Đơn chất nitrogen: cấu tạo phân tử N2, tính chất vật lí, hóa học, điều chế và bài tập có đáp án Hóa 11
Đơn chất nitrogen (N2) là khí không màu chiếm khoảng 78% thể tích không khí. Phân tử có liên kết ba bền nên trơ ở nhiệt độ thường, chỉ phản ứng ở nhiệt độ cao với H2, O2, kim loại. Điều chế, ứng dụng, ví dụ và bài tập có đáp án Hóa 11.
Đơn chất nitrogen là gì?
Đơn chất nitrogen có công thức $\ce{N2}$, là chất khí không màu, không mùi, chiếm khoảng $78\%$ thể tích không khí. Hai nguyên tử N liên kết với nhau bằng liên kết ba rất bền nên nitrogen khá trơ ở nhiệt độ thường, chỉ phản ứng khi đun nóng hoặc có tia lửa điện.
Cấu tạo và tính chất vật lí
- Cấu hình electron của N: $1s^22s^22p^3$, phân tử $\ce{N#N}$ có năng lượng liên kết $945$ kJ/mol.
- Khí không màu, không mùi, ít tan trong nước, nhẹ hơn không khí một chút ($M = 28$).
- Hóa lỏng ở $-196\ ^\circ\text{C}$; nitrogen lỏng dùng làm chất làm lạnh.
Tính chất hóa học
Số oxi hóa của N trong $\ce{N2}$ là $0$, nên $\ce{N2}$ vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử.
| Vai trò | Phản ứng | Điều kiện |
|---|---|---|
| Oxi hóa | $\ce{N2 + 3H2 <=> 2NH3}$ | $450$–$500\ ^\circ\text{C}$, $200$ bar, xúc tác Fe |
| Oxi hóa | $\ce{N2 + 3Mg -> Mg3N2}$ | Đun nóng |
| Khử | $\ce{N2 + O2 <=> 2NO}$ ($\Delta H = +180{,}6$ kJ) | $3000\ ^\circ\text{C}$ hoặc tia lửa điện |
Ví dụ 1
Vì sao sét đánh làm tăng lượng đạm trong đất?
Tia lửa điện làm $\ce{N2}$ hóa hợp với $\ce{O2}$ tạo $\ce{NO}$, rồi thành $\ce{NO2}$ và $\ce{HNO3}$ theo nước mưa vào đất.
Ví dụ 2
Tính thể tích $\ce{N2}$ có trong $100$ L không khí.
Không khí chứa khoảng $78\%$ thể tích $\ce{N2}$ nên có $78$ L.
Điều chế và ứng dụng
- Công nghiệp: chưng cất phân đoạn không khí lỏng.
- Phòng thí nghiệm: $\ce{NH4NO2 ->[t] N2 + 2H2O}$.
- Ứng dụng: tổng hợp $\ce{NH3}$ và phân đạm, tạo môi trường trơ bảo quản thực phẩm, làm lạnh.
Những lỗi thường gặp
Bài tập thực hành
- Vì sao $\ce{N2}$ trơ ở nhiệt độ thường?
- Viết phương trình $\ce{N2}$ tác dụng với $\ce{O2}$ và cho biết vai trò của $\ce{N2}$.
- Viết phương trình $\ce{N2}$ tác dụng với $\ce{Mg}$.
- Cách điều chế $\ce{N2}$ trong công nghiệp?
- Tính thể tích $\ce{N2}$ trong $500$ L không khí.
Đáp án
- Vì liên kết $\ce{N#N}$ rất bền ($945$ kJ/mol).
- $\ce{N2 + O2 <=> 2NO}$; $\ce{N2}$ là chất khử (số oxi hóa $0 \to +2$).
- $\ce{N2 + 3Mg -> Mg3N2}$.
- Chưng cất phân đoạn không khí lỏng.
- $500 \cdot 0{,}78 = 390$ L.
Tổng kết
Bài học liên quan
Xem tất cả bài học chủ điểm Nitrogen và sulfur
Câu hỏi thường gặp
Đơn chất nitrogen là gì?
Là khí $\ce{N2}$, chiếm khoảng $78\%$ thể tích không khí.
Vì sao nitrogen trơ?
Do liên kết ba trong phân tử rất bền.
Nitrogen dùng để làm gì?
Tổng hợp ammonia, phân đạm, bảo quản thực phẩm và làm lạnh.
Nitrogen điều chế thế nào?
Chưng cất phân đoạn không khí lỏng.