Bài 7: Nitơ

I. Vị trí và cấu hình electron nguyên tử

- Nitơ nằm ở ô thứ 7, nhóm VA, chu kì 2.

- Cấu hình electron lớp ngoài cùng là 1s²2s²2p³.

\[\Rightarrow \] Có 3e độc thân ở phân lớp 2p nên có thể tạo được ba liên kết cộng hóa trị với nguyên tử khác

- Phân tử nitơ có cấu tạo N ≡ N.

II. Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên

- Ở điều kiện thường nitơ là khí không màu, không mùi, không vị, hơi nhẹ hơn không khí, hóa lỏng ở \[-{{196}^{0}}C.\]

- Khí nitơ tan ít trong nước và không duy trì sự cháy và sự hô hấp.

- Trong tự nhiên, nitơ tồn tại ở dạng tự do ( trong không khí chiếm 80%) và hợp chất (NaNO₃).

III.Tính chất hóa học

Trong các hợp chất nitơ có các số oxi hóa: -3 ; +1 ; +2 ; +3 ; +4 ; +5. Các mức số oxi hóa tùy thuộc vào các nguyên tố khác trong hợp chất.

\[\Rightarrow \]Nitơ có tính oxi hóa và tính khử.

1.Tính oxi hóa ( N⁰+ 3e → N^-3)

- Tác dụng với kim loại tạo thành nitrua kim loại. Ví dụ:

\[3Mg+\overset{0}{\mathop{{{N}_{2}}}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}M{{g}_{3}}\overset{-3}{\mathop{{{N}_{2}}}}\,\]

- Tác dụng với hiđro tạo ra khí amoniac:

\[\overset{0}{\mathop{{{N}_{2}}}}\,+3{{H}_{2}}\underset{xt}{\overset{{{t}^{0}}.p}{\longleftrightarrow}}2\overset{-3}{\mathop{N}}\,{{H}_{3}}\]

2.Tính khử

Nitơ tác dụng với oxi trong từng điều kiện khác nhau thì nguyên tử nitơ có số oxi hóa khác nhau.

- Khoảng 3000^oC: \[\overset{0}{\mathop{{{N}_{2}}}}\,+{{O}_{2}}\underset{xt}{\overset{{{t}^{0}}.p}{\longleftrightarrow}}2\overset{-3}{\mathop{N}}\,{{H}_{3}}\]

- Điều kiện thường: \[2\overset{+2}{\mathop{N}}\,O+{{O}_{2}}\to 2\overset{+4}{\mathop{N}}\,{{O}_{2}}\]

IV. Ứng dụng

- Nguyên tố nitơ là thành phần dinh dưỡng chính của thực vật.

- Trong công nghiệp: dùng để tổng hợp NH₃, HNO₃, phân đạm,…

V. Điều chế

- Trong công nghiệp: Chưng cất phân đoạn không khí lỏng.

- Trong phòng thí nghiệm:

\[N{{H}_{4}}N{{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}{{N}_{2}}\uparrow +2{{H}_{2}}O\]

\[N{{H}_{4}}Cl+NaN{{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}{{N}_{2}}\uparrow +2{{H}_{2}}O+NaCl\]

VI. Bài Tập

Bài 1 (Trang 31 – SGK)

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 ?

Bài giải:

Phân tử nitơ gồm 2 nguyên tử, giữa chúng hình thành một liên kết ba. Liên kết ba trong phân tử nitơ rất bền nên nitơ trơ ở điều kiện thường. Ở nhiệt độ cao (trên 3000°C), nitơ hoạt động hơn và có thể phản ứng với nhiều chất khác.

Bài 2 (Trang 31 – SGK)

Nitơ không duy trì sự hô hấp, nitơ có phải là khí độc không ?

Bài giải:

Nitơ không phải là khí độc

Bài 3 (Trang 31 – SGk)

a) Cặp công thức của liti nitrua và nhôm nitrua là:

A. LiN₃ và Al₃N.

B. Li₃N và AlN.

C. Li₂N₃ và Al₂N₃.

D. Li₃N₂ và Al₃N₂.

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

Bài giải:

a) Chọn B.

Khi liên kết với kim loại nitơ dễ nhận thêm 3e (N có 5e lớp ngoài cùng nên có số oxi hoá -3 còn Li dễ nhường 1e và Al dễ nhường 3e nên lần lượt có số oxi hoá là +1 và +3)

b) \[6\overset{0}{\mathop{Li}}\,+\overset{0}{\mathop{{{N}_{2}}}}\,\to 2\overset{+1}{\mathop{L{{i}_{3}}}}\,\overset{-3}{\mathop{N}}\,\]

\[2\overset{0}{\mathop{Al}}\,+\overset{0}{\mathop{{{N}_{2}}}}\,\to 2\overset{+3}{\mathop{Al}}\,\overset{-3}{\mathop{N}}\,\]

Trong 2 phản ứng với liti và nhôm, nitơ là chất oxi hóa vì có số oxi hóa giảm tử 0 xuống -3.

Bài 4 (Trang 31 – SGK)

Nguyên tố nitơ có số oxi hóa là bao nhiêu trong các hợp chất sau: NO, NO₂, NH₃, NH₄Cl, N₂O, N₂O₃, N₂O₅, Mg₃N₂ ?

Bài giải:

Số oxi hóa của nitơ trong các hợp chất lần lượt là:

+2; +4; -3; -3; +1; +3; +5; -3.

Bài 5 (Trang 31 – SGk)

Cần lấy bao nhiêu lít khí nitơ và khí hiđro để điều chế được 67,2 lít khí amoniac ? Biết rằng thể tích của các khí đều được đo trong cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất và hiệu suất của phản ứng là 25%.

Bài giải:

Với hiệu suất 25%, thể tích khí nitơ ở đktc là 134,4 lít; thể tích khí hiđro là 403,2 lít.