Tính chất hoá học, cấu tạo phân tử của Nitơ N2 và bài tập - Hoá 11 bài 7

Vậy Nitơ N₂ có tính chất hoá học và tính chất vật lý đặc trưng nào? cấu tạo phân tử ra sao? Nitơ được điều chế như thế nào và có ứng dụng gì trong đời sống, chúng ta hãy cùng tìm hiểu qua bài viết cụ thể dưới đây.

I. Cấu tạo phân tử và tính chất vật lý của Nitơ N₂

1. Cấu tạo phân tử của Nitơ

a) Sơ lược về Nitơ trong bảng HTTH.

- Ký hiệu của Nitơ: N thuộc ô thứ 7 nhóm VA

- Cấu hình electron: 1s²2s²2p³

- Khối lượng nguyên tử: 14

- Khối lượng phân tử: 28

b) Cấu tạo phân tử của Nitơ

- Phân tử Nitơ gồm 2 nguyên tử, giữa chúng hình thành 1 liên kết 3: (N≡N)  

- Trong các hợp chất, các nguyên tố nhóm nitơ có mức oxi hóa cao nhất là +5, ngoài ra còn có các mức -3 và +3. Riêng N còn có thêm các mức oxi hóa +1, +2 và +4.

2. Tính chất vật lý của Nitơ

- Chất khí, không màu, không mùi, không vị, không duy trì sự sống, sự cháy.

II. Tính chất hoá học của Nitơ

- Các mức oxi hóa mà Nitơ (N) có thể có là: -3, 0, +1, +2, +3, +4, +5.

- Vì phân tử chứa liên kết ba rất bền vững nên ở điều kiện thường, nitơ là một chất ít hoạt động chỉ tham gia phản ứng ở nhiệt độ cao. Nitơ vừa là chất khử vừa là chất oxi hóa.

1. Nitơ là chất oxi hóa

a) Nitơ tác dụng với kim loại → Muối Nitrua.

- PTPƯ: N₂ + Kim loại → Muối Nitrua

+ Nhiệt độ thường chỉ tác dụng với Li:          

 6Li + N₂ → 2Li₃N

+ Nhiệt độ cao phản ứng với một số kim loại như Mg, Ca và Al,...

 2Al + N₂ → 2AlN

 3Ca + N₂ → Ca₃N₂

b) Nitơ tác dụng với H₂ → Amoniac

 N₂ + 3H₂  2NH₃

-  Phản ứng này xảy ra trong điều kiện nhiệt độ > 400⁰C; áp suất p và xúc tác Fe.

2. Nitơ là chất khử (N₂ + O₂)

- Phản ứng của Nitơ với Oxi xảy ra ở nhiệt độ 3000⁰C hoặc trong lò hồ quang điện

 N₂ + O₂  2NO

- Khí NO không màu hoá nâu trong không khí do phản ứng:

 2NO _{không màu} + O₂ → 2NO_{2 (màu nâu đỏ)}

3. Điều chế nitơ

- Trong phòng thí nghiệm: nhiệt phân muối amoni nitrit

 NH₄NO₂  N₂ + 2H₂O

 NH₄Cl + NaNO₂  N₂ + NaCl + 2H₂O

- Trong công nghiệp: chưng cất phân đoạn không khí lỏng, dùng màng lọc rây phân tử.

4. Cách nhận biết Nitơ

- Trong các bài toán nhận biết, N­₂ thường được để lại để nhận biết sau cùng.

5. Ứng dụng của Nitơ

- Trong tự nhiên, nitơ tồn tại ở dạng tự do và trong hợp chất:

 + Dạng tự do: Nitơ chiếm 80% thể tích không khí.

 + Dạng hợp chất: có nhiều ở dạng NaNO₃ (diêm tiêu natri), trong thành phần protein, axit nucleic...

- Nitơ được ứng dụng phần lớn được dùng để tổng hợp amoniac từ đó sản xuất ra các loại phân đạm, axit nitric,..

- Nitơ còn được dùng làm môi trường trơ cho các ngành công nghiệp luyện kim; nitơ lỏng được dùng để bảo quản máu và các các mẫu sinh học khác,...

II. Bài tập về Nitơ

* Bài 1 trang 31 SGK hóa 11: Trình bày cấu tạo của phân tử N₂? Vì sao ở điều kiện thường nitơ là một chất trơ? Ở điều kiện nào nitơ trở nên hoạt động hơn?

>> Xem lời giải bài 1 trang 31 SGK Hoá 11

* Bài 2 trang 31 SGK hóa 11: Nitơ không duy trì sự hô hấp, nitơ có phải khí độc không?

>> Xem lời giải bài 2 trang 31 SGK Hoá 11

* Bài 3 trang 31 SGK hóa 11: a) Tìm các cặp công thức đúng của liti nitrua và nhóm nitrua:

A. LiN₃ và Al₃N

B. Li₃N và AlN

C. Li₂N₃ và Al₂N₃

D. Li₃N₂ và Al₃N₂

b) Viết phương trình hoá học của phản ứng tạo thành liti nitrua và nhóm nitrua khi cho liti và nhôm tác dụng trực tiếp với nitơ. Trong các phản ứng này nitơ là chất oxi hoá hay chất khử?

>> Xem lời giải bài 3 trang 31 SGK Hoá 11

* Bài 4 trang 31 SGK hóa 11: Nguyên tố nitơ có số oxi hoá là bao nhiêu trong các hợp chất sau: NO, NO₂, NH₃, NH₄Cl, N₂O, N₂O₃, N₂O₅, Mg₃N₂?

>> Xem lời giải bài 4 trang 31 SGK Hoá 11

* Bài 5 trang 31 SGK hóa 11: Cần bao nhiêu lít khí nitơ và khí hiđro để điều chế được 67,2 lít khí amoniac? Biết rằng thể tích của các khí đề được đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất và hiệu suất của phản ứng là 25%?

>> Xem lời giải bài 5 trang 31 SGK Hoá 11