Li + N2 → Li3N: Phương trình 6Li + N2 → 2Li3N

Trả lời nhanh

Phương trình đúng là 6Li + N₂ → 2Li₃N. Phản ứng xảy ra ngay ở nhiệt độ thường (đun nóng nhẹ thì nhanh hơn), tạo liti nitrua là chất rắn màu đỏ nâu đến đen. Liti là chất khử (cho 1 electron mỗi nguyên tử), nitơ là chất oxi hoá (nhận 3 electron mỗi nguyên tử).

Phương trình hoá học Li tác dụng với N₂

6Li + N₂ → 2Li₃N (điều kiện: nhiệt độ thường, khí N₂ khô)

Đây là phản ứng hoá hợp và đồng thời là phản ứng oxi hoá – khử. Liti nitrua có công thức Li₃N vì Li có hoá trị I, còn N trong hợp chất với kim loại có số oxi hoá −3.

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

Xác định số oxi hoá: Li⁰ + N₂⁰ → Li₃⁺¹N⁻³.
Viết quá trình cho – nhận electron:
- Chất khử: Li⁰ → Li⁺¹ + 1e (nhân 6)
- Chất oxi hoá: N₂⁰ + 6e → 2N⁻³ (nhân 1)
Đặt hệ số: 6 nguyên tử Li, 1 phân tử N₂, sinh ra 2 phân tử Li₃N.
Kiểm tra: vế trái 6 Li, 2 N; vế phải 2 × 3 = 6 Li, 2 N. Cân bằng.

Lưu ý: phân tử N₂ có 2 nguyên tử nên nhận tổng cộng 6 electron. Nhiều bạn quên điều này và viết nhầm 3Li + N₂ → Li₃N (sai vì lệch số nguyên tử N).

Hiện tượng nhận biết

Mảnh liti sáng bạc mờ dần, phủ lớp chất rắn màu nâu đỏ đến đen (Li₃N).
Phản ứng toả nhiệt; trong không khí ẩm, liti còn đồng thời tác dụng với O₂ và hơi nước nên sản phẩm thường lẫn tạp chất.

Vì sao chỉ có liti phản ứng với N₂ ở nhiệt độ thường?

Phân tử N₂ có liên kết ba rất bền (N≡N) nên khí nitơ trơ ở điều kiện thường. Liti có bán kính nguyên tử nhỏ nhất nhóm IA, ion Li⁺ nhỏ nên Li₃N có mạng tinh thể ion bền, năng lượng toả ra lớn, đủ bù cho việc phá liên kết N≡N. Các kim loại kiềm khác (Na, K…) hầu như không tạo nitrua ở điều kiện thường. Kim loại kiềm thổ như Mg, Ca cần đun nóng mới phản ứng: 3Mg + N₂ → Mg₃N₂ (t°).

Mẹo nhớ: “Trong nhóm IA, chỉ Li ‘dám’ bắt tay N₂ khi chưa đun.”

Tính chất của liti nitrua (Li₃N)

Li₃N bị thuỷ phân mạnh trong nước, giải phóng khí amoniac có mùi khai, dung dịch thu được có tính bazơ:

Li₃N + 3H₂O → 3LiOH + NH₃↑

Vì vậy, trong bài tập nhận biết hoặc chuỗi phản ứng, nếu sản phẩm rắn của Li với N₂ cho vào nước và thấy khí mùi khai bay lên, làm quỳ tím ẩm hoá xanh thì đó là NH₃, chất ban đầu là nitrua kim loại. Cách lập luận này cũng đúng với Mg₃N₂, Ca₃N₂.

Bảng tóm tắt

Nội dung	Kết quả
Loại phản ứng	Hoá hợp, oxi hoá – khử
Chất khử / chất oxi hoá	Li / N₂
Điều kiện	Nhiệt độ thường
Sản phẩm	Li₃N, rắn, màu đỏ nâu đến đen
Tỉ lệ mol Li : N₂ : Li₃N	6 : 1 : 2

Bài tập luyện tập

Bài 1. Cho 2,1 gam Li phản ứng hoàn toàn với lượng dư N₂. Tính khối lượng Li₃N thu được (Li = 7, N = 14).

Giải: n_Li = 2,1 : 7 = 0,3 mol. Theo phương trình, n_Li₃N = 0,3 × 2/6 = 0,1 mol. M_Li₃N = 3×7 + 14 = 35 g/mol. Vậy m = 0,1 × 35 = 3,5 gam.

Bài 2. Cho 0,1 mol N₂ tác dụng với 1 mol Li. Chất nào dư, dư bao nhiêu mol? Tính khối lượng Li₃N tạo thành.

Giải: 0,1 mol N₂ cần 0,6 mol Li, mà có 1 mol Li nên Li dư 1 − 0,6 = 0,4 mol. n_Li₃N = 0,2 mol, m = 0,2 × 35 = 7 gam.

Bài 3. Hoà tan hết 3,5 gam Li₃N vào nước dư. Tính thể tích NH₃ (đktc).

Giải: n_Li₃N = 3,5 : 35 = 0,1 mol → n_NH₃ = 0,1 mol → V = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít.

Lỗi sai thường gặp

Viết sản phẩm là LiN₃ hoặc Li₂N: sai vì tổng số oxi hoá phải bằng 0, Li⁺¹ với N⁻³ nên là Li₃N.
Quên tính 2 nguyên tử N trong N₂ khi đặt hệ số.
Cho rằng Na, K cũng phản ứng với N₂ ở nhiệt độ thường như Li.

Câu hỏi thường gặp

Li tác dụng với N2 có cần đun nóng không?

Không bắt buộc. Liti phản ứng với N2 ngay ở nhiệt độ thường; đun nóng nhẹ chỉ làm phản ứng xảy ra nhanh hơn.

Phương trình Li + N2 cân bằng như thế nào?

6Li + N2 → 2Li3N. Mỗi nguyên tử Li nhường 1e, phân tử N2 nhận 6e nên tỉ lệ Li : N2 là 6 : 1.

Li3N tác dụng với nước tạo ra chất gì?

Li3N + 3H2O → 3LiOH + NH3↑. Sản phẩm là dung dịch LiOH (bazơ) và khí NH3 có mùi khai.

Vì sao Na, K không phản ứng với N2 như Li ở nhiệt độ thường?

Ion Na+, K+ lớn hơn nhiều nên nitrua của chúng kém bền, năng lượng toả ra không đủ bù cho việc phá liên kết ba N≡N rất bền.