Bài 4: Nitrogen

Hướng dẫn giải

- 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.

(Trả lời bởi Quoc Tran Anh Le)

Hướng dẫn giải

Ứng dụng của nitrogen: làm lạnh, sản xuất ammonia, bảo quản thực phẩm,...

Ứng dụng của diêm tiêu Chile: sản xuất phân bón, nitric acid, trong công nghiệp nước thải,..

(Trả lời bởi Khai Hoan Nguyen)

Hướng dẫn giải

1.

2. Khi tham gia phản ứng oxi hoá – khử, số oxi hoá của nitrogen có thể giảm hoặc tăng, do đó nitrogen thể hiện tính oxi hoá hoặc tính khử. Một số quá trình minh hoạ:

Quá trình oxi hoá: \(\mathop {{{\rm{N}}_{\rm{2}}}}\limits^{\rm{0}}  \to {\rm{2}}\mathop {\rm{N}}\limits^{{\rm{ + 2}}} {\rm{ +  4e}}\)

Quá trình khử: \(\mathop {{{\rm{N}}_{\rm{2}}}}\limits^{\rm{0}}  + {\rm{6e}} \to {\rm{2}}\mathop {\rm{N}}\limits^{ - 3} \)

(Trả lời bởi Quoc Tran Anh Le)

Hướng dẫn giải

1. Công thức electron, công thức Lewis và công thức cấu tạo của phân tử nitrogen lần lượt là:

\(:N:::N:\\ :N\equiv N:\\ N\equiv N\)

2. 

\(E_b\left(N_2\right)\) lớn vì giữa hai nguyên tử N có liên kết ba bền.

Do đó, nitrogen khá trơ ở điều kiện thường.

(Trả lời bởi Khai Hoan Nguyen)

Hướng dẫn giải

Vì nitrogen có nhiều electron nên tương tác London tăng, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng. Vậy nên đơn chất N₂ khó hoá lỏng và ít tan trong nước (không phân cực).

(Trả lời bởi Khai Hoan Nguyen)

Hướng dẫn giải

2.

\(\dfrac{1}{2}N_2+\dfrac{3}{2}H_2-t^0->NH_3\)

N có số oxy hoá thay đổi từ 0 sang -3; H có số oxy hoá từ 0 sang +1.

3.

N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2NO(g)

a. N có số oxy hoá thay đổi từ 0 sang +2; O có số oxy hoá từ 0 sang -2.

b. Vì đây là phản ứng cần năng lượng cao mà hiệu suất kém, đi kèm với lãng phí, tiêu hao nhiên liệu.

(Trả lời bởi Khai Hoan Nguyen)

Hướng dẫn giải

Một số hình ảnh về ứng dụng của nitrogen trong thực tiễn:

Tham khảo thuyết trình về ứng dụng của nitrogen trong thực tiễn:

Mỗi năm có hàng trăm triệu tấn nitrogen được sản xuất trên toàn cầu; trong đó, lượng nitrogen dạng khí chiếm khoảng hai phần ba, còn lại là nitrogen lỏng.

Vì tính chất kém hoạt động hoá học (tính trơ), nitrogen không oxi hoá các chất khác ở nhiệt độ thường. Dựa vào tính chất này, người ta thường dùng khí nitrogen để thay thế hoàn toàn hoặc một phần không khí trong rất nhiều trường hợp khác nhau để giảm nguy cơ cháy nổ, giảm quá trình oxi hoá do oxygen trong không khí gây nên. Chẳng hạn, khi rút xăng, dầu ra khỏi các bồn chứa hoặc khi đóng gói thực phẩm, người ta bơm khí nitrogen vào để làm giảm nồng độ của oxygen. Trong lĩnh vực hoá học, khi cần nghiên cứu sự biến đổi chất ở môi trường trơ thì cần đẩy không khí ra và thay vào là nitrogen hoặc các khí trơ khác.

Nitrogen hoá lỏng ở nhiệt độ thấp, -196 ^oC. Vì vậy, nitrogen lỏng được sử dụng để làm lạnh nhanh, bảo quản thực phẩm ngay tại nhà máy và trong quá trình vận chuyển. Nitrogen lỏng còn được sử dụng để đóng băng và kiểm soát dòng chảy trong các đường ống.

Trong lĩnh vực sinh học và y học, các mẫu vật sinh học (máu, mô, tế bào, bộ phận cơ thể,...) được bảo quản trong bình nitrogen lỏng. Bình này thường có hai khoang, khoang chứa nitrogen lỏng cùng ống chứa mẫu vật cần bảo quản và khoang chân không để cách nhiệt với bên ngoài.

(Trả lời bởi Quoc Tran Anh Le)

Hướng dẫn giải

a. Ở -196 độ C, nitrogen hoá lỏng. Vì môi trường rất lạnh nên thuận tiện để bảo quản mẫu vật trong y học.

b. Nitrogen khá trơ nên sẽ ngăn cho thực phẩm không bị oxy hoá, ôi thiu.

(Trả lời bởi Khai Hoan Nguyen)