn 1 ñôi electron chưa liên kết, phân tử bị phân cực. 2. Tính chất vật lý Khí không màu, mùi khai và sốc, nhẹ hơn không khí, tan rất tốt trong nước. 3. Tính chất hóa học a. Tính bazơ yếu Nguyên tử N trong NH3 còn 1 ñôi electron chưa liên kết nên NH3 có thể nhận proton (H +) bằng cách tạo liên kết cho – nhận với H+, do ñó, nó có tính bazơ. Tuy nhiên, tính bazơ của NH3 yếu hơn nhiều so với các dung dịch kiềm mạnh (NaOH, KOH). - Làm quỳ tím chuyển sang màu xanh, phenolphtalein chuyển sang màu hồng. - Tác dụng với axit tạo thành muối amoni. Khóa học LTðH môn Hóa-Thầy Ngọc Lý thuyết trọng tâm về nitơ và các hợp chất Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng ñài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 - 3 ®Æc (k) ®Æc (k) 4 (r)NH + HCl NH Cl "khãi tr¾ng" → - Tác dụng với muối tạo kết tủa hiñroxit kim loại 4 3+ 3 2 3Al + 3NH + 3H O Al(OH) + 3NH +→ ↓ b. Khả năng tạo phức ðôi electron chưa liên kết trên nguyên tử N của NH3 có thể tạo liên kết cho – nhận với một số ion kim loại (Cu2+, Ag+, Zn2+, Ni2+, ...) tạo thành các ion phức, nhờ ñó, dung dịch NH3 có thể hòa tan một số hiñroxit và muối ít tan của chúng. [ ]3 2 3 d− 3 d− + NH + H O + NH 2 2 3 4 2 + NH 3 CuCl Cu(OH) Cu(NH ) (OH) - tan kÕt tña xanh dung dÞch xanh thÉm AgCl Ag(NH → ↓ → ↓ → [ ]2) Cl - tan c. Tính khử Nguyên tử N trong NH3 ở mức oxh thấp nhất (-3) nên NH3 có tính khử. - Với O2: o o t 3 2 2 2 850 C, Pt 3 2 2 4NH + 3O 2N + 6H O 4NH + 5O 4NO + 6H O → → - Với Cl2: 3 2 2 3 4 2NH + 3Cl N + 6HCl (NH + HCl NH Cl - khãi tr¾ng) → → - Với oxit kim loại: )3 (®en) 2 (®á 22NH + 3CuO N + 3Cu + 3H O→ 4. Ứng dụng và ñiều chế a. Ứng dụng Sản xuất HNO3, các loại phân ñạm amoni, ..., ñiều chế hiñrazin (N2H4) làm nhiên liệu tên lửa, chất gây lạnh trọng trong máy lạnh. b. ðiều chế - Trong phòng thí nghiệm: cho muối amoni tác dụng với dung dịch kiềm ñun nóng, hoặc ñun nóng dung dịch NH3 ñậm ñặc (làm khô khí NH3 bằng CaO) - Trong công nghiệp: tổng hợp từ N2 và H2 hoặc chuyển hóa có xúc tác hỗn hợp không khí, hơi nước và CH4 (tổ hợp khí – ñiện – ñạm: Cà Mau – Phú Mỹ - Bà Rịa Vũng Tàu). B. Muối amoni 1. Tính chất vật lý Có cấu trúc tinh thể ion, tan tốt trong nước và ñiện ly hoàn toàn. 2. Tính chất hóa học a. Phản ứng trao ñổi ion - Tác dụng với dung dịch kiềm khi ñun nóng giải phóng NH3 4 4 o o t- 3 2 t 4 2 4 3 2 2 NH + OH NH + H O (NH ) SO + 2NaOH 2NH + Na SO + 2H O + → ↑ → ↑ - Phản ứng trao ñổi ion với các muối tan khác 2 44 2 4 4(NH ) SO + BaCl 2NH Cl + BaSO→ ↓ b. Phản ứng nhiệt phân Các muối amoni kém bền nhiệt, dễ bị phân hủy khi ñun nóng, sản phẩm tạo thành phụ thuộc gốc axit trong muối. - Gốc axit không có tính oxh → NH3. o o o t 4 (r) 3 (k) (k) t th−êng 4 2 3 3 4 3 t th−êng 4 3 3 2 2 NH Cl NH + HCl (NH ) CO NH + NH HCO NH HCO NH + CO + H O → → → Khóa học LTðH môn Hóa-Thầy Ngọc Lý thuyết trọng tâm về nitơ và các hợp chất Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng ñài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 3 - - Gốc axit có tính oxh → oxh NH3 thành N2, N2O. 2 2 1 2 o o o t 4 2 2 t 4 3 2 2 t cao 4 3 2 2 NH NO N + 2H O NH NO N O + 2H O NH NO N + O + 2H O → → → I. Axit nitric 1. Tính chất vật lý Là chất lỏng