N2 + O2 → 2NO: điều kiện, cân bằng, hiện tượng và ý nghĩa thực tế
Lớp 11Hóa học

N2 + O2 → 2NO: điều kiện, cân bằng, hiện tượng và ý nghĩa thực tế

Trả lời nhanh

N2 + O2 ⇌ 2NO (điều kiện khoảng 3000°C hoặc tia lửa điện, hồ quang). Đây là phản ứng thuận nghịch và thu nhiệt (ΔH khoảng +180 kJ), nên ở nhiệt độ thường nitơ và oxi trong không khí cùng tồn tại mà không phản ứng. Sản phẩm NO là khí không màu, gặp oxi hoá nâu đỏ thành NO2.

Phương trình phản ứng

N2 + O2 ⇌ 2NO   (ΔH > 0, khoảng 3000°C hoặc tia lửa điện)

Dấu mũi tên hai chiều cho biết đây là phản ứng thuận nghịch: ngay khi NO sinh ra, một phần lại phân huỷ trở về N2 và O2, và hỗn hợp đạt trạng thái cân bằng.

Vì sao phải cần nhiệt độ rất cao?

Phân tử N2 có liên kết ba N≡N rất bền, năng lượng liên kết lớn, nên nitơ trơ về mặt hoá học ở điều kiện thường. Chỉ khi cung cấp năng lượng đủ lớn (nhiệt độ cao, hồ quang điện hay sét) thì liên kết này mới bị bẻ gãy để nitơ kết hợp với oxi.

  • Vì là phản ứng thu nhiệt, theo nguyên lí Lơ Sa-tơ-li-ê, tăng nhiệt độ làm cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, tạo thêm NO.
  • Số mol khí hai vế bằng nhau (1 + 1 = 2) nên thay đổi áp suất không làm chuyển dịch cân bằng.
  • Chất xúc tác không làm chuyển dịch cân bằng, chỉ giúp nhanh đạt cân bằng.

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

  • Chất khử: N2 (số oxi hoá 0 → +2): N2 → 2N+2 + 4e
  • Chất oxi hoá: O2 (số oxi hoá 0 → -2): O2 + 4e → 2O-2

Số electron cho và nhận đều là 4 nên hệ số là 1 : 1 : 2. Ở phản ứng này, nitơ thể hiện tính khử còn oxi thể hiện tính oxi hoá.

Sơ đồ chuyển hoá N2 + O2 tạo NO rồi NO2 và HNO3
Hình 1. Từ N2 và O2 tạo NO, sau đó NO2 và cuối cùng là HNO3.

Hiện tượng và sản phẩm tiếp theo của NO

NO tạo ra là khí không màu, ít tan trong nước. Khi gặp oxi của không khí, NO bị oxi hoá ngay ở nhiệt độ thường thành khí NO2 màu nâu đỏ:

2NO + O2 → 2NO2

NO2 tan trong nước khi có mặt oxi tạo thành axit nitric:

4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3

Nếu không dư oxi, NO2 tác dụng với nước theo phương trình: 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO. Đây chính là chuỗi phản ứng trong sản xuất axit nitric công nghiệp và trong hiện tượng mưa axit.

Ý nghĩa trong thực tế

  • Sấm sét: tia sét làm không khí quanh nó nóng lên hàng nghìn độ, khiến N2 và O2 kết hợp tạo NO, sau đó thành HNO3 theo nước mưa. Axit này vào đất tạo muối nitrat, bổ sung đạm cho cây, nên dân gian hay nói “mưa dông bón phân”.
  • Động cơ đốt trong: nhiệt độ trong buồng đốt rất cao nên sinh ra NO và NO2, góp phần gây ô nhiễm không khí và mưa axit.
  • Sản xuất: phương pháp hồ quang điện từng được dùng để cố định đạm, nhưng tốn điện nên ngày nay công nghiệp dùng chủ yếu quy trình amoniac.

Lỗi sai thường gặp

  • Viết sản phẩm là NO2 ngay từ đầu. Ở phản ứng trực tiếp giữa N2 và O2, sản phẩm là NO. NO2 là sản phẩm khi NO gặp thêm oxi.
  • Quên ghi điều kiện nhiệt độ hoặc tia lửa điện, hoặc quên dấu thuận nghịch.
  • Cho rằng tăng áp suất sẽ tạo nhiều NO hơn. Do số mol khí không đổi nên áp suất không ảnh hưởng.

Luyện tập

  1. Cho 5,6 lít N2 (đktc) phản ứng hoàn toàn với O2 dư. Tính thể tích NO thu được ở cùng điều kiện. Đáp án: theo phương trình, 1 mol N2 tạo 2 mol NO, nên V(NO) = 2 × 5,6 = 11,2 lít.
  2. Trộn 1 mol N2 và 1 mol O2, hiệu suất phản ứng 20%. Tính số mol NO và tổng số mol khí sau phản ứng. Đáp án: phản ứng 0,2 mol mỗi chất, tạo 0,4 mol NO; tổng số mol khí vẫn là 2 mol.
  3. Vì sao ở nhiệt độ phòng không khí không tự tạo ra NO? Đáp án: liên kết ba N≡N rất bền, cần năng lượng lớn để phân cắt, mà phản ứng lại thu nhiệt.

Câu hỏi thường gặp

Phản ứng N2 + O2 xảy ra ở điều kiện nào?

Ở nhiệt độ rất cao, khoảng 3000°C, hoặc dưới tác dụng của tia lửa điện hay hồ quang điện; ở nhiệt độ thường không xảy ra.

Phản ứng N2 + O2 → 2NO toả nhiệt hay thu nhiệt?

Là phản ứng thu nhiệt (ΔH khoảng +180 kJ), vì vậy tăng nhiệt độ làm cân bằng chuyển dịch theo chiều tạo NO.

NO tạo thành có hiện tượng gì khi ra ngoài không khí?

NO là khí không màu, gặp oxi của không khí hoá nâu đỏ ngay do bị oxi hoá thành NO2.

Bài học liên quan