Giải SGK Hóa học 11 Cánh diều Bài 5: Một số hợp chất quan trọng của nitrogen có đáp án

Có thể nhận biết sự có mặt của ion ammonium trong các ao tù bằng các cách:

+ Quan sát: Sự gia tăng nguyên tố dinh dưỡng N trong nước dẫn đến hệ quả vi khuẩn, rong, rêu, tảo … sinh sôi, nảy nở và phát triển rất mạnh.

+ Cho nước ao tù tác dụng với dung dịch kiềm, đun nóng: Nếu có mặt của ion ammonium sẽ sinh ra khí amonia (NH₃) có mùi khai và xốc. Ngoài ra khí này có thể làm xanh giấy quỳ ẩm.

NH₄⁺ + OH^- → NH₃ + H₂O

-Nước pha phenolphthalein sẽ bị hút lên bình chứa khí ammonia và phun thành tia do khí ammonia tan nhiều trong nước (ở 20 ^oC, 1 bar, 1 lít nước có thể hoà tan 700 lít khí ammonia) làm giảm áp suất trong bình và nước bị hút vào bình.

- Nước phun thành tia màu hồng do dung dịch ammonia có tính base.

Ammonia là một base theo thuyết Bronsted – Lowry. Do đó, khi giấy quỳ tím ẩm tiếp xúc với khí ammonia thì giấy quỳ ẩm sẽ chuyển sang màu xanh.

- Ammonia thể hiện tính base ở quá trình (1) Cho ammonia phản ứng với nitric acid (HNO₃) để tạo phân bón ammonium nitrate (NH₄NO₃).

Giải thích bằng sơ đồ:

- Ammonia thể hiện tính khử ở quá trình (2) Dùng ammonia tẩy rửa lớp copper(II) oxide phủ trên bề mặt kim loại đồng, tạo kim loại, nước và khí nitrogen.

Giải thích bằng phương trình hoá học:

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.

Hiện tượng: Khi đun nóng hỗn hợp phân đạm ammonium chloride và kiềm (NaOH) thấy sinh ra khí có mùi khai và xốc. Khí này làm xanh giấy quỳ tím ẩm.

Phương trình hoá học:

NH₄Cl(s) + NaOH(aq) →to NaCl(aq) + NH₃(g) + H₂O(l).

a) Các chất thường được sử dụng trong túi chườm lạnh: nước, muối ammonium (như NH₄Cl).

b) Muối ammonium (ví dụ NH₄Cl rắn) khi hòa vào nước cất sẽ xảy ra quá trình:

NH₄Cl (s) → NH₄Cl (aq)

Quá trình này thu nhiệt, được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất các túi chườm, giúp giảm đau, giảm viêm do các chấn thương.

Túi chườm hoạt động khi phá vỡ lớp ngăn cách giữa muối ammonium chloride và nước cất.

NH₄NO₃(s) →to N₂O(g) + 2H₂O(g)                     ΔrH298o=−36 kJ<0

⇒ Phản ứng phân huỷ ammonium nitrate toả nhiệt.

NH₄Cl(s) →to NH₃(g) + HCl(g)                          ΔrH298o=176kJ>0

⇒ Phản ứng phân huỷ ammonium chloride thu nhiệt.

Vậy muối ammonium nitrate có nguy cơ cháy nổ cao hơn trong quá trình lưu trữ.

Tỉ lệ mol kết hợp giữa NH₃ và H₃PO₄ để tạo ra diammonium hydrogenphosphate (NH₄)₂HPO₄ là 2 : 1.

Phương trình hoá học của phản ứng: 2NH₃ + H₃PO₄ → (NH₄)₂HPO₄.

Các phương trình hoá học minh hoạ:

- Tác động của mưa acid đối với calcium carbonate trong núi đá vôi:

2H⁺ + CaCO₃ → Ca²⁺ + CO₂ + H₂O.

- Tác động của mưa acid đối với kim loại sắt có trong thép:

2H⁺ + Fe → Fe²⁺ + H₂.

N−3H3; N−3H4+; N02; N+12O; N+2O; N+4O2; HN+3O2; HN+5O3

Công thức Lewis của HNO₃ theo đề bài là không phù hợp, do N ở chu kì 2, không có AO d trống.

Công thức Lewis của HNO₃ là:

Khi khơi thông nguồn nước thì nguy cơ xảy ra hiện tượng phú dưỡng sẽ giảm.

Do việc khơi thông nguồn nước sẽ giúp giảm sự tích tụ các chất dinh dưỡng trong nguồn nước, làm hạn chế sự sinh sôi, nảy nở của vi khuẩn, rong, rêu, tảo …

Những dấu hiệu để dự đoán đã có hiện tượng phú dưỡng xảy ra trong một ao nước hay hồ nước:

+ Sự xuất hiện dày đặc của tảo xanh trong nước;

+ Nguồn thuỷ sản trong ao hồ bị suy kiệt;

+ Xuất hiện mùi hôi thối khó chịu…

Để hạn chế nguy cơ xảy ra hiện tượng phú dưỡng trong hồ, ao, vuông … người nuôi thuỷ, hải sản nên:

+ Tạo điều kiện để nước trong hồ, ao, vuông … được lưu thông.

+ Lắp đặt thiết bị sục khí để khuấy trộn bề mặt ao và giúp giải phóng các loại khí như CO₂.

