Câu hỏi trang 33 Mở đầu
Từ ammonia, thông qua phản ứng nào có thể sản xuất phân đạm chứa ion ammonium? Ammonia đóng vai trò gì trong phản ứng đó?
Phản ứng sản xuất phân bón: ammonia với acid.
Vai trò của ammonia: base.
Trong công nghiệp, phản ứng giữa ammonia với acid được dùng để sản xuất phân bón.
Ví dụ:
NH3 + HCl → NH4Cl
NH3 + HNO3 → NH4NO3
2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4
Trong các phản ứng này ammonia đóng vai trò là base.
Phản ứng sản xuất phân bón: ammonia với acid.
Vai trò của ammonia: base.
Câu hỏi trang 33 Câu hỏi
1. Viết cấu hình electron của các nguyên tử H (Z = 1) và N (Z = 7).
2. Trình bày các bước lập công thức Lewis của phân tử ammonia.
1. Cấu hình electron nguyên tử H (Z = 1): 1s1.
Cấu hình electron nguyên tử N (Z = 7): 1s2 2s2 2p3.
2. Các bước lập công thức Lewis của phân tử ammonia (NH3):
Cách 1: Viết công thức Lewis dựa vào công thức electron
Bước 1: Viết công thức electron.
Bước 2: Thay 1 cặp electron dùng chung bằng 1 gạch nối giữa hai nguyên tử ta được công thức Lewis.
1. Cấu hình electron nguyên tử H (Z = 1): 1s1.
Cấu hình electron nguyên tử N (Z = 7): 1s2 2s2 2p3.
2. Các bước lập công thức Lewis của phân tử ammonia (NH3):
Cách 1: Viết công thức Lewis dựa vào công thức electron
Bước 1: Viết công thức electron:
Bước 2: Từ công thức electron, thay 1 cặp electron dùng chung bằng 1 gạch nối giữa hai nguyên tử ta được công thức Lewis:
Câu hỏi trang 34 Câu hỏi 1
Từ đặc điểm cấu tạo của phân tử ammonia, hãy giải thích tại sao các phân tử ammonia có khả năng tạo liên kết hydrogen mạnh với nhau.
Phân tử ammonia có khả năng tạo liên kết hydrogen do:
- Trong phân tử còn 1 cặp electron tự do.
- Liên kết N – H phân cực.
Trong phân tử nitrogen:
- Nguyên tử nitrogen còn một cặp electron không liên kết, tạo ra vùng có mật độ điện tích âm trên nguyên tử nitrogen.
- Liên kết N – H phân cực, cặp electron dùng chung lệch về phía nguyên tử nitrogen làm cho nguyên tử hydrogen mang một phần điện tích dương.
Do đó, các phân tử ammonia có khả năng tạo liên kết hydrogen mạnh với nhau.
Câu hỏi trang 34 Câu hỏi 2
Hãy giải thích tại sao ammonia tan tốt trong nước
Ammnia có thể tạo liên kết hydrogen với nhau và với phân tử nước.
Vì tạo được liên kết hydrogen với nước nên ammonia tan nhiều trong nước.
Câu hỏi trang 34 Hoạt động
Trong công nghiệp, phản ứng giữa ammonia với acid được dùng để sản xuất phân bón:
NH3 + HCl → NH4Cl
NH3 + HNO3 → NH4NO3
2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4
Xác định chất cho, chất nhận proton trong mỗi phản ứng trên. Dùng mũi tên để biểu diễn sự cho, nhận đó.
Trong phản ứng với acid, NH3 đóng vai trò base, nhận proton.
+ Xét phản ứng: NH3 + HCl → NH4Cl
Chất cho proton là HCl, chất nhận proton là NH3:
+ Xét phản ứng: NH3 + HNO3 → NH4NO3
Chất cho proton là HNO3, chất nhận proton là NH3:
+ Xét phản ứng: 2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4
Chất cho proton là H2SO4, chất nhận proton là NH3:
Câu hỏi trang 35 Câu hỏi
Trong hai phản ứng oxi hóa ammonia bằng oxygen ở trên, hãy:
a) Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hoá.
b) Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử.
a) Các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hoá trong 2 phản ứng là nitrogen và oxygen.
b) Quá trình oxi hóa là quá trình nitrogen nhường e. Quá trình khử là quá trình oxygen nhận e.
Câu hỏi trang 35 Hoạt động1
Advertisements (Quảng cáo)
Sưu tầm một số hình ảnh để báo cáo, thuyết trình về ứng dụng của ammonia trong thực tiễn. Sử dụng các tính chất vật lý và hoá học để giải thích cơ sở khoa học của các ứng dụng này.
Ứng dụng của ammonia trong thực tiễn:
+ Tác nhân làm lạnh.
+ Sản xuất nitric acid.
+ Làm dung môi.
+ Sản xuất phân đạm.
Hình ảnh về ứng dụng của ammonia trong thực tiễn:
Thuyết trình về ứng dụng của ammonia trong thực tiễn:
Trong thời gian gần đây, sản lượng ammonia toàn cầu đạt hàng trăm triệu tấn mỗi năm, trong đó khoảng 80% được sử dụng cho mục đích sản xuất phân bón ammonium và urea ((NH2)2CO) để cung cấp nguyên tố nitrogen cho cây trồng và đất. Phương pháp tổng hợp phân bón ammonium bao gồm phản ứng của ammonia với dung dịch acid tương ứng. Ví dụ, phản ứng sau được sử dụng để tạo ra phân bón ammonium sulfate:
2NH3(aq) + H2SO4(aq) → (NH4)2SO4(aq).
Ammonia cũng được sử dụng làm nguyên liệu quan trọng để sản xuất nitric acid và một số chất gây nổ như ammonium nitrate trong khai thác quặng mỏ. Ngoài ra, ammonia lỏng được sử dụng như một chất làm lạnh trong các hệ thống làm lạnh công nghiệp, cũng như là một dung môi để hoà tan một số chất và thực hiện nhiều phản ứng khác trong dung môi này.
Câu hỏi trang 35 Hoạt động2
Vận dụng kiến thức về cân bằng hoá học, tốc độ phản ứng, biến thiên enthalpy để giải thích các điều kiện của phản ứng sản xuất ammonia, cụ thể:
1. Nếu tăng hoặc giảm nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng và tốc độ phản ứng như thế nào?
2. Nếu giảm áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều nào? Tại sao không thực hiện ở áp suất cao hơn?
3. Vai trò của chất xúc tác trong phản ứng là gì?
Trong công nghiệp, quá trình sản xuất ammonia thường được thực hiện ở nhiệt độ 400 °C – 450 °C, áp suất 150 – 200 bar, xúc tác Fe.
N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔrHo = -91,8 kJ
1. ΔrHo < 0 => phản ứng tỏa nhiệt => Tăng nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch, giảm nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận. Tuy nhiên nếu ở nhiệt độ quá thấp thì tốc độ của phản ứng nhỏ, phản ứng diễn ra chậm nên thực tế, phản ứng xảy ra tốt nhất ở 400-450oC.
2. Số mol khí sau phản ứng nhỏ hơn số mol khí trước phản ứng nên giảm áp suất thì phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch.
Sản xuất ammonia ở áp suất 150 – 200 bar mà không thực hiện ở áp suất cao hơn.
Giải thích: khi tăng áp suất thì nồng độ NH3 tăng không nhiều, trong khi đó tiêu tốn năng lượng nhiều và yêu cầu thiết bị chịu được áp suất cao.
3. Việc sử dụng xúc tác bột sắt giúp phản ứng nhanh đạt trạng thái cân bằng.
Trong công nghiệp, quá trình sản xuất ammonia thường được thực hiện ở nhiệt độ 400 °C – 450 °C, áp suất 150 – 200 bar, xúc tác Fe.
N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔrHo = -91,8 kJ
1. Vì ΔrHo = -91,8 kJ < 0 nên phản ứng thuận toả nhiệt. Vậy:
+ Nếu tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (tức chiều phản ứng thu nhiệt) làm giảm hiệu suất phản ứng.
+ Nếu giảm nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận (tức chiều phản ứng toả nhiệt) làm tăng hiệu suất phản ứng.
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 - 450 oC.
2. Khi giảm áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng áp suất của hệ - tức chiều làm tăng số mol khí, hay chiều nghịch.
