Từ ammonia, thông qua phản ứng nào có thể sản xuất phân đạm chứa ion ammonium? Ammonia đóng vai trò gì trong phản ứng đó?
- Vận dụng được kiến thức về cân bằng hoá học, tốc độ phản ứng, enthalpy cho phản ứng tổng hợp ammonia trong quá trình Haber – Bosch.
- Nhận biết được ion ammonium trong phân đạm.
- Trong công nghiệp, quá trình sản xuất ammonia thường được thực hiện ở nhiệt độ 400 oC – 450 oC, áp suất 150 – 200 bar, xúc tác Fe.
N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔrHo = -91,8 kJ
+ Về áp suất: người ta đã tăng áp suất của hệ phản ứng trong buồng tổng hợp lên đến gần 200 bar. Đó là do khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất của hệ - tức chiều giảm số mol khí, hay chiều tạo ammonia (chiều thuận).
+ Về nhiệt độ: Vì phản ứng thuận toả nhiệt (ΔrHo = -91,8 kJ < 0) nên cần phải giảm nhiệt độ để cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, tạo ammonia. Tuy nhiên, khi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ quá thấp thì tốc độ của phản ứng nhỏ, phản ứng diễn ra chậm. Thực tế, người ta đã chọn nhiệt độ phù hợp, khoảng 400 oC - 450 oC.
+ Việc sử dụng xúc tác là bột sắt trong quá trình Haber có tác dụng làm cho phản ứng nhanh đạt tới trạng thái cân bằng.
- Nhận biết ion ammonium trong phân đạm: Khi đun nóng hỗn hợp phân đạm chứa muối ammonium với dung dịch kiềm sinh ra khí ammonia có mùi khai.
Phương trình hoá học minh hoạ:
Trong phản ứng nhiệt phân muối NH4NO2 và NH4NO3, số oxi hóa của nitơ biến đổi như thế nào? Nguyên tử nitơ trong ion nào của muối đóng vai trò chất khử và nguyên tử nitơ trong ion nào của muối đóng vai trò chất oxi hóa?
Cả hai phản ứng trên, số oxi hóa của nito đều không đổi ( đều là phản ứng oxit hóa nội phân tử)
Trong hai phản ứng :
$NH_4^+$ đều là chất khử ( số hóa oxi hóa của N tăng từ -3 lên 0)
$NO_3^- , NO_3^-$ đều là chất oxi hóa ( số oxi hóa của N lần lượt giảm từ +3 xuống 0 và giảm từ +5 xuống +1)
Trong phản ứng nhiệt phân các muối NH4NO2 và NH4NO3 số oxi hoá của nitơ biến đổi như thế nào? Nguyên tử nitơ trong ion nào của muối đóng vai trò chất khử và nguyên tử nitơ trong ion nào của muối đóng vai trò chất oxi hoá?
Phản ứng nhiệt phân:
Trong hai phản ứng trên số oxi hoá của nitơ trong mỗi phản ứng đều thay đổi. Trong mỗi phân tử muối một nguyên tử nitơ có số oxi hoá tăng, một nguyên tử có số oxi hoá giảm, đây là phản ứng oxi hoá khử nội phân tử.Ở cả hai phản ứng nitơ nguyên tử trong ion NH+4 đều là chất khử (chất cho e) nitơ từ số oxi hoá -3 tăng lên 0 ở phản ứng (1) và lên +1 ở phản ứng (2).Nguyên tử nitơ trong ion NO2- và NO3- là chất oxi hoá (chất nhận e). Ở phản ứng (1) số oxi hoá của N từ +3 (trong NO2- ) xuống 0 và ở phản ứng (2) số oxi hoá của nitơ từ +5 (trong NO3-) xuống +1.
Trong quá trình sản xuất sulfuric acid có giai đoạn tổng hợp sulfur trioxide (SO3). Phản ứng xảy ra như sau:
2SO2 + O2 → 2SO3.
