Chuyên đề Nitơ 2023 hay, chọn lọc

Đào Đình Đại Ngày: 08-03-2024 Lớp 11

Tải xuống 5 2.1 K 15

Tailieumoi.vn sưu tầm và biên soạn chuyên đề Nitơ gồm đầy đủ lý thuyết, các dạng bài tập chọn lọc và ví dụ minh họa từ cơ bản đến nâng cao giúp học sinh ôn luyện kiến thức, biết cách làm bài tập môn Hóa học 11.

Chuyên đề Nitơ

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Vị trí và cấu hình electron nguyên tử

Cấu hình electron của nitơ: $1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{3}$

Nitơ có 5 electron ở lớp ngoài cùng.

Vị trí của nitơ trong bảng tuần hoàn: ô thứ 7, nhóm VA, chu kì 2.

Phân tử nitơ gồm 2 nguyên tử N, liên kết với nhau bằng ba liên kết cộng hóa trị không cực.

Công thức cấu tạo: $N \equiv N$

Cách xác định vị trí của một nguyên tố trong bảng tuần hoàn:

• Số thứ tự ô nguyên tố = tổng số electron của nguyên tử.

• Số thứ tự chu kì = số lớp electron.

• Số thứ tự nhóm:

+ Nếu cấu hình electron lớp ngoài cùng có dạng $n s^{a} n p^{b}$ ( $a \in \{1; 2\}$ và $b \in \{0 \to 6\}$ : Nguyên tố thuộc nhóm $(a + b) A$ .

+ Nếu cấu hình electron kết thúc ở dạng $(n - 1)$ $d^{x} n s^{y} (x = 1 \to 10; y = 1 \to 2)$ : Nguyên tố thuộc nhóm B.

2. Tính chất vật lí

Là chất khí không màu, không mùi, không vị, hơi nhẹ hơn không khí $(d = \frac{28}{29})$ , hóa lỏng ở $- 196 ° C$ .

Nitơ ít tan trong nước, hoá lỏng và hoá rắn ở nhiệt độ rất thấp. Không duy trì sự cháy và sự hô hấp (không độc).

3. Tính chất hóa học

Ở $t °$ thường, $N_{2}$ khá trơ về mặt hoá học.

Ở $t °$ cao, $N_{2}$ trở nên hoạt động hơn.

Các trạng thái oxi hoá: -3; 0; +1; +2; +3; +4; +5. Tuỳ thuộc độ âm điện của chất phản ứng mà $N_{2}$ có thể thể hiện tính khử hay tính oxi hoá.

Nitơ là phi kim khá hoạt động (độ âm điện là 3) nhưng ở $t °$ thường khá trơ về mặt hoá học.

a. Tính oxi hoá

Tác dụng với kim loại mạnh (Li, Ca, Mg, Al... tạo nitrua kim loại)

Tác dụng với hiđro: $t °$ cao, p cao, có xúc tác.

b. Tính khử

Tác dụng với oxi: ở $3000 ° C$ hoặc hồ quang điện.

$\overset{0}{N_{2}} + O_{2} \overset{3000 ° C}{⇄} \overset{+ 2}{2 N O}$

Ví dụ:

$6 L i + \overset{0}{N_{2}} \overset{}{\to} 2 L i_{3} \overset{- 3}{N}$

$\overset{0}{N_{2}} + 3 H_{2} \overset{t °, x t, p}{⇄} 2 \overset{- 3}{N} H_{3}$

NO dễ dàng kết hợp với $O_{2}$ tạo $N O_{2}$ (màu nâu đỏ): $2 N O + O_{2} \overset{}{\to} 2 N O_{2}$

Một số oxit khác của N: $N O_{2}, N_{2} O_{3}, N_{2} O_{5}$ chúng không điều chế trực tiếp từ N và O₂.

4. Điều chế

Trong công nghiệp: Chưng cất phân đoạn không khí lỏng.

NITƠ

1. Tính chất vật lý

Chất khí không màu, không mùi, không vị, hơi nhẹ hơn không khí hóa lỏng ở $- 196 ° C$ .
Không duy trì sự cháy và sự hô hấp (không độc).