Quá trình sản xuất NH3 được thực hiện ở áp suất 150 – 200 bar mà không thực hiện ở áp suất cao hơn. Điều này được giải thích như sau: Khi thực hiện ở áp suất cao sẽ thu được nồng độ NH3 tại thời điểm cân bằng lớn, tuy nhiên khi tăng áp suất thì sự tăng nồng độ NH3 không tăng nhanh chỉ tăng chậm. Ngoài ra, khi tăng áp suất thì tiêu tốn năng lượng và yêu cầu thiết bị phải chịu được áp suất cao, do đó phải tính toán chính xác khi tăng áp suất để mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất. Thực tế chứng minh quá trình sản xuất NH3 được thực hiện ở áp suất 150 – 200 bar đem lại hiệu quả cao nhất.
3. Việc sử dụng chất xúc tác là bột sắt có tác dụng làm cho phản ứng nhanh đạt tới trạng thái cân bằng.
Câu hỏi trang 36 TN
Nhận biết ion ammonium trong phân đạm.
Chuẩn bị: phân bón potassium nitrate và phân bón ammonium chloride dạng rắn, dung dịch NaOH 20%, giấy pH; bình xịt tia nước cất, 2 ống nghiệm, kẹp gỗ, đèn cồn.
Tiến hành:
– Cho khoảng 1 g phân bón potassium nitrate vào ống nghiệm (1) và khoảng 1 g phân bón ammonium chloride vào ống nghiệm (2).
– Thêm vào mỗi ống nghiệm khoảng 3 mL nước cất, lắc đều cho tan hết.
– Nhỏ 1 mL dung dịch NaOH 20% vào mỗi ống nghiệm, đun nóng nhẹ trên đèn cồn.
– Đưa hai mẩu giấy pH đã tẩm ướt vào miệng mỗi ống nghiệm.
Quan sát hiện tượng và trả lời câu hỏi:
Dựa vào dấu hiệu nào để nhận biết ion ammonium? Giải thích bằng phương trình hoá học.
- Dấu hiệu để nhận biết ion ammonium: sinh ra khí có mùi khai.
- PTHH: NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O
- Hiện tượng:
+ Hai mẫu phân bón đều dễ tan trong nước.
+ Đun nhẹ hai ống nghiệm đều thấy thoát ra khí không màu, có mùi khai và xốc.
+ So sánh màu ở mẩu giấy pH với thang pH thấy tạo thành môi trường base.
- Dấu hiệu để nhận biết ion ammonium: Khi đun nóng hỗn hợp muối ammonium với dung dịch kiềm sinh ra khí ammonia có mùi khai.
Phương trình hoá học:
NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O
Câu hỏi trang 37 Câu hỏi
a) So sánh phân tử ammonia và ion ammonium về dạng hình học, số liên kết cộng hóa trị, số oxi hóa của nguyên tử nitrogen.
b) Viết phương trình hóa học minh họa tính acid/base của ammonia và ammonium.
a) Phân tử ammonia có 3 liên kết cộng hóa trị, phân tử ammonium có 4 liên kết cộng hóa trị, số oxi hóa của nitrogen ở cả hai phân tử đều là -3.
b) NH3 có tính base, NH4+ có tính acid.
Câu hỏi trang 37 Câu hỏi
- Vận dụng được kiến thức về cân bằng hoá học, tốc độ phản ứng, enthalpy cho phản ứng tổng hợp ammonia trong quá trình Haber – Bosch.
- Nhận biết được ion ammonium trong phân đạm.
- Trong công nghiệp, quá trình sản xuất ammonia thường được thực hiện ở nhiệt độ 400 oC – 450 oC, áp suất 150 – 200 bar, xúc tác Fe.
N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔrHo = -91,8 kJ
+ Về áp suất: người ta đã tăng áp suất của hệ phản ứng trong buồng tổng hợp lên đến gần 200 bar. Đó là do khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm áp suất của hệ - tức chiều giảm số mol khí, hay chiều tạo ammonia (chiều thuận).
+ Về nhiệt độ: Vì phản ứng thuận toả nhiệt (ΔrHo = -91,8 kJ < 0) nên cần phải giảm nhiệt độ để cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận, tạo ammonia. 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 - 450 oC.
+ Việc sử dụng xúc tác là bột sắt trong quá trình Haber có tác dụng làm cho phản ứng nhanh đạt tới trạng thái cân bằng.
- Nhận biết ion ammonium trong phân đạm: Khi đun nóng hỗn hợp phân đạm chứa muối ammonium với dung dịch kiềm sinh ra khí ammonia có mùi khai.
Phương trình hoá học minh hoạ:
