Trả lời nhanh
Khi có sấm chớp, khí quyển sinh ra khí nitơ monoxit (NO). Tia lửa điện của sét có nhiệt độ rất cao, làm N2 hoá hợp với O2 trong không khí: N2 + O2 ⇌ 2NO. Sau đó NO bị oxi hoá tiếp thành NO2, rồi tan trong nước mưa tạo HNO3.
Phản ứng xảy ra khi có sấm chớp
Không khí chứa khoảng 78% N2 và 21% O2 theo thể tích. Ở điều kiện thường, hai khí này nằm cạnh nhau mà không phản ứng. Lý do là phân tử N2 có liên kết ba N≡N rất bền, cần năng lượng lớn mới phá được.
Tia sét cung cấp đúng nguồn năng lượng đó. Nhiệt độ vùng có sét có thể lên đến hàng nghìn độ C, nên xảy ra phản ứng:
N2 + O2 ⇌ 2NO (tia lửa điện hoặc nhiệt độ khoảng 3000°C; phản ứng thu nhiệt, ΔH > 0)
NO là chất khí không màu, ít tan trong nước. Đây là sản phẩm trực tiếp, nên đáp án của câu hỏi là NO.
Từ NO đến “đạm trời cho”
NO sinh ra gặp ngay oxi dư trong không khí và bị oxi hoá, ngay ở nhiệt độ thường:
2NO + O2 → 2NO2 (hiện tượng: khí không màu chuyển sang màu nâu đỏ)
NO2 gặp hơi nước và oxi trong cơn mưa sẽ tạo axit nitric:
4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3
HNO3 theo nước mưa rơi xuống đất, gặp các chất kiềm hoặc muối trong đất để tạo muối nitrat (NO3−). Cây hấp thụ trực tiếp ion này như một loại phân đạm. Vì thế dân gian có câu “mưa dông bón đạm” cho đồng ruộng.
Sơ đồ ghi nhớ
- N2 → NO (nhờ tia lửa điện)
- NO → NO2 (gặp O2)
- NO2 → HNO3 (gặp O2 và H2O)
- HNO3 → NO3− trong đất (cây hấp thụ)
Mẹo nhớ: chuỗi này đi theo số oxi hoá của nitơ tăng dần: 0 → +2 → +4 → +5.
Vì sao các khí khác không phải đáp án?
| Khí | Có sinh ra do sấm chớp không? | Giải thích |
|---|---|---|
| NO | Có (sản phẩm trực tiếp) | Từ N2 + O2 do tia lửa điện |
| NO2 | Có, nhưng là sản phẩm thứ cấp | Do NO bị oxi hoá tiếp trong không khí |
| CO2 | Không | Sét không đốt cháy cacbon trong không khí; CO2 chủ yếu từ hô hấp, đốt nhiên liệu |
| SO2 | Không | Không khí không chứa lưu huỳnh để tạo SO2; khí này đến từ đốt than, dầu, núi lửa |
| NH3 | Không | Cần H2 và xúc tác, áp suất cao, không có trong cơn dông |
Nếu đề cho cả NO và NO2 làm phương án, hãy chọn NO vì đây là khí tạo ra đầu tiên từ N2 và O2. Đề cũng thường hỏi “tia lửa điện” ở phản ứng này, nên nhớ đó là điều kiện, không phải chất xúc tác.
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là NO2 ngay từ N2 + O2. Trực tiếp chỉ thu được NO, rồi mới đến NO2.
- Viết N2 + O2 → 2NO một chiều. Đây là phản ứng thuận nghịch, phải dùng dấu ⇌.
- Nhầm mưa dông với mưa axit do SO2. Mưa dông chứa lượng nhỏ HNO3 và có lợi cho đất.
- Quên điều kiện: ở nhiệt độ thường N2 không phản ứng với O2.
Bài luyện tập
Bài 1. Viết các phương trình hoá học theo thứ tự từ N2 đến HNO3 trong cơn mưa dông.
Đáp án: N2 + O2 ⇌ 2NO; 2NO + O2 → 2NO2; 4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3.
Bài 2. Tính thể tích khí NO (đktc) tạo ra khi có 0,5 mol O2 phản ứng hết với N2 dư theo phản ứng (coi như hoàn toàn).
Đáp án: Theo phương trình, 1 mol O2 tạo 2 mol NO nên 0,5 mol O2 tạo 1 mol NO, V = 1 × 22,4 = 22,4 lít. (Đây là bài tính giả định để luyện tập, thực tế phản ứng thuận nghịch nên hiệu suất thấp.)
Bài 3. Vì sao ở nhiệt độ thường N2 khá trơ nhưng khi có sét lại phản ứng được với O2?
Đáp án: Phân tử N2 có liên kết ba bền, cần năng lượng lớn để phá vỡ. Tia sét cung cấp nhiệt độ rất cao nên phản ứng mới xảy ra.
Câu hỏi thường gặp
Khi có sấm chớp, khí quyển sinh ra khí gì?
Khí nitơ monoxit (NO), tạo ra từ phản ứng N2 + O2 ⇌ 2NO dưới tác dụng của tia lửa điện (sét). NO sau đó bị oxi hoá thành NO2.
Vì sao mưa dông có lợi cho cây trồng?
NO tạo ra bị oxi hoá thành NO2, rồi cùng O2 và nước mưa tạo HNO3. Axit này vào đất thành muối nitrat, là dạng đạm cây hấp thụ được.
Sấm chớp có tạo ra khí NO2 không?
Có, nhưng NO2 là sản phẩm thứ cấp do NO gặp oxi trong không khí: 2NO + O2 → 2NO2. Sản phẩm trực tiếp từ N2 và O2 là NO.
Phản ứng giữa N2 và O2 có xảy ra ở nhiệt độ thường không?
Không. Liên kết ba trong phân tử N2 rất bền, phản ứng chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao (khoảng 3000°C) hoặc có tia lửa điện.