Lý thuyết Hóa học 11 Bài 5: Ammonia. Muối ammonium

- Phân tử ammonia được tạo bởi một nguyên tử nitrogen liên kết với ba nguyên tử hydrogen và có dạng hình học là chóp tam giác.

Công thức Lewis và dạng hình học của NH3

- Đặc điểm cấu tạo của phân tử ammonia:

+ 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 nguyên tử nitrogen làm cho nguyên tử hydrogen mang một phần điện tích dương.

+ Liên kết N–H tương đối bền với năng lượng liên kết là 386 kJ/mol.

- Ammonia tồn tại ở cả trong môi trường đất, nước, không khí. Trong cơ thể người, ammonia được tạo ra trong quá trình chuyển hoá thức ăn chứa protein.

- Ở điều kiện thường, ammonia tồn tại ở thể khí, không màu, nhẹ hơn không khí, mùi khai và xốc. Ammonia tan nhiều trong nước. Ở điều kiện thường, 1 lít nước hoà tan được khoảng 700 lít khí ammonia. Ammonia dễ hoá lỏng (hoá lỏng ở –33,3 °C) và dễ hoá rắn (hoá rắn ở –77,7 °C).

a) Tính base

- Trong dung dịch, một phần số phân tử ammonia nhận proton của nước, tạo thành ion ammonium ( $NH_{4}^{+}$ ).

- Dung dịch ammonia có môi trường base yếu, làm quỳ tím chuyển sang màu xanh, phenolphthalein chuyển sang màu hồng.

- Ở thể khí, ammonia cũng có khả năng nhận proton, thể hiện tính chất của một base Bronsted – Lowry.

Ví dụ: NH₃(g) + HCl(g) → NH₄Cl(s).

b. Tính khử

- Trong phân tử ammonia, nguyên tử nitrogen có số oxi hoá –3 (số oxi hoá thấp nhất của nitrogen) nên ammonia thể hiện tính khử.

- Khi đốt cháy trong oxygen, ammonia cháy với ngọn lửa màu vàng.

4NH₃ + 3O₂ $\overset{t^{o}}{\to}$ 2N₂ + 6H₂O

- Trong công nghiệp, phản ứng giữa ammonia và oxygen được thực hiện ở nhiệt độ 800 °C – 900 °C với xúc tác Pt.

4NH₃ + 5O₂ $\overset{t^{o} , Pt}{\to}$ 4NO + 6H₂O

Phản ứng trên là giai đoạn trung gian quan trọng trong quá trình sản xuất nitric acid theo phương pháp Ostwald.

Một số ứng dụng của ammonia được thể hiện trong sơ đồ sau:

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.

II. Muối ammonium

Một số muối ammonium phổ biến: NH₄Cl, NH₄ClO₄, NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄, NH₄H₂PO₄, (NH₄)₂HPO₄, NH₄HCO₃, (NH₄)₂Cr₂O₇.

Hầu hết các muối ammonia đều tan trong nước và phân li hoàn toàn ra ion.

Ví dụ:

$NH_{4}Cl \to NH_{4} + Cl^{-}$

Chú ý: Dạng hình học của ion ammonium:

Khi đun nóng hỗn hợp muối ammonium với dung dịch kiềm, sinh ra khí ammonia có mùi khai.

Ví dụ:

(NH₄)₂SO₄ + 2NaOH $\overset{t^{o}}{\to}$ Na₂SO₄ + 2NH₃ + 2H₂O

Phương trình ion rút gọn: $NH_{4} + OH^{-}\overset{t^{o}}{\to}NH_{3} + H_{2}O$

Các muối ammonium đều kém bền nhiệt và dễ bị phân huỷ khi đun nóng.

Ví dụ:

NH₄Cl $\overset{t^{o}}{\to}$ NH₃ + HCl

NH₄HCO₃ $\overset{t^{o}}{\to}$ NH₃ + CO₂ + H₂O

NH₄NO_{3 $\overset{t^{o}}{\to}$} N₂O + 2H₂O

4. Ứng dụng

Một số ứng dụng của muối ammonium được thể hiện ở sơ đồ sau: