1. Công thức hóa học của Amoniac
Amoniac là một từ được bắt nguồn từ tiếng Pháp và là một hợp chất vô cơ có công thức phân tử là NH3.
Xét trong hình ảnh, một phân tử NH3 là sự tương tác giữa Nitơ và ba nguyên tử Hidro bằng ba liên kết cộng hóa trị phân cực. Sự phân cực này là do ở Nitơ có thừa electron (điện tích âm) và ở Hydro lại thừa điện tích dương. Cấu tạo của NH3 là hình chóp với nguyên tử Nitơ ở đỉnh. Ta có thể thấy trong hình ảnh rằng Nitơ còn một cặp electron. Đây chính là nguyên nhân tính bazơ của NH3.
2. Tính chất vật lý của NH3
Khí amoniac có mùi đặc trưng là mùi khai. Một lượng nhỏ khí NH3 trong tự nhiên được sinh ra ở thận (ở con người) nên nước tiểu thường có mùi khai đặc trưng của khí amoniac. Nồng độ amoniac lớn có khả năng gây chết người.
Ngoài ra, NH3 còn tan nhiều trong nước. Nguyên nhân của hiện tượng này là do hidro dễ hình thành liên kết với nước.
Chất khí Amoniac có tính chất dễ hóa lỏng và có độ phân từ khá lớn bởi liên kết N – H có tính phân cực lớn. Do đó, đây là dung môi hòa tan của nhiều chất. Bởi đặc tính là chất hòa tan dung môi hữu cơ dễ hơi nước vì NH3 có hằng số điện môi nhỏ hơn nước. Vì vậy, khi tác dụng với kim loại kiềm và các kim loại Ca, Sr và Ba sẽ hòa tan NH3 lỏng tạo ra dung dịch xanh thẫm.
Tham khảo ngay bộ tài liệu ôn tập kiến thức và phương pháp giải mọi dạng bài tập trong đề thi THPT Quốc gia môn Hóa
3. Tính chất hóa học của NH3
Tính chất hóa học cơ bản của NH3 là tính khử và tính bazơ yếu. Để hiểu được các ứng dụng của NH3 trong thực tế cũng như giải được các bài tập, học sinh cần nắm vững được các tính chất hoá học của NH3 dưới đây.
3.1. NH3 có tính bazơ yếu
Dung dịch amoniac làm cho quỳ tím hóa xanh và dung dịch phenolphtalein chuyển hồng. Điều này thể hiện cho việc amoniac có tính bazo. Nguyên nhân của vấn đề này là do cặp electron chưa tham gia liên kết ở nguyên tử Nitơ.
Tính bazơ của amoniac yếu hơn NaOH và mạnh hơn Mg(OH)2. Xếp theo thứ tự giảm dần tính bazo, ta có: Ba(OH)2 → NaOH → NH3 → Mg(OH)2 → Al(OH)3
-
Amoniac phản ứng với nước để tạo ra OH-. Chính OH- làm xanh quỳ tím và làm hồng phenolphtalein.
NH3 + H2O ⇔ NH4+ + OH-
-
Amoniac phản ứng với acid để tạo ra muối Amoni.
VD: NH3 (khí) + HCl (khí) → NH4Cl (khói trắng)
-
Amoniac tác dụng với dung dịch muối của các kim loại mà hidroxit không tan sẽ tạo ra bazo và muối.
NH3 + Muối (dung dịch) → Bazơ + Muối mới
Lưu ý: Khi amoniac phản ứng với muối của Cu2+, Ag+ và Zn2+ sẽ tạo ra kết tủa nhưng sau đó kết tủa sẽ tan do quá trình tạo phức chất tan.
3.2. NH3 có tính khử mạnh
Do nguyên tử Nitơ trong phân tử NH3 có mức oxi hóa thấp nhất -3 nên NH3 có tính khử mạnh.
Vậy nên, amoniac có khả năng tác dụng với O2, Cl2 và oxit của kim loại.
Chúng ta có các ví dụ sau
4NH3 + 3O2 → 2N2↑ + 6H2O (dưới tác dụng của nhiệt độ)
8NH3 + 3Cl2 → N2↑ + 6NH4Cl
3CuO + 2NH3 → Cu + 3H2O + N2↑ (dưới tác dụng của nhiệt độ)
Ta có thể thấy rằng, khí NH3 kém bền với nhiệt, chúng dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao.
3.3. NH3 có khả năng tạo phức
Các dung dịch phức chất được tạo ra bởi quá trình dung dịch amoniac có khả năng hòa tan hiđroxit hay muối ít tan của một số kim loại.
Sự kết hợp các phân tử NH3 bằng các electron chưa sử dụng của nguyên tử Nitơ với ion kim loại tạo nên sự tạo thành các ion phức.
Ví dụ: Khi amoniac tác dụng với Cu(OH)2 sẽ tạo ra phức màu xanh thẫm.
Cu(OH)2 + 4NH3 → [Cu(NH3)4](OH)2 (màu xanh thẫm)
4. Phương pháp điều chế Amoniac
4.1. Trong phòng thí nghiệm
Dưới điều kiện của phòng thí nghiệm, NH3 thường được điều chế nhờ quá trình tương tác của muối amoni và kiềm hoặc nhờ sự phân hủy của các hợp chất nitơ.
Sự tương tác của dung dịch amoniac đặc và Ca(OH)2 đặc là phương pháp điều chế NH3 nhanh nhất trong phòng thí nghiệm.
4.2. Trong công nghiệp
Phương pháp phổ biến nhất để điều chế khí NH3 trong công nghiệp là sử dụng phương pháp Haber thông qua quá trình kết hợp trực tiếp của N2 và H2 dưới điều kiện nhiệt độ cao, áp suất lớn và sự hỗ trợ của chất xúc tác.
Phương trình hóa học: N2 + 3H2 ⇌ 2NH3
Ngoài phương pháp trên, chúng ta có thể sử dụng khí tự nhiên để điều chế amoniac. Khí tự nhiên sau khi được khử lưu huỳnh sẽ thông qua chuyển đổi thứ cấp. Cuối cùng sau khi thông qua các quá trình chuyển đổi CO, loại bỏ CO2,… chúng ta sẽ thu được hỗn hợp khí nito – hidro. Hỗn hợp này vẫn sẽ chứa khoảng 0.1 – 0.3% CO và CO2. Sau khi thông qua quá trình tinh sạch, chúng ta sẽ thu được khí tinh khiết với tỉ lệ số mol Hidro: Nitơ là 3 : 1 và sẽ được đưa vào máy nén, gắn thêm mạch vòng tổng hợp amoniac để thu được sản phẩm cuối cùng là NH3.
5. Ứng dụng của NH3
Amoniac được sản xuất axit nitric. Ngoài ra chúng được sử dụng để sản xuất các loại phân có hàm lượng đạm cao như phân ure (NH2)2CO; phân amoni nitrat NH4NO3;….
Hidrazin (N2H4) làm nhiên liệu cho tên lửa và Amoni lỏng dùng làm chất gây lạnh trong máy lạnh đều được điều chế từ NH3.
Ngoài ra, NH3 còn sự sử dụng với vai trò trung hòa chất ô nhiễm như oxit nitơ được thải ra từ động cơ diesel.
6. Các tính chất của muối Amoni
Tinh thể ion gồm cation NH4+ và anion gốc acid được gọi là muối amoni.
6.1. Tính chất vật lý
Những hợp chất tinh thể ion bao gồm Nh4+ và gốc acid được gọi là muối amoni. Cấu trúc của một phân tử muối amoni sẽ bao gồm cation NH4+ và anion gốc acid.
Tính chất vật lý đặc trưng của muối amoni là tan nhiều trong dung dịch nước. Trong nước, muối amoni sẽ điện li hoàn toàn thành các ion.
6.2. Tính chất hóa học
Tính chất hóa học của amoni được đặc trưng bởi ba phản ứng.
Thứ nhất, phản ứng thủy phân của muối amoni sẽ tạo ra môi trường có tính acid (làm đỏ quỳ tím).
Phản ứng hóa học: NH4+ + H-OH → NH3 + H3O+
Thứ hai, muối amoni tác dụng với dung dịch kiềm. Vai trò của phản ứng này rất quan trọng. Phản ứng được sử dụng để nhận biết các ion amoni và điều chế amoniac trong điều kiện phòng thí nghiệm.
Thứ ba, phản ứng nhiệt phân của muối amoni. Do chứa gốc acid trong cấu trúc của phân tử amoni sẽ không bị oxi hóa. Nên khi nung nóng, muối amoni sẽ bị thủy phân thành NH3
Ví dụ như NH4HCO3 (bột nở) sản sinh ra khí NH3 tạo ra các lỗ trống để làm bông bánh trong quy trình làm bánh.
Ngoài ra, muối amoni cũng bị nhiệt phân cho sản phẩm là N2, N2O
7. Bài tập vận dụng về tính chất hóa học của NH3
Câu 1: Trong phòng thí nghiệm, có thể thu được khí NH3 bằng cách nào trong những phương án dưới đây:
A. Dùng khí NH3 đẩy không khí bằng cách ngửa bình
B. Thu khí NH3 bằng cách sục khí NH3 qua nước
C. Dùng khí NH3 đẩy không khí bằng cách úp bình
D. Tất cả các đáp án đều sai
→ Đáp án đúng là C. Dùng khí NH3 đẩy không khí bằng cách úp bình
Giải thích: Do NH3 nhẹ hơn so với không khí nên trong điều kiện phòng thí nghiệm, người ta sẽ thu khí amoniac bằng phương pháp đẩy không khí với miệng bình úp xuống.
Câu 2: Hút dung dịch (NH4)2SO4 rồi nhỏ từ từ vào dung dịch Ba(OH)2. Hiện tượng xảy ra là?
A. Phản ứng xuất hiện kết tủa trắng
B. Phản ứng không có hiện tượng
C. Phản ứng có khí mùi khai bay lên và có kết tủa keo trắng
D. Phản ứng có khí mùi khi bay lên
→ Đáp án đúng là C. Có khí mùi khai bay lên và có kết tủa keo trắng
Giải thích: Do khi (NH4)2SO4 tác dụng với Ba(OH)2 sẽ tạo ra khí amoniac bay lên (khí có mùi khai đặc trưng) và tạo ra BaSO4 kết tủa (màu trắng).
Câu 3: Các tính chất hóa học đặc trưng của khí NH3 là gì?
A. NH3 có tính khử mạnh
B. NH3 có tính khử và tính bazơ yếu
C. NH3 có tính oxh mạnh
D. NH3 có tính khử mạnh và tính oxh yếu
→ Đáp án đúng là B. NH3 có tính khử và tính bazơ yếu
Giải thích:
Do khi hoà tan với nước, NH3 có phản ứng: NH3 + H2O → NH4+ + OH- nên NH3 là một chất có tính bazơ yếu.
Ngoài ra, trong phân tử NH3, N có số oxi hóa là -3, là số oxi hóa thấp nhất. Vì vậy, NH3 có tính khử.
Tham khảo ngay để được thầy cô ôn tập và xây dựng lộ trình ôn thi THPT sớm ngay từ bây giờ
Câu 4: Mệnh đề nào sau đây về NH3 là đủ nhất?
A. NH3 là một bazơ mạnh
B. NH3 là một chất khử
C. NH3 vừa có tính khử của một chất khử mạnh vừa có tính chất của một bazơ mạnh
D. NH3 chỉ có tính bazơ yếu và tính khử mà không thể hiện tính oxi hóa
→ Đáp án đúng là B. NH3 là một chất khử
Giải thích:
Do nguyên tử Nitơ trong phân tử NH3 có mức oxi hóa thấp nhất -3 nên NH3 có tính