Khi có mặt vanadium(V) oxide thì phản ứng xảy ra nhanh hơn.
a) Vanadium(V) oxide đóng vai trò gì trong phản ứng tổng hợp sulfur trioxide?
b) Sau phản ứng, khối lượng của vanadium(V) oxide có thay đổi không? Giải thích.
a) Vanadium(V) oxide là chất xúc tác trong phản ứng tổng hợp sulfur trioxide.
b) Sau phản ứng, khối lượng của vanadium(V) oxide không thay đổi. Do chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng chứ không tham gia chuyển hoá cùng vì thế sau phản ứng vẫn giữ nguyên về khối lượng và tính chất hoá học.
Viết phương trình hoá học của phản ứng giữa alkyne có nguyên tử hydrogen linh động, phân tử chứa 4 nguyên tử carbon với dung dịch AgNO3 trong ammonia.
Tham khảo:
Alkyne có nguyên tử hydrogen linh động, phân tử chứa 4 nguyên tử Carbon là CH≡C−CH2−CH3
PTHH:
CH≡C−CH2−CH3 + [Ag(NH3)2]OH → CAg≡C−CH2−CH3 + NH4NO3
Trong công nghiệp, đơn chất nitrogen kết hợp với hydrogen tạo thành ammonia là một hợp chất quan trọng trong sản xuất phân bón, hoá chất.
Tại sao phản ứng trên cần thực hiện ở nhiệt độ cao? Đơn chất nitrogen đóng vai trò gì trong phản ứng đó?
- Phản ứng giữa nitrogen và hydrogen cần được thực hiện ở nhiệt độ cao do liên kết ba giữa 2 nguyên tử N trong phân tử nitrogen có năng lượng liên kết rất lớn (945 kJ/ mol) nên khó bị phá vỡ.
- Phương trình hoá học:
\({\mathop {\rm{N}}\limits^{\rm{0}} _{\rm{2}}}{\rm{(g) + 3}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}\)⇌ \({\rm{2}}\mathop {\rm{N}}\limits^{{\rm{ - 3}}} {{\rm{H}}_{\rm{3}}}\)
Số oxi hoá của nitrogen giảm từ 0 xuống -3 nên trong phản ứng này đơn chất nitrogen đóng vai trò là chất oxi hoá.
Từ ammonia có thể điều chế phân đạm ammonium nitrate theo sơ đồ chuyển hoá sau:
o
O , t , xt O O H O 2 2 2 2
NH NO NO HNO 3 2 3 ⎯⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯⎯→ + + + + → NH4NO3
a) Viết các phương trình hoá học xảy ra.
b) Xác định chất khử, chất oxi hóa trong 3 giai đoạn đầu của quá trình Ostwald
c) Tại sao giai đoạn đầu cần trộn ammonia với không khí theo tỉ lệ thể tích 1:9 ? (Biết không khí chứa
21% thể tích oxygen.)
b) Để điều chế 200 000 tấn phân đạm ammonium nitrate theo sơ đồ trên cần dùng bao nhiêu tấn
ammonia? Biết rằng hiệu suất của cả quá trình theo sơ đồ trên là 95%.
Trong phản ứng: Nhôm + axit sunfuric → Nhôm sunfat + khí hiđro.
Nhôm sunfat đóng vai trò gì?
A.
Chất ban đầu.
B.
Chất phản ứng.
C.
Chất sản phẩm.
D.
Chất tham gia.
Ammonia thể hiện tính base, tính khử ở quá trình nào dưới đây? Giải thích.
(1) Cho ammonia phản ứng với nitric acid (HNO3) để tạo phân bón ammonium nitrate (NH4NO3).
(2) Dùng ammonia tẩy rửa lớp copper (II) oxide phủ trên bề mặt kim loại đồng, tạo kim loại, nước và khí nitrogen.
(1) NH3 + HNO3 → NH4NO3
Ammonia thể hiện tính base, vì ammonia phản ứng với acid tạo muối.
(2) 2NH3 + 3CuO → 3Cu + 2N2↑ + 3H2O
Amonia thể hiện tính khử, vì nguyên tử N trong phân tử ammonia có số oxi hóa -3 → có số oxi hóa 0 trong phân tử nitrogen.