+ Thường xuyên sử dụng chế phẩm vi sinh để tăng vi sinh có lợi cho hồ, ao, vuông …

Hiện nay, địa phương em đẩy mạnh xây dựng các khu công nghiệp, do đó hiện tượng phú dưỡng tại các ao, hồ … xuất hiện ngày càng nhiều, chủ yếu là do việc thải nước thải chưa qua xử lí ra môi trường.

Một số biện pháp đề xuất để hạn chế hiện tượng này:

- Xử lí nước thải trước khi đổ vào ao, hồ….Tuyên truyền toàn dân chung sức ngăn chặn hành vi xả thải trái phép chưa qua xử lí ra môi trường. Báo cáo chính quyền xử lí khi thấy hiện tượng xả thải trái phép ra môi trường.

- Trồng một số thực vật thuỷ sinh phù hợp với môi trường phú dưỡng: bèo tây, ngổ trâu, cải xoong … Trồng thực vật thủy sinh cũng sẽ làm giảm mức độ dinh dưỡng trong nước ao, hồ và do đó không khuyến khích sự nhân lên của thực vật phù du.

- Lắp đặt các hệ thống sục khí ở các ao, hồ lớn … bị xả thải…

Gần đây, mỗi năm có khoảng hàng trăm triệu tấn ammonia được sản xuất trên toàn cầu. Trong đó, có khoảng 80% được sử dụng để sản xuất phân đạm ammonium, urea … để cung cấp nguyên tố nitrogen cho đất và cây trồng. Ví dụ phản ứng dưới đây dùng để tổng hợp ra phân bón với thành phần chính là ammonium sulfate:

2NH₃(aq) + H₂SO₄(aq) → (NH₄)₂SO₄(aq)

Vì thế có thể nói ammonia có vai trò rất quan trọng đối với nông nghiệp.

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌400−600oC,200bar,Fe 2NH₃(g)            ΔrH298o=−91,8kJ

ΔrH298o=−91,8kJ<0phản ứng thuận toả nhiệt. Tuy nhiên, khi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ quá thấp thì tốc độ của phản ứng nhỏ, phản ứng diễn ra chậm. Thực tế, người ta đã chọn nhiệt độ phù hợp, khoảng 400 ^oC – 600 ^oC.

a)

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌400−600oC,200bar,Fe 2NH₃(g)

Ban đầu:      a                  b                                      0                  M

Phản ứng:    x                  3x                                    2x                M

Cân bằng: 0,0201            0,0602                             2x                M

Áp dụng công thức có:

K=[NH3]2[N2].[H2]3⇔[NH3]=2x=K.[N2].[H2]3=0,105.0,0201.0,06023=6,79.10−4M

b) Tại thời điểm cân bằng, nồng độ ammonia, nitrogen và hydrogen trong buồng phản ứng là không đổi. Khi đó hỗn hợp khí này được dẫn qua hệ thống làm lạnh để hoá lỏng ammonia và tách ra khỏi hỗn hợp.

a) Ý nghĩa của phản ứng: 2CO(g) + 2NO(g) → 2CO₂(g) + N₂(g) đối với môi trường là giảm khí độc CO, giảm tác nhân gây mưa acid NO phát sinh từ quá trình đốt cháy nhiên liệu.

b) 2C+2Og + 2N+2Og → 2C+4O2g +N02g

Số oxi hoá của carbon tăng từ +2 lên +4 sau phản ứng nên CO đóng vai trò là chất khử.

Số oxi hoá của nitrogen giảm từ +2 xuống 0 sau phản ứng nên NO đóng vai trò là chất oxi hoá.

c)

ΔrH298o=2.ΔfH298o(CO2(g))+ΔfH298o(N2(g))−2.ΔfH298o(CO(g))−2.ΔfH298o(NO(g))

= 2. (-393,5) + 0 – 2.(-110,5) – 2.91,3 = -748,6 (kJ) < 0.

Vậy phản ứng này toả nhiệt, thuận lợi về mặt năng lượng.

- Sơ đồ phản ứng gây ra mưa chứa nitric acid:

N2→+O2NO →+O2NO2→+O2+H2OHNO3→H++NO3−

Các phương trình hoá học minh hoạ cho sơ đồ:

N₂(g) + O₂(g) ⇌to2NO(g)

2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g)

4NO₂(g) + 2H₂O(l) + O₂(g) → 4HNO₃(aq)

HNO₃ → H⁺ + NO₃^-

- Sơ đồ phản ứng gây ra mưa chứa sulfuric acid:

                              H2SO3←+H2O SO2→+O2 SO3→+H2O H2SO4

Các phương trình hoá học minh hoạ cho sơ đồ:

SO₂ + H₂O → H₂SO₃

SO2+12O2→NO/NO2SO3

SO₃ + H₂O → H₂SO₄.

- Một số hoạt động tạo thành các khí gây mưa acid tại địa phương em: khí thải của phương tiện giao thông; khí thải của nhà máy chưa qua xử lí ra môi trường; khí thải do đốt rác, đốt than …

- Một số biện pháp giảm thiểu sự tạo thành các khí này:

+ Tăng cường sử dụng xe đạp, phương tiện công cộng thay cho các phương tiện động cơ cá nhân như ô tô, xe máy …+ Tăng cường sử dụng các nguồn năng lượng mới, năng lượng sạch, năng lượng tái tạo;

+ Sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên;

+ Cải tiến công nghệ sản xuất, có biện pháp xử lí khí thải và tái chế các sản phẩm phụ có chứa sulfur.