2. Tính chất hóa học

Các trạng thái oxi hóa: $- 3; 0; + 1; + 2; + 3; + 4; + 5$ .
Tính oxi hóa

Tác dụng với kim loại: Ví dụ: $6 L i + N_{2} \overset{}{\to} 2 L i_{3} N$
Tác dụng với hiđro: $N_{2} + 3 H_{2} \overset{t °, x t, p}{⇄} 2 N H_{3}$

Tính khử: Tác dụng với oxi: $N_{2} + O_{2} \overset{3000 ° C}{⇄} 2 N O$

3. Ứng dụng

Tổng hợp $N H_{3}$
Làm môi trường trơ.
Bảo quản máu, mẫu vật sinh học.

4. Trạng thái tự nhiên:

Tồn tại ở dạng hợp chất và đơn chất
Có hai đồng vị ${}_{7}^{14}N$ và ${}_{7}^{15}N$

5. Điều chế: Trong công nghiệp, nitơ được sản xuất bằng phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng.

II. CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Câu hỏi lí thuyết

Kiểu hỏi 1: Câu hỏi về cấu tạo phân tử của N₂

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: ở nhiệt độ thường, khí nitơ khá trơ về mặt hóa học. Nguyên nhân là do

A. trong phân tử $N_{2}$ có liên kết ba rất bền.

B. trong phân tử $N_{2}$ , mỗi nguyên tử nitơ còn một cặp electron chưa tham gia liên kết.

C. nguyên tử nitơ có độ âm điện nhỏ hơn oxi.

D. nguyên tử nitơ có bán kính nhỏ.

Hướng dẫn giải

Công thức cấu tạo: ${}_{•}^{•}N \equiv N_{•}^{•}$

ở nhiệt độ thường $N_{2}$ khá trơ về mặt hoá học do trong phân tử $N_{2}$ có liên kết ba rất bền vững.

Chọn A.

Kiểu hỏi 2: Câu hỏi về tính chất vật lí, điều chế và ứng dụng của $N_{2}$

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Trong công nghiệp, $N_{2}$ được sản xuất bằng phương pháp

A. nhiệt phân $N H_{4} C l$ .

B. chưng cất phân đoạn không khí lỏng.

C. đun nóng dung dịch $N H_{4} N O_{2}$ bão hòa.

D. nhiệt phân $N H_{4} N O_{3}$ .

Hướng dẫn giải

Trong công nghiệp, $N_{2}$ được sản xuất bằng phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng.

Chọn B.

Ví dụ 2: ứng dụng nào sau đây không phải của $N_{2}$ ?

A. Tổng hợp amoniac.

B. Sử dụng làm môi trường trơ trong ngành luyện kim, thực phẩm,...

C. Nitơ lỏng dùng để bảo quản máu và mẫu vật khác.

D. Dùng làm chất gây lạnh trong máy lạnh.

Hướng dẫn giải

Trong công nghiệp, phần lớn nitơ được dùng để tổng hợp amoniac, từ đó sản xuất phân đạm, axit nitric,... Nhiều ngành công nghiệp như luyện kim, thực phẩm, điện tử sử dụng nitơ làm môi trường trơ. Nitơ lỏng được dùng để bảo quản máu và các mẫu sinh học khác.

Chọn D.

III. Bài tập tự luyện dạng 1

Câu 1: Phát biểu nào sau đây sai?

A. Phân tử $N_{2}$ rất bền.

B. Tính oxi hóa là tính chất đặc trưng của nitơ.

C. Nguyên tử nitơ là phi kim khá hoạt động.

D. Ở nhiệt độ thường, nitơ hoạt động hoá học và tác dụng được với nhiều chất.

Câu 2: $N_{2}$ phản ứng với $O_{2}$ tạo thành NO ở

A. điều kiện thường.

B. nhiệt độ khoảng .

C. nhiệt độ khoảng .

D. nhiệt độ khoảng .

Câu 3: Nitơ thể hiện tính oxi hoá khi phản ứng với nhóm gồm các chất:

A. Li, Mg, Al. B. $H_{2}, O_{2}$

C. Li, $O_{2}$ , Al. D. $O_{2}, C a, M g .$

Câu 4: Người ta sản xuất khí $N_{2}$ trong công nghiệp bằng cách

A. dùng P để đốt cháy hết $O_{2}$ trong không khí.

B. cho không khí qua bột Cu nung nóng.

C. chưng cất phân đoạn không khí lỏng.

D. nhiệt phân dung dịch $N H_{4} N O_{2}$ bão hoà.

Câu 5: Trong công nghiệp, phần lớn nitơ sản xuất ra dùng để

A. sản xuất axit nitric

B. làm môi trường trơ trong luyện kim, điện tử.

C. tổng hợp amoniac.

D. tổng hợp phân đạm

Câu 6: Khi có sấm sét trong khí quyển, chất được tạo ra là

A.CO . B. H₂O

C. NO D. $N O_{2} .$

Câu 7: Ở dạng hợp chất, nitơ có nhiều trong khoáng vật có tên là diêm tiêu natri, có thành phần chính là

A. $N a N O_{3} .$ B. $N H_{4} N O_{2} .$

C. $N H_{4} N O_{3} .$ D. $N a N O_{2} .$

Dạng 2: Bài tập $N_{2}$ tác dụng với $H_{2}$

Phương pháp giải

Bước 1: Viết phương trình hóa học.

Bước 2: Tính toán theo yêu cầu của đề bài.

Công thức tính hiệu suất:

Theo chất tham gia: $H = \frac{n_{thựctế}}{n_{l ý t h u y ế t}} .100 %$
Theo chất sản phẩm: $H = \frac{n_{l ý t h u y ế t}}{n_{t h ự c t ế}} .100 %$

Ví dụ: Để điều chế 68 gam $N H_{3}$ cần lấy bao nhiêu lít $N_{2}$ và H₂ ở đktc? Biết hiệu suất phản ứng là 20%

Hướng dẫn giải

Ta có: $n_{N H_{3}} = \frac{68}{17} = 4 m o l$

Nếu hiệu suất là 100%:

Phương trình hóa học:

$\begin{array}{l} N_{2} + 3 H_{2} \overset{t °, p, x t}{⇄} 2 N H_{3} \\ 2 \leftarrow 6 \leftarrow 4 m o l \end{array}$

Vì hiệu suất phản ứng là 20% nên thực tế cần dùng:

$n_{N_{2}} = 2. \frac{100}{20} = 10 m o l \to V_{N_{2}} = 224$ lít

$n_{H_{2}} = 6. \frac{100}{20} = 30 m o l \to V_{H_{2}} = 672$ lít

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Từ 10 $m^{3}$ hỗn hợp $N_{2}$ và H₂ lấy theo tỉ lệ 1 : 3 về thể tích, có thể sản suất được bao nhiêu m³ amoniac? Biết rằng hiệu suất chuyển hoá là 15% (các khí đo ở đktc).

Hướng dẫn giải

Phương trình hóa học: $N_{2} + 3 H_{2} \overset{t °, p, x t}{⇄} 2 N H_{3}$

$H = 15 % \to$ Thể tích hỗn hợp tham gia tạo sản phẩm: $V_{h h} = \frac{10.15}{100} = 1, 5 m^{3}$

Tỉ lệ $V_{N_{2}} : V_{H_{2}} = 1 : 3$ bằng tỉ lệ trong phản ứng nên: $V_{N_{2}} = \frac{1.1, 5}{4} = 0, 375 m^{3}$

IV. Bài tập tự luyện dạng 2

Câu 1: Để điều chế 67,2 lít khí amoniac thì thể tích khí nitơ và khí hiđro cần dùng là (biết rằng thể tích của các khí đều được đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất và hiệu suất của phản ứng là 15%)

A. 224 lít và 672 lít. B. 448 lít và 112 lít.

C. 448 lít và 672 lít D. 224 lít và 112 lít.

Câu 2: Cho 4 lít N₂ và 12 lít H₂ vào bình kín để thực hiện phản ứng tổng hợp NH₃. Biết hiệu suất phản ứng là 15%, hỗn hợp thu được sau phản ứng có thể tích là (biết các thể tích khí đo trong cùng điều kiện)

A. 12,2 lít. B. 14,8 lít.

C. 16,6 lít. D. 18,2 lít.

ĐÁP ÁN

Dạng 1: Câu hỏi lí thuyết

1 – D

2 – B

3 – A

4 – C

5 – C

6 – C

7 – A

Dạng 2: Bài tập tác dụng với