không màu, bốc khói trong không khí, tan vô hạn trong nước, dễ bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng, giải phóng khí NO2 tan vào dung dịch làm cho cho dung dịch có màu vàng. 1 23 2 2 2 2HNO 2NO + O + H O⇌ 2. Tính chất Hóa học Là axit mạnh và chất oxh mạnh. a. Tính axit Có ñầy ñủ tính chất của 1 axit mạnh ñiển hình (tác dụng với bazơ, oxit bazơ, muối, ñổi màu quỳ tím). b. Tính oxh Nguyên tử N trong HNO3 ở trạng thái N +5 (cao nhất) nên HNO3 có tính oxh mạnh, oxh các chất khử lên mức oxh cao nhất, sản phẩm khử của HNO3 tùy thuộc vào bản chất của chất khử và nồng ñộ axit. - Với kim loại: oxh ñược tất cả các kim loại lên mức oxh cao nhất (trừ Au và Pt). + Với kim loại yếu (Cu, Pb, Ag, ...): HNO3 ñặc bị khử ñến NO2, loãng bị khử xuống NO. 3 (®) 3 2 2 2 3 (l) 3 2 2 Cu + 4HNO Cu(NO ) + 2NO + 2H O 3Cu + 8HNO 3Cu(NO ) + 2NO + 4H O → → + Với kim loại mạnh (Mg, Zn, Al, ...): HNO3 loãng có thể bị khử ñến N2O, N2 hoặc NH4NO3. 23 (l) 3 3 2 3 (rÊt lo·ng) 3 2 4 3 2 8Al + 30HNO 8Al(NO ) + 3N O + 15H O 4Zn + 10HNO 4Zn(NO ) + NH NO + 3H O → → + Fe, Al, Cr bị thụ ñộng hóa trong HNO3 ñặc, nguội (tương tự H2SO4 ñặc, nguội). - Với phi kim: oxh nhiều phi kim lên mức cao nhất còn HNO3 bị khử ñến NO hoặc NO2 tùy nồng ñộ. 2 4 23 (®) 2S + 6HNO H SO + 6NO + 2H O→ - Với các hợp chất: 2 3 (l) 23H S + 2HNO 3S + 2NO + 4H O→ 3. Ứng dụng ðiều chế phân ñạm, thuốc nổ, thuốc nhuộm, dược phẩm, ... 4. ðiều chế a. Trong phòng thí nghiệm ot 3 3 2 4, ® 3 4NaNO /KNO + H SO HNO + NaHSO→ b. Trong công nghiệp Axit HNO3 ñược sản xuất từ NH3 và O2 không khí qua 3 giai ñoạn: - Oxh NH3 bằng O2 không khí nung nóng, có xúc tác: oPt, 850 C 3 2 24NH + 5O 4NO + 6H O→ - Oxh NO thành NO2: 222NO + O 2NO→ - Chuyển hóa NO2 thành HNO3: 1 22 2 2 3 2NO + O + H O 2HNO→ II. Muối nitrat ( -3NO ) 1. Tính chất vật lý Có cấu trúc tinh thể ion, tan tốt trong nước và ñiện ly hoàn toàn. 2. Tính chất hóa học Khóa học LTðH môn Hóa-Thầy Ngọc Lý thuyết trọng tâm về nitơ và các hợp chất Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng ñài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 4 - Các muối nitrat dễ bị phân hủy bởi nhiệt, sản phẩm tạo thành tùy thuộc vào bản chất của cation trong muối và có thể chia thành 3 nhóm: - Muối nitrat của các kim loại hoạt ñộng mạnh (K, Na, ...) có nitrit bền: VD: 3 2 ot 2 1 NaNO NaNO + O 2 → - Muối nitrat của các kim loại hoạt ñộng và trung bình (Mg, Al, Zn, ..., Cu) có oxit bền: VD: 3 2 ot 2 2 1 Cu(NO ) CuO + 2NO + O 2 → - Muối nitrat của một số kim loại kém hoạt ñộng (Ag, Au, Hg, ...) có oxit kém bền. VD: 3 ot 2 22AgNO Ag + 2NO + O→ Do các phản ứng nhiệt phân ñều làm giải phóng khí O2 nên muối nitrat ở nhiệt ñộ cao là các chất oxh mạnh, có thể ñốt cháy nhiều chất hữu cơ. 3. Nhận biết ion nitrat ( -3NO ) Ion nitrat không có tính oxh trong môi trường trung tính nhưng trong môi trường axit (có mặt H+) nó thể hiện tính oxh như HNO3. ðun nóng nhẹ dung dịch muối nitrat với ñồng kim loại và H2SO4 loãng. Hiện tượng: tạo ra dung dịch màu xanh và khí màu nâu ñỏ thoát ra. 4. Ứng dụng Chủ yếu dùng làm phân bón (phân ñạm). Ngoài ra, KNO3 còn là thành phần chính của thuốc nổ ñen. Giáo viên: Vũ Khắc Ngọc Nguồn: Hocmai.vn