Cấu tạo phân tử của Nitơ, Tính chất vật lí, Tính chất hóa học của Nitơ, Cách điều chế và ứng dụng Nitơ - Hoá 11 bài 7

Nội dung bài viết này giúp các em biết viết cấu hình electron của nguyên tử nitơ, cấu tạo phân tử của nitơ. Biết các tính chất vật lí, tính chất hóa học của nitơ, cách điều chế và ứng dụng của nitơ.

I. Cấu tạo phân tử của Nitơ N₂

1. Cấu tạo phân tử của Nitơ

a) Sơ lược về Nitơ trong bảng tuần hoàn.

- Ký hiệu của Nitơ: N thuộc ô thứ 7 nhóm VA

- Cấu hình electron: 1s²2s²2p³

- Khối lượng nguyên tử: 14

- Khối lượng phân tử: 28

b) Cấu tạo phân tử của Nitơ

- Phân tử Nitơ gồm 2 nguyên tử, giữa chúng hình thành 1 liên kết 3 (N≡N)  

- Trong các hợp chất, các nguyên tố nhóm nitơ có mức oxi hóa cao nhất là +5, ngoài ra còn có các mức -3 và +3. Riêng N còn có thêm các mức oxi hóa +1, +2 và +4.

II. Tính chất vật lý của Nitơ N₂

- Nitơ là chất khí, không màu, không mùi, không vị, không duy trì sự sống và sự cháy.

- Nitơ nhẹ hơn không khí, hóa lỏng ở -196⁰C

III. Tính chất hoá học của Nitơ

- Các mức oxi hóa mà Nitơ (N) có thể có là: -3, 0, +1, +2, +3, +4, +5.

- Vì phân tử chứa liên kết ba rất bền vững nên ở điều kiện thường, nitơ là một chất ít hoạt động chỉ tham gia phản ứng ở nhiệt độ cao. Nitơ vừa là chất khử vừa là chất oxi hóa.

1. Nitơ là chất oxi hóa

a) Nitơ tác dụng với kim loại → Muối Nitrua.

- PTPƯ: N₂ + Kim loại → Muối Nitrua

+ Nhiệt độ thường chỉ tác dụng với Li:          

 6Li + N₂ → 2Li₃N

+ Nhiệt độ cao phản ứng với một số kim loại như Mg, Ca và Al,...

 2Al + N₂ → 2AlN

 3Ca + N₂ → Ca₃N₂

b) Nitơ tác dụng với H₂ → Amoniac

 N₂ + 3H₂  2NH₃

-  Phản ứng này xảy ra trong điều kiện nhiệt độ > 400⁰C; áp suất p và xúc tác Fe.

2. Nitơ là chất khử 

- Phản ứng của Nitơ với Oxi xảy ra ở nhiệt độ 3000⁰C hoặc trong lò hồ quang điện

 N₂ + O₂  2NO

- Khí NO không màu hoá nâu trong không khí do phản ứng:

 2NO _{không màu} + O₂ → 2NO_{2 (màu nâu đỏ)}

3. Cách nhận biết Nitơ

- Trong các bài toán nhận biết, N­₂ thường được để lại để nhận biết sau cùng.

IV. Ứng dụng của Nitơ

- Nguyên tố nitơ là một trong những thành phần dinh dưỡng chính của thực vật.

- Trong công nghiệp, phần lớn lượng nitơ sản xuất ra được dùng để tổng hợp khí amoniac, từ đó sản xuất ra axit nitric, phân đạm,...

- Nhiều ngành công nghiệp như luyện kim, thực phẩm, điện tử,... sử dụng nitơ làm môi trường trơ. Nitơ lỏng được dùng để bảo quản máu và các mẫu vật sinh học khác.

V. Trạng thái tự nhiên của Nitơ

Trong tự nhiên, nitơ tồn tại ở dạng tự do (chiếm 78,16% thể tích của không khí) và dạng hợp chất. Nitơ thiên nhiên là hỗn hợp của hai đồng vị:  (99,63%) và  (0,37%).

Ở dạng hợp chất, nitơ có nhiều trong khoáng chất natri nitrat NaNO₃, với tên gọi là diêm tiêu natri.

VI. Điều chế Nitơ

• Điều chế nitơ trong phòng thí nghiệm:

- Nhiệt phân muối amoni nitrit:

 NH₄NO₂  N₂ + 2H₂O

 NH₄Cl + NaNO₂  N₂ + NaCl + 2H₂O

• Điều chế nitơ trong công nghiệp:

- Chưng cất phân đoạn không khí lỏng. Sau khi đã loại bỏ CO₂ và hơi nước, không khí được hóa lỏng dưới áp suất cao và nhiệt độ rất thấp.

- Nâng nhiệt độ không khí lỏng đến -196^oC thì nitơ sôi và được lấy ra, còn lại là oxi lỏng, vì oxi lỏng có nhiệt độ sôi cao hơn (-183^oC). Khí nitơ được vận chuyển trong các bình thép, nén dưới áp suất 150 atm.