Giải bài tập Hóa học lớp 11 Bài 4: Đơn chất nitrogen
Mở đầu trang 26 Hoá học 11: Vì sao người ta phải bơm khí nitrogen vào các khoang chứa của tàu chở dầu sau khi chuyển dầu ra khỏi khoang?
Lời giải:
Người ta phải bơm khí nitrogen vào các khoang chứa của tàu chở dầu sau khi chuyển dầu ra khỏi khoang để làm giảm nồng độ của oxygen, giảm nguy cơ cháy nổ. Do tính chất kém hoạt động hoá học (tính trơ), nitrogen không oxi hoá các chất khác ở nhiệt độ thường.
I. Trạng thái tự nhiên của nguyên tố nitrogen
Câu hỏi 1 trang 26 Hoá học 11: Hãy nêu quan điểm của em về phát biểu: “Nitrogen là nguyên tố đặc trưng cho sự sống”.
Lời giải:
Phát biểu “Nitrogen là nguyên tố đặc trưng cho sự sống” là một phát biểu đúng.
Nguyên tố nitrogen có trong cơ thể của mọi loại sinh vật chủ yếu ở dạng các hợp chất hữu cơ như amino acid, nucleic acid, protein, chlorophyll (chất diệp lục), … Các hợp chất này đóng vai trò quan trọng cho những quá trình sinh hoá của sinh vật.
II. Đơn chất nitrogen
Luyện tập 1 trang 27 Hoá học 11: Cho biết năng lượng liên kết của phân tử fluorine, nitrogen lần lượt là 159 kJ mol−1 và 946 kJ mol−1.
a) Giải thích nguyên nhân chính dẫn đến sự khác biệt giá trị năng lượng liên kết giữa hai phân tử trên.
b) Cho biết chất nào hoạt động hoá học hơn.
Lời giải:
a) Nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt giá trị năng lượng liên kết giữa hai phân tử fluorine và nitrogen do:
– Giữa 2 nguyên tử fluorine trong phân tử F2 có liên kết đơn.
– Giữa 2 nguyên tử nitrogen trong phân tử N2 có liên kết ba.
b) Trong hai phân tử trên, fluorine hoạt động hơn do liên kết ba giữa hai nguyên tử N trong phân tử nitrogen có năng lượng liên kết rất lớn (946 kJ mol-1) nên rất khó bị phá vỡ.
Câu hỏi 2 trang 27 Hoá học 11: Dựa vào giá trị biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng, hãy cho biết phản ứng giữa nitrogen với hydrogen hay oxygen diễn ra thuận lợi hơn.
Lời giải:
Vậy phản ứng giữa nitrogen với hydrogen là phản ứng toả nhiệt.
Vậy phản ứng giữa nitrogen với oxygen là phản ứng thu nhiệt.
⇒ Phản ứng giữa nitrogen với hydrogen diễn ra thuận lợi hơn.
Luyện tập 2 trang 27 Hoá học 11: Sử dụng kiến thức hoá học để giải thích câu ca dao sau:
“Lúa chiêm lấp ló đầu bờ
Hễ nghe tiếng sấm, phất cờ mà lên”
Lời giải:
Khi có sấm sét, nitrogen và oxygen trong không khí phản ứng với nhau tạo thành nitrogen monoxide (NO):
Sau đó, nitrogen monoxide nhanh chóng bị oxi hoá bởi oxygen trong khí quyển tạo thành nitrogen dioxide (NO2):
2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)
Tiếp theo là quá trình nitrogen dioxide chuyển thành acid trong nước mưa, theo phản ứng:
4NO2(g) + 2H2O(l) + O2(g) → 4HNO3(aq)
Nước mưa với nồng độ acid phù hợp sẽ cũng cấp đạm cho đất ở dạng ion nitrate cần thiết cho cây trồng.
Bài 1 trang 29 Hoá học 11: Dựa vào các giá trị năng lượng liên kết, hãy dự đoán ở nhiệt độ thường thì đơn chất nitrogen hay chlorine dễ phản ứng với hydrogen hơn. Cho biết năng lượng liên kết Cl – Cl trong phân tử chlorine là 243 kJ mol−1.
Lời giải:
Dự đoán ở nhiệt độ thường thì chlorine dễ phản ứng với hydrogen hơn. Do liên kết ba giữa hai nguyên tử N trong phân tử nitrogen có năng lượng liên kết rất lớn (946 kJ mol-1) nên rất khó bị phá vỡ.
Bài 2 trang 29 Hoá học 11: Viết phương trình hoá học của phản ứng giữa nitrogen với hydrogen và với oxygen. Nêu ứng dụng của mỗi phản ứng này trong thực tế.
Lời giải:
– Phản ứng của nitrogen với hydrogen:
Trong thực tế, phản ứng này được ứng dụng trong công nghiệp để sản xuất NH3 – nguyên liệu để sản xuất phân bón, nitric acid …
– Phản ứng của nitrogen với oxygen:
Trong khí quyển, phản ứng này chính là sự khởi đầu cho quá trình tạo thành ion nitrate, được coi là một nguồn cung cấp đạm tự nhiên cho đất.
Bài 3 trang 29 Hoá học 11: Trong công nghiệp, ammonia được sản xuất dựa vào phản ứng thuận nghịch giữa nitrogen và hydrogen trong thiết bị kín.
a) Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì trong thiết bị sẽ có các khí nào?
b) Hãy tìm hiểu về nhiệt độ hoá lỏng của mỗi khí có trong thiết bị. Từ đó cho biết, nếu giữ nguyên áp suất và làm lạnh thiết bị thì khí nào sẽ hoá lỏng đầu tiên.
Lời giải:
a) Do phản ứng thuận nghịch nên khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì trong thiết bị sẽ có các khí: N2, H2 và NH3.
b) Nhiệt độ hoá lỏng của N2, H2 và NH3 lần lượt là: -196 oC, – 252,87 oC, -33 oC.
Do đó, nếu giữ nguyên áp suất và làm lạnh thiết bị thì khí NH3 sẽ hoá lỏng đầu tiên.
Xem thêm các bài giải SGK Hóa học lớp 11 Cánh diều hay, chi tiết khác:
Bài 3: pH của dung dịch. Chuẩn độ acid – base
Bài 4: Đơn chất nitrogen
Bài 5: Một số hợp chất quan trọng của nitrogen
Bài 6: Sulfur và sulfur dioxide
Bài 7: Sulfuric acid và muối sulfate