Giải SGK Hóa học 11 Cánh diều Bài 4: Đơn chất nitrogen có đáp án

Người ta phải bơm khí nitrogen vào các khoang chứa của tàu chở dầu sau khi chuyển dầu ra khỏi khoang để làm giảm nồng độ của oxygen, giảm nguy cơ cháy nổ. Do tính chất kém hoạt động hoá học (tính trơ), nitrogen không oxi hoá các chất khác ở nhiệt độ thường.

Phát biểu “Nitrogen là nguyên tố đặc trưng cho sự sống” là một phát biểu đúng.

Nguyên tố nitrogen có trong cơ thể của mọi loại sinh vật chủ yếu ở dạng các hợp chất hữu cơ như amino acid, nucleic acid, protein, chlorophyll (chất diệp lục), … Các hợp chất này đóng vai trò quan trọng cho những quá trình sinh hoá của sinh vật.

a) Nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt giá trị năng lượng liên kết giữa hai phân tử fluorine và nitrogen do:

- Giữa 2 nguyên tử fluorine trong phân tử F₂ có liên kết đơn.

- Giữa 2 nguyên tử nitrogen trong phân tử N₂ có liên kết ba.

b) Trong hai phân tử trên, fluorine hoạt động hơn do liên kết ba giữa hai nguyên tử N trong phân tử nitrogen có năng lượng liên kết rất lớn (946 kJ mol^-1) nên rất khó bị phá vỡ.

Lời giải:

N₂(g) + 3H₂(g) $\stackrel{400-{600}^{o}C,200bar,Fe}{\rightleftharpoons }$ 2NH₃(g)           ${\Delta }_r{H}_{298}^o=-91,8kJ<0$

Vậy phản ứng giữa nitrogen với hydrogen là phản ứng toả nhiệt.

N₂(g) + O₂(g) $\stackrel{\approx {3000}^{o}C}{\rightleftharpoons }$ 2NO(g)                           ${\Delta }_r{H}_{298}^o=182,6kJ>0$

Vậy phản ứng giữa nitrogen với oxygen là phản ứng thu nhiệt.

Þ Phản ứng giữa nitrogen với hydrogen diễn ra thuận lợi hơn.

Khi có sấm sét, nitrogen và oxygen trong không khí phản ứng với nhau tạo thành nitrogen monoxide (NO):

N₂(g) + O₂(g) $\stackrel{\approx {3000}^{o}C}{\rightleftharpoons }$ 2NO(g)

Sau đó, nitrogen monoxide nhanh chóng bị oxi hoá bởi oxygen trong khí quyển tạo thành nitrogen dioxide (NO₂):

2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g)

Tiếp theo là quá trình nitrogen dioxide chuyển thành acid trong nước mưa, theo phản ứng:

4NO₂(g) + 2H₂O(l) + O₂(g) → 4HNO₃(aq)

Nước mưa với nồng độ acid phù hợp sẽ cũng cấp đạm cho đất ở dạng ion nitrate cần thiết cho cây trồng.

Dự đoán ở nhiệt độ thường thì chlorine dễ phản ứng với hydrogen hơn. Do liên kết ba giữa hai nguyên tử N trong phân tử nitrogen có năng lượng liên kết rất lớn (946 kJ mol^-1) nên rất khó bị phá vỡ.

- Phản ứng của nitrogen với hydrogen:

N₂(g) + 3H₂(g) $\stackrel{400-{600}^{o}C,200bar,Fe}{\rightleftharpoons }$ 2NH₃(g)

Trong thực tế, phản ứng này được ứng dụng trong công nghiệp để sản xuất NH₃ – nguyên liệu để sản xuất phân bón, nitric acid …

- Phản ứng của nitrogen với oxygen:

N₂(g) + O₂(g) $\stackrel{\approx {3000}^{o}C}{\rightleftharpoons }$ 2NO(g)

Trong khí quyển, phản ứng này chính là sự khởi đầu cho quá trình tạo thành ion nitrate, được coi là một nguồn cung cấp đạm tự nhiên cho đất.

N₂(g) + 3H₂(g) $\stackrel{400-{600}^{o}C,200bar,Fe}{\rightleftharpoons }$ 2NH₃(g)

a) Do phản ứng thuận nghịch nên khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì trong thiết bị sẽ có các khí: N₂, H₂ và NH₃.

b) Nhiệt độ hoá lỏng của N₂, H₂ và NH₃ lần lượt là: -196 ^oC, - 252,87 ^oC, -33 ^oC.

Do đó, nếu giữ nguyên áp suất và làm lạnh thiết bị thì khí NH₃ sẽ hoá lỏng đầu tiên.