Giải SGK Hóa học 11 (Chân trời sáng tạo) Bài 4: Ammonia và một số hợp chất ammonium

Mở đầu trang 24 Hóa học 11: Ammonia là một hợp chất của hydrogen và nitrogen, có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất. Ammonia có những tính chất và ứng dụng gì?

Lời giải:

- Tính chất vật lí của ammonia: chất khí, không màu, mùi khai, xốc, nhẹ hơn không khí. Ammonia tan rất nhiều trong nước.

- Tính chất hoá học: Ammonia thể hiện tính khử và tính base trong các phản ứng hoá học.

Ví dụ:

+ Tính khử: $2\stackrel{-3}{N{H}_3}+3\stackrel{+2}{CuO}\to 3\stackrel{0}{Cu}+\stackrel{0}{N_2}+3H_{2}O$

+ Tính base:

- Ứng dụng của ammonia: Ammonia được sử dụng để sản xuất nitric acid, các loại phân đạm. Ammonia còn được sử dụng làm chất làm lạnh, làm dung môi và nhiều ứng dụng quan trọng khác trong đời sống và sản xuất.

1. Cấu tạo phân tử của ammonia

Câu hỏi thảo luận 1 trang 24 Hóa học 11: Quan sát Hình 4.1, mô tả cấu tạo của phân tử ammonia. Dự đoán tính tan (trong nước) và tính oxi hoá – khử của ammonia. Giải thích.

Lời giải:

- Phân tử NH₃ có cấu trúc chóp tam giác, với nguyên tử nitrogen ở đỉnh, đáy là một tam giác mà đỉnh là 3 nguyên tử hydrogen.

- Do có thể tạo được liên kết hydrogen với nước nên ammonia tan rất nhiều trong nước.

- Trong phân tử NH₃, nitrogen có số oxi hoá là -3, đây là số oxi hoá thấp nhất của nitrogen nên NH₃ có tính khử khi tham gia phản ứng hoá học.

2. Tính chất của ammonia

Câu hỏi thảo luận 2 trang 25 Hóa học 11: Quan sát Hình 4.2, giải thích hiện tượng thí nghiệm. Từ đó cho biết, tại sao không thu khí ammonia bằng phương pháp đẩy nước.

Lời giải:

- Giải thích hiện tượng thí nghiệm:

+ Nước pha phenolphthalein sẽ bị hút lên bình chứa khí ammonia và phun thành tia do khí ammonia tan nhiều trong nước (ở điều kiện thường, 1 lít nước có thể hoà tan khoảng 800 lít khí ammonia) làm giảm áp suất trong bình và nước bị hút vào bình.

+ Nước phun thành tia màu hồng do dung dịch ammonia có tính base.

- Không thu khí ammonia bằng phương pháp đẩy nước do ammonia tan tốt trong nước.

Câu hỏi thảo luận 3 trang 25 Hóa học 11: Tính tỉ khối của NH₃ so với không khí. Từ kết quả đó, hãy giải thích vì sao có thể thu khí NH₃ bằng phương pháp đẩy không khí (úp ngược bình).

Lời giải:

$d_{N{H}_3/KK}=\frac{M_{N{H}_3}}{M_{KK}}=\frac{17}{29}<1$

Từ kết quả trên ta thấy khí NH₃ nhẹ hơn không khí nên có thể thu khí NH₃ bằng phương pháp đẩy không khí (úp ngược bình).

Câu hỏi thảo luận 4 trang 25 Hóa học 11: Từ sự kết hợp giữa NH₃ với nước, nhận xét tính acid – base của NH₃ trong dung dịch. Nêu cách nhận biết khí NH₃ bằng quỳ tím. Giải thích.

Lời giải:

NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH^-

NH₃ nhận proton (H⁺) nên đóng vai trò là base.

Do đó có thể nhận biết khí NH₃ bằng giấy quỳ tím ẩm (hiện tượng: giấy quỳ tím ẩm chuyển sang màu xanh).

Câu hỏi thảo luận 5 trang 25 Hóa học 11: Chuẩn bị hai đầu đũa thuỷ tinh quấn bông. Đũa 1 nhúng vào dung dịch HCl đặc, đũa 2 nhúng vào dung dịch NH₃ đặc, sau đó đưa lại gần nhau (Hình 4.3). Quan sát và nêu hiện tượng xảy ra. Từ đó, đề xuất phương pháp nhận biết ammonia bằng dung dịch HCl đặc.

Lời giải:

- Hiện tượng: Có khói trắng xuất hiện.

- Phương pháp nhận biết ammonia bằng dung dịch HCl đặc: Mở nắp hai bình đựng hai dung dịch để cạnh nhau, nếu có khói trắng xuất hiện Þ bình hoá chất cần nhận biết là ammonia.

Phương trình hoá học: NH₃ + HCl → NH₄Cl.

Câu hỏi thảo luận 6 trang 26 Hóa học 11: Cho biết ammonia thể hiện tính chất gì trong phản ứng với acid và oxygen.

Lời giải:

- Trong phản ứng với acid, ammonia thể hiện tính base:

- Trong phản ứng với oxygen, ammonia thể hiện tính khử:

$4\stackrel{-3}{N}{H}_3+3O_2\stackrel{t°}{\to }2\stackrel{0}{N_2}+6H_{2}O$

$4\stackrel{-3}{N}{H}_3+5O_2\stackrel{t°,xt}{\to }4\stackrel{+2}{NO}+6H_{2}O$

3. Tổng hợp ammonia

Câu hỏi thảo luận 7 trang 26 Hóa học 11: Dựa vào nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier, hãy cho biết để tăng hiệu suất tổng hợp NH₃, cần điều chỉnh nhiệt độ và áp suất như thế nào. Điều đó có gây trở ngại gì cho phản ứng tổng hợp NH₃ trên thực tế hay không? Vì sao?

Lời giải:

N₂(g) + 3H₂(g) $\stackrel{t°,xt,p}{\rightleftharpoons }$ 2NH₃(g)    ${∆}_r{H}_{298}^0=-91,8kJ$

- ${∆}_r{H}_{298}^0=-91,8kJ$ < 0 phản ứng thuận toả nhiệt. 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 380 ^oC – 450 ^oC.

- Khi tăng áp suất, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm số mol khí tức chiều thuận. Do đó phản ứng tổng hợp ammonia diễn ra ở áp suất cao, trong thực tế phản ứng này diễn ra ở 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.

4. Muối ammonium

Câu hỏi thảo luận 8 trang 27 Hóa học 11: Quan sát Hình 4.5, cho biết trạng thái, màu sắc của muối ammonium chloride và đặc tính liên kết của phân tử.

Lời giải:

- Muối ammonium là những chất tinh thể ion, không có màu.

- Muối ammonium đều được tạo bởi cation ammonium (NH₄⁺) và anion gốc acid.

Câu hỏi thảo luận 9 trang 27 Hóa học 11: Quan sát Thí nghiệm, nêu hiện tượng xảy ra. Giải thích. Viết phương trình hoá học khi cho NH₄Cl, NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄ tác dụng với dung dịch NaOH.

Lời giải:

- Hiện tượng: Có khí không màu, mùi khai thoát ra. Khí thoát ra làm xanh giấy màu ẩm.

- Giải thích: Dung dịch muối ammonium đậm đặc tác dụng với dung dịch base khi đun nóng tạo ra sản phẩm là khí ammonia. Khí ammonia làm xanh giấy quỳ tím ẩm.

NH₄⁺ + OH^- $\stackrel{t°}{\to }$ NH₃↑ + H₂O

- Các phương trình hoá học:

NH₄Cl + NaOH $\stackrel{t°}{\to }$ NaCl + NH₃↑ + H₂O

NH₄NO₃ + NaOH $\stackrel{t°}{\to }$ NaNO₃ + NH₃↑ + H₂O

(NH₄)₂SO₄ + 2NaOH $\stackrel{t°}{\to }$ Na₂SO₄ + 2NH₃↑ + 2H₂O

Câu hỏi thảo luận 10 trang 28 Hóa học 11: Đun nóng NH₄Cl (Hình 4.6) thấy có hiện tượng khói trắng trong ống nghiệm. Giải thích.

Lời giải:

Đun nóng NH₄Cl thấy có hiện tượng khói trắng trong ống nghiệm do NH₄Cl bị phân huỷ tạo ra NH₃(g) và HCl(g).

Phương trình hoá học minh hoạ:

NH₄Cl(s) $\stackrel{t°}{\to }$ NH₃(g) + HCl(g).

Luyện tập trang 28 Hóa học 11: Viết phương trình hoá học khi cho dung dịch (NH₄)₂CO₃ tác dụng với các dung dịch KOH, HCl, Ba(OH)₂, CaCl₂.

Lời giải:

Các phương trình hoá học:

(NH₄)₂CO₃ + 2KOH → K₂CO₃ + 2NH₃↑ + 2H₂O

(NH₄)₂CO₃ + 2HCl → 2NH₄Cl + CO₂↑ + H₂O

(NH₄)₂CO₃ + Ba(OH)₂ → BaCO₃↓ + 2NH₃↑ + 2H₂O

(NH₄)₂CO₃ + CaCl₂ → CaCO₃↓ + 2NH₄Cl.

Vận dụng trang 28 Hóa học 11: NH₄HCO₃ là một trong những chất được dùng làm bột nở trong sản xuất bánh bao. Giải thích.

Lời giải:

Do ở nhiệt độ cao NH₄HCO₃ bị phân huỷ tạo thành các khí NH₃, CO₂ và hơi nước. Các khí và hơi này thoát ra làm cho bánh xốp.

NH₄HCO₃ $\stackrel{t°}{\to }$ NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O.

Tuy nhiên việc sử dụng NH₄HCO₃ làm cho bánh có mùi khai, do đó hiện nay người ta thường ít sử dụng.

5. Ứng dụng

Câu hỏi thảo luận 11 trang 28 Hóa học 11: Tìm hiểu thông tin và nêu một số ứng dụng của ammonia trong đời sống và sản xuất.

Lời giải:

Ammonia được sử dụng để sản xuất nitric acid, các loại phân đạm. Ammonia còn được sử dụng làm chất làm lạnh, làm dung môi và nhiều ứng dụng quan trọng khác trong đời sống và sản xuất.

Vận dụng trang 29 Hóa học 11: Hãy giải thích vì sao các loại phân bón như NH₄Cl, NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄ không thích hợp bón cho đất chua.

Lời giải:

Các loại phân bón như NH₄Cl, NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄ không thích hợp bón cho đất chua do ion NH₄⁺ bị thuỷ phân sinh ra H⁺ làm tăng độ chua của đất.

NH₄⁺ + H₂O → NH₃ + H₃O⁺

Bài tập (trang 29)

Bài 1 trang 29 Hóa học 11: Liên kết hoá học trong phân tử NH₃ là liên kết

A. cộng hoá trị phân cực.

B. ion.

C. cộng hoá trị không phân cực.

D. kim loại.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

0,4 < ∆𝛘 = 3,04 – 2,2 = 0,84 < 1,7.

Vậy liên kết trong phân tử NH₃ là liên kết cộng hoá trị phân cực.

Bài 2 trang 29 Hóa học 11: Có thể nhận biết muối ammonium bằng cách cho muối tác dụng với dung dịch kiềm thấy thoát ra một chất khí. Chất khí đó là

A. NH₃.

B. H₂.

C. NO₂.

D. NO.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Dung dịch muối ammonium tác dụng với dung dịch base khi đun nóng tạo ra sản phẩm là khí ammonia.

NH₄⁺ + OH^- $\stackrel{t°}{\to }$ NH₃↑ + H₂O

Bài 3 trang 29 Hóa học 11: Khi thải rác thải sinh hoạt chứa một lượng lớn ion ammonium vào ao, hồ sẽ xảy ra quá trình oxi hoá ammonium thành ion nitrate dưới tác dụng của vi khuẩn. Quá trình này làm giảm oxygen hoà tan trong nước, gây ngạt cho sinh vật sống dưới nước. Người ta phải xử lí nguồn nước gây ô nhiễm đó bằng cách chuyển ion ammonium thành ammonia rồi chuyển tiếp thành nitrogen không độc. Hãy đề xuất một số hoá chất để thực hiện quá trình trên và viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra.

Lời giải:

Một số hoá chất để thực hiện quá trình trên: Ca(OH)₂; O₂…

Phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra:

+ Chuyển ion ammonium thành ammonia:

NH₄⁺ + OH^- → NH₃↑ + H₂O

+ Chuyển ammonia thành nitrogen:

4NH₃ + 3O₂ $\stackrel{t°}{\to }$ 2N₂ + 6H₂O.

Bài 4 trang 29 Hóa học 11: Cho cân bằng hoá học:

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)    ${∆}_r{H}_{298}^0=-92kJ$

Cân bằng chuyển dịch theo chiều nào (có giải thích) khi:

a) tăng nhiệt độ.

b) tách ammonia ra khỏi hỗn hợp phản ứng.

c) giảm thể tích của hệ phản ứng.

Lời giải:

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)    ${∆}_r{H}_{298}^0=-92kJ$

a) Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt, tức chiều nghịch.

b) Khi tách ammonia ra khỏi hỗn hợp phản ứng cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng ammonia, tức chiều thuận.

c) Khi giảm thể tích của hệ phản ứng tức tăng áp suất cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm số mol khí, tức chiều thuận.

Bài 5 trang 29 Hóa học 11: Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra khi cho dung dịch (NH₄)₂SO₄ tác dụng với dung dịch NaOH, dung dịch Ba(OH)₂, dung dịch BaCl₂, dung dịch Ba(NO₃)₂.

Lời giải:

Các phương trình hoá học xảy ra:

(NH₄)₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2NH₃↑ + 2H₂O.

(NH₄)₂SO₄ + Ba(OH)₂ → BaSO₄↓ + 2NH₃↑ + 2H₂O.

(NH₄)₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2NH₄Cl.

(NH₄)₂SO₄ + Ba(NO₃)₂ → BaSO₄↓ + 2NH₄NO₃.

Xem thêm các bài giải SGK Hóa lớp 11 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác: