Mở đầu (trang 30) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Trong các ao tù có thể tích tụ lượng đáng kể ion ammonium. Có thể nhận biết sự có mặt của ion ammonium trong các ao tù bằng những cách nào? Giải thích.
Trả lời:
- Đun nóng dung dịch nước ao trong kiềm, nếu sinh ra khí có mùi khai và xốc và làm quỳ tím ẩm hóa xanh => có ion ammonium trong ao.
I. Ammonia
1. Cấu tạo phân tử và tính chất vật lí
Luyện tập 1 (trang 31) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Cho thí nghiệm được thiết kế như hình dưới đây.
Trong thí nghiệm này, nước pha phenolphthalein sẽ bị hút lên bình chứa khí ammonia và phun thành những tia màu hồng. Hãy giải thích hiện tượng trên.
Lời giải:
- Khí ammonia tan nhiều trong nước. làm áp suất trong bình khí chứa ammonia giảm, hút nước có pha phenolphthalein lên bình, phun thành tia; khí ammonia có tính base, làm phenolphthalein hóa hồng nên các tia nước phun lên có màu hồng.
2. Tính chất hóa học
Câu hỏi 1 (trang 31) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Khi giấy quỳ tím ẩm tiếp xúc với khí ammonia thì hiện tượng gì sẽ xảy ra?
- Ammonia là một base theo thuyết Bronsted – Lowry. Do đó, khi giấy quỳ tím ẩm tiếp xúc với khí ammonia thì giấy quỳ ẩm sẽ chuyển sang màu xanh.
Luyện tập 2 (trang 32) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Ammonia thể hiện tính base, tính khử ở quá trình nào dưới đây? Giải thích.
(1) Cho ammonia phản ứng với nitric acid (HNO3) để tạo phân bón ammonium nitrate (NH4NO3).
(2) Dùng ammonia tẩy rửa lớp copper(II) oxide phủ trên bề mặt kim loại đồng, tạo kim loại, nước và khí nitrogen.
Lời giải:
(1) NH3 + HNO3 → NH4NO3
Ammonia thể hiện tính base, vì ammonia phản ứng với acid tạo muối.
(2) 2NH3 + 3CuO → 3Cu + 2N2↑ + 3H2O
Amonia thể hiện tính khử, vì nguyên tử N trong phân tử ammonia có số oxi hóa -3 → có số oxi hóa 0 trong phân tử nitrogen.
Câu hỏi 2 (trang 33) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Khi làm lạnh hỗn hợp khí gồm ammonia, hydrogen và nitrogen thì ammonia sẽ hoá lỏng trước. Tính chất vật lí nào của các chất giúp giải thích hiện tượng trên?
Trả lời:
- Khi làm lạnh hỗn hợp khí gồm ammonia, hydrogen và nitrogen thì ammonia sẽ hoá lỏng trước. Nhiệt hóa lỏng của 3 chất giúp giải thích hiện tượng trên.
- Nhiệt hóa lỏng của N2, H2, NH3 lần lượt là: -196 oC; -252,87 oC; -33,3 oC. Do đó khi giữ nguyên áp suất và làm lạnh thiết bị thì khí NH3 sẽ hoá lỏng đầu tiên.
II. Muối ammonium
Vận dụng 1 (trang 33) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Để giảm sốt hoặc giảm đau, người ta có thể dùng túi chườm lạnh chứa hoá chất. Hãy tìm hiểu về loại túi chườm lạnh này. Từ đó:
a) Cho biết các chất thường được sử dụng trong túi chườm lạnh.
b) Giải thích nguyên nhân giúp túi chườm lạnh có nhiệt độ thấp.
Lời giải:
a) Các chất thường được sử dụng trong túi chườm lạnh: nước, muối ammonium (như NH4Cl).
b) Muối ammonium (ví dụ NH4Cl rắn) khi hòa vào nước cất sẽ xảy ra quá trình:
NH4Cl (s) → NH4Cl (aq)
Quá trình này thu nhiệt, được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất các túi chườm, giúp giảm đau, giảm viêm do các chấn thương.
Túi chườm hoạt động khi phá vỡ lớp ngăn cách giữa muối ammonium chloride và nước cất.
Câu hỏi 3 (trang 34) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Lượng lớn ammonium nitrate và ammonium chloride được sử dụng làm phân bón. Dựa vào đặc điểm phản ứng nhiệt phân của hai muối này, hãy cho biết muối nào có nguy cơ cháy nổ cao hơn trong quá trình lưu trữ.
Trả lời:
- Phản ứng nhiệt phân ammonium nitrate có enthalpy nhỏ hơn 0 => phản ứng tỏa nhiệt
- Phản ứng nhiệt phân ammonium chloride có enthalpy lớn hơn 0 => phản ứng thu nhiệt
=> Muối ammonium nitrate có nguy cơ cháy nổ cao hơn trong quá trình lưu trữ.
III. Ứng dụng của ammonia và một số muối ammonium
Luyện tập 3 (trang 34) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Xác định tỉ lệ mol kết hợp giữa NH3 và H3PO4 để tạo ra diammonium hydrogen phosphate (dùng làm phân bón phức hợp DAP). Viết phương trình hoá học của phản ứng.
Lời giải:
- Tỉ lệ mol kết hợp giữa NH3 và H3PO4 để tạo ra diammonium hydrogenphosphate (NH4)2HPO4 là 2 : 1.
- Phương trình hoá học của phản ứng: 2NH3 + H3PO4 → (NH4)2HPO4.
IV. Nguồn gốc của một số oxide của nitrogen trong không khí – mưa acid
Luyện tập 4 (trang 35) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Viết phương trình hoá học minh hoạ tác động của mưa acid đối với calcium carbonate trong núi đá vôi và với kim loại sắt có trong thép.
Lời giải:
V. Nitric acid
Câu hỏi 4 (trang 35) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Cho biết số oxi hoá của nitrogen trong mỗi phân tử và ion sau: NH3; NH4+; N2; N2O; NO; NO2; HNO2; HNO3.
Trả lời:
Câu hỏi 5 (trang 36) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Công thức Lewis của HNO3 như dưới đây có phù hợp không?
Trả lời:
Công thức Lewis của HNO3 không phù hợp. Vì N đang bị thừa octet
=> sửa lại như sau:
VI. Hiện tượng phú dưỡng
Luyện tập 5 (trang 36) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Khi khơi thông nguồn nước thì nguy cơ xảy ra hiện tượng phú dưỡng sẽ tăng hay giảm? Giải thích.
Lời giải:
- Hiện tượng phú dưỡng là sự tích tụ lượng lớn các chất dinh dưỡng trong các nguồn nước
- Khi khơi thông nguồn nước thì nguy cơ xảy ra hiện tượng phú dưỡng giảm vì khơi thông nguồn nước giúp giảm hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nguồn nước.
Luyện tập 6 (trang 36) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Dựa vào những dấu hiệu nào để dự đoán đã có hiện tượng phú dưỡng xảy ra trong một ao nước hay hồ nước?
Lời giải:
Những dấu hiệu để dự đoán đã có hiện tượng phú dưỡng xảy ra trong một ao nước hay hồ nước:
+ Sự xuất hiện dày đặc của tảo xanh trong nước;
+ Nguồn thuỷ sản trong ao hồ bị suy kiệt;
+ Xuất hiện mùi hôi thối khó chịu…
Vận dụng 2 (trang 36) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Nhiều loài thuỷ hải sản được nuôi trong hồ, ao, "vuông" (cách gọi của người miền Tây Nam bộ về khu vực ruộng được khoanh vùng, cải tạo để nuôi thủy hải sản),...
Để hạn chế nguy cơ xảy ra hiện tượng phú dưỡng trong hồ, ao, vuông,... người nuôi thuỷ hải sản nên làm gì? Giải thích.
Lời giải:
Để hạn chế hiện tượng phú dưỡng, cần:
- Tạo điều kiện để nước trong kênh rạch, ao, hồ được lưu thông.
- Xử lí nước thải trước khi cho chảy vào kênh rạch, ao, hồ.
- Sử dụng phân bón đúng liều lượng, đúng cách, đúng thời điểm trong năm để hạn chế sự rửa trôi ion từ nguồn phân bón dư thừa vào kênh rạch, ao, hồ.
Vận dụng 3 (trang 37) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Hãy tìm hiểu tình trạng phú dưỡng ở địa phương em. Từ đó, đề xuất biện pháp hạn chế hiện tượng này.
Lời giải:
- Tình trạng: Địa phương em trồng nhiều cây công nghiệp, cây ăn quả. Việc bón phân để bổ sung các chất dinh dưỡng cho cây trồng là điều cần thiết, tuy nhiên lượng phân bón được sử dụng còn bị dư thừa, chảy vào vùng nước tù đọng làm tăng hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng trong nước gân nên hiện tượng phú dưỡng tại các ao, hồ.
- Biện pháp:
+ Sử dụng phân bón đúng liều lượng, đúng cách, đúng thời điểm trong năm để hạn chế sự rửa trôi ion từ nguồn phân bón dư thừa vào kênh rạch, ao, hồ.
+ Xử lí nước thải trước khi đổ vào ao, hồ….Tuyên truyền toàn dân chung sức ngăn chặn hành vi xả thải trái phép chưa qua xử lí ra môi trường. Báo cáo chính quyền xử lí khi thấy hiện tượng xả thải trái phép ra môi trường.
+ Trồng một số thực vật thuỷ sinh phù hợp với môi trường phú dưỡng: bèo tây, ngổ trâu, cải xoong … Trồng thực vật thủy sinh cũng sẽ làm giảm mức độ dinh dưỡng trong nước ao, hồ và do đó không khuyến khích sự nhân lên của thực vật phù du.
Bài tập
Bài tập 1 (trang 38) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Vì sao nói ammonia có vai trò rất quan trọng đối với nông nghiệp? Cho ví dụ minh hoạ.
Lời giải:
Gần đây, mỗi năm có khoảng hàng trăm triệu tấn ammonia được sản xuất trên toàn cầu. Trong đó, có khoảng 80% được sử dụng để sản xuất phân đạm ammonium, urea … để cung cấp nguyên tố nitrogen cho đất và cây trồng. Ví dụ phản ứng dưới đây dùng để tổng hợp ra phân bón với thành phần chính là ammonium sulfate:
2NH3(aq) + H2SO4(aq) → (NH4)2SO4(aq)
Vì thế có thể nói ammonia có vai trò rất quan trọng đối với nông nghiệp.
Bài tập 2 (trang 38) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng tổng hợp ammonia từ nitrogen và hydrogen có giá trị âm nhưng vì sao quá trình Haber lại chọn nhiệt độ phản ứng khá cao, vào khoảng 400 °C - 600 °C?
Lời giải:
- Vì khi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ quá thấp thì tốc độ của phản ứng nhỏ, phản ứng diễn ra chậm. Theo thực tế, người ta đã chọn nhiệt độ phù hợp, khoảng 400 °C – 600 °C.
Bài tập 3 (trang 38) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Ở 472 °C, hằng số cân bằng của phản ứng tổng hợp ammonia từ nitrogen và hydrogen theo quá trình Haber là Kc = 0,105. Giả sử, kết quả phân tích cho thấy tại thời điểm cân bằng, nồng độ của nitrogen và hydrogen trong buồng phản ứng lần lượt là 0,0201 M và 0,0602 M.
a) Hãy tính nồng độ mol của ammonia có trong buồng phản ứng tại thời điểm cân bằng.
b) Làm thế nào để tách được ammonia ra khỏi hỗn hợp?
Lời giải:
Bài tập 4 (trang 38) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Quá trình đốt cháy nhiên liệu trong ô tô sinh ra nhiều khi như SO2, CO, NO. Từ năm 1975, người ta thiết kế “bộ chuyển đổi xúc tác” trong hệ thống xả khí của ô tô (và cả trong máy phát điện) nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng:
2CO(g) + 2NO(g) → 2CO2(g) + N2(g)
a) Cho biết ý nghĩa của phản ứng trên đối với môi trường.
b) Trong phản ứng trên, chất nào là chất oxi hoá, chất nào là chất khử? Giải thích.
c) Giá trị enthalpy tạo thành chuẩn của CO(g), NO(g), CO2(g) lần lượt là 110,5; 91,3; –393,5 (kJ mol−1). Hãy tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng trên. Phản ứng trên có thuận lợi về mặt năng lượng không? Giải thích.
Lời giải
a) Phản ứng trên hạn chế sự phát thải khí NOx ra môi trường, làm giảm hiện tượng mưa acid, sương mù quang hóa, hiệu ứng nhà kính, thủng tầng ozone... Đây là các hiện tượng làm ô nhiễm môi trường.
b) Chất oxi hóa: NO; Chất khử: CO
C+2 → C+4 + 2e
N+2 + 2e → C0
c) enthalpy tạo thành chuẩn của N2 là 946 kJ mol−1
Bài tập 5 (trang 38) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Viết sơ đồ phản ứng gây ra mưa chứa nitric acid và sulfuric acid.
Lời giải:
Bài tập 6 (trang 38) SGK Hóa 11 Cánh diều Bài 5: Hãy tìm hiểu, chỉ ra các hoạt động tạo thành các khí gây mưa acid tại địa phương em. Đề xuất một số biện pháp giảm thiểu sự tạo thành các khí đó.
Lời giải:
- Một số hoạt động tạo thành các khí gây mưa acid tại địa phương em: khí thải của phương tiện giao thông; khí thải của nhà máy chưa qua xử lí ra môi trường; khí thải do đốt rác, đốt than …
- Một số biện pháp giảm thiểu sự tạo thành các khí này:
+ Tăng cường sử dụng xe đạp, phương tiện công cộng thay cho các phương tiện động cơ cá nhân như ô tô, xe máy …
+ Tăng cường sử dụng các nguồn năng lượng mới, năng lượng sạch, năng lượng tái tạo;
+ Sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên;
+ Cải tiến công nghệ sản xuất, có biện pháp xử lí khí thải và tái chế các sản phẩm phụ có chứa sulfur.