CHUYÊN ĐỀ 2 · HOÁ HỌC 11 KẾT NỐI TRI THỨC
Chuyên đề: Nitrogen và Sulfur — Lý thuyết và Phương pháp giải
Tổng hợp kiến thức trọng tâm về đơn chất nitrogen và sulfur, ammonia, muối ammonium, các oxide của nitrogen, nitric acid, sulfur dioxide, sulfuric acid và muối sulfate cùng các dạng bài tập kim loại tác dụng với acid oxi hoá mạnh theo SGK Hoá học 11 Kết nối tri thức.
I. Đơn chất Nitrogen, Ammonia và Muối Ammonium
1. Đơn chất Nitrogen ()
Cấu tạo và Tính chất của Nitrogen
- Cấu tạo: Phân tử gồm hai nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết ba có năng lượng liên kết rất lớn (). Do đó, rất trơ về mặt hoá học ở nhiệt độ phòng.
- Tính oxi hoá (ở nhiệt độ cao): Tác dụng với kim loại hoạt động mạnh ( ở nhiệt độ thường; tác dụng với khi đun nóng) và tác dụng với tạo .
- Tính khử: Tác dụng với ở nhiệt độ khoảng hoặc tia lửa điện: .
2. Ammonia () và Muối Ammonium ()
| Hợp chất | Cấu tạo & Tính chất vật lí | Tính chất hoá học đặc trưng | Phương trình minh hoạ tiêu biểu |
|---|---|---|---|
| Ammonia () | Cấu trúc chóp tam giác, phân cực mạnh, tạo liên kết hydrogen liên phân tử, tan rất nhiều trong nước. | Tính base yếu: Nhận . Tính khử mạnh: N có số oxi hoá . |
|
| Muối Ammonium () | Tinh thể ion, dễ tan trong nước tạo cation . | Tác dụng với dung dịch kiềm giải phóng khí mùi khai; Dễ bị nhiệt phân huỷ. |
Tỉ lệ mol ban đầu , đúng bằng tỉ lệ hệ số tỉ lượng trên phương trình nên hiệu suất tính theo chất nào cũng như nhau.
Gọi là số mol đã tham gia phản ứng ().
Theo phương trình hoá học:
- Số mol phản ứng: .
- Số mol sinh ra: .
- Số mol các chất sau phản ứng: ; ; .
Tổng số mol khí sau phản ứng:
Theo đề bài: .
Hiệu suất của phản ứng tổng hợp ammonia:
Kết luận: Hiệu suất của phản ứng tổng hợp ammonia đạt .
II. Các Oxide của Nitrogen, Hiện tượng phú dưỡng và Nitric Acid
1. Các Oxide của Nitrogen () và Vấn đề Môi trường
- Mưa acid: Khí và trong khí quyển bị oxi hoá và hoà tan vào nước mưa tạo thành dung dịch và loãng có , gây huỷ hoại rừng, ăn mòn công trình kim loại, đá vôi.
- Hiện tượng phú dưỡng (Eutrophication): Do dư thừa các ion dinh dưỡng như và trong nguồn nước ao, hồ làm tảo sinh sôi nhanh chóng, khi chết đi tiêu thụ oxy hoà tan khiến cá và thuỷ sinh vật bị ngạt chết.
Tính chất hoá học đặc trưng của Nitric Acid ()
- Tính acid mạnh: Làm quỳ tím hoá đỏ, tác dụng với basic oxide, base, muối của acid yếu.
- Tính oxi hoá rất mạnh:
- Tác dụng với hầu hết kim loại (trừ ): Oxi hoá kim loại lên số oxi hoá cao nhất mà không giải phóng khí . Tuỳ nồng độ acid và tính khử của kim loại mà tạo sản phẩm khử: (khí màu nâu đỏ), (khí không màu hoá nâu trong không khí), .
- Lưu ý: Kim loại bị thụ động hoá trong đặc nguội.
- Tác dụng với phi kim () và các hợp chất có tính khử ().
Số mol : .
Quá trình nhường và nhận electron:
Thể tích khí ở điều kiện chuẩn (, , ):
Bảo toàn nguyên tố magnesium: .
Khối lượng muối nitrate khan:
Kết luận: Thể tích khí là và khối lượng muối là .
III. Đơn chất Sulfur và Sulfur Dioxide
1. Đơn chất Sulfur (Lưu huỳnh)
Sulfur () có các số oxi hoá thường gặp: . Ở trạng thái đơn chất (số oxi hoá ), sulfur vừa thể hiện tính oxi hoá, vừa thể hiện tính khử:
- Tính oxi hoá: Tác dụng với kim loại () khi đun nóng tạo muối sulfide (); tác dụng với thuỷ ngân ngay ở nhiệt độ thường ( — dùng để thu hồi thuỷ ngân rơi vãi an toàn).
- Tính khử: Tác dụng với các phi kim có độ âm điện lớn hơn (): .
2. Sulfur Dioxide (): Tính chất và Bài toán sục vào dung dịch kiềm
Tính tỉ lệ mol: Lập tỉ lệ .
Biện luận sản phẩm tạo thành:
- : Chỉ tạo muối acid (dư nếu ).
- : Tạo cả hai muối và .
- : Chỉ tạo muối trung hoà (dư nếu ).
Giải hệ bảo toàn nguyên tố: Đặt rồi lập hệ: và .
Số mol các chất tham gia phản ứng:
Xét tỉ lệ mol:
Vì nên phản ứng tạo hai muối: () và ().
Phương trình hoá học:
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố:
Khối lượng các muối thu được:
Kết luận: Dung dịch thu được gồm và .
IV. Sulfuric Acid, Muối Sulfate và Quy trình Tiếp xúc
1. Tính chất của Sulfuric Acid ()
| Đặc tính | loãng | đặc, nóng |
|---|---|---|
| Tính acid | Acid mạnh: Đổi màu quỳ đỏ, tác dụng kim loại trước H giải phóng , tác dụng basic oxide, base, muối. | Vẫn giữ đầy đủ tính acid mạnh; phản ứng toả nhiệt rất lớn khi pha loãng với nước (luôn rót từ từ acid vào nước, không làm ngược lại). |
| Tính oxi hoá | Oxi hoá do ion : Chỉ oxi hoá các kim loại đứng trước hydrogen trong dãy hoạt động. | Oxi hoá cực mạnh do nguyên tử : Oxi hoá hầu hết kim loại (trừ ), phi kim () tạo hoặc . |
| Tính háo nước | Không rõ rệt. | Hút nước mạnh mẽ, làm than hoá các hợp chất carbohydrate như đường mía (), cellulose. |
2. Nhận biết Ion Sulfate () và Sản xuất
- Thuốc thử nhận biết : Dung dịch chứa ion (như ) tạo kết tủa trắng không tan trong acid: .
- Quy trình tiếp xúc sản xuất gồm 3 giai đoạn:
(1) Sản xuất : Đốt sulfur hoặc quặng pyrite ().
(2) Oxi hoá thành : .
(3) Hấp thụ bằng đặc tạo oleum (), sau đó pha loãng oleum bằng nước để thu nồng độ mong muốn.
Khối lượng nguyên chất có trong () quặng pyrite:
Sơ đồ chuyển hoá nguyên tố sulfur qua các giai đoạn sản xuất:
Theo sơ đồ bảo toàn nguyên tố sulfur:
Khối lượng nguyên chất thực tế thu được với hiệu suất :
Khối lượng dung dịch thu được:
Kết luận: Khối lượng dung dịch thu được là (hay ).
🌟 Ghi nhớ kiến thức trọng tâm
- Đơn chất trơ ở nhiệt độ thường do có liên kết ba bền vững (); hoạt động hoá học ở nhiệt độ cao (thể hiện tính khử và tính oxi hoá).
- Ammonia () có cấu trúc chóp tam giác, thể hiện tính base yếu (nhận proton) và tính khử mạnh do nguyên tử có số oxi hoá .
- Nitric acid () là acid mạnh và chất oxi hoá rất mạnh (oxi hoá hầu hết kim loại trừ Au, Pt lên số oxi hoá cao nhất, không giải phóng ).
- Sulfur và Sulfur dioxide () có số oxi hoá trung gian ( và ) nên vừa thể hiện tính khử, vừa thể hiện tính oxi hoá.
- Sulfuric acid đặc () có tính oxi hoá rất mạnh đối với kim loại, phi kim và có tính háo nước mãnh liệt (than hoá carbohydrate).
Câu hỏi ôn tập & củng cố kiến thức
Vì sao không được dùng nước để dập đám cháy kim loại magnesium?
Vì sao để pha loãng sulfuric acid đặc, ta phải rót từ từ acid vào nước mà không làm ngược lại?
Kim loại nào bị thụ động hoá trong dung dịch HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội?
Đề kiểm tra trắc nghiệm: Nitrogen & Sulfur
5 đề theo 5 cấp độ, mỗi đề 22 câu · 90 phút, chỉ gồm kiến thức trong chuyên đề này. Chấm điểm ngay sau khi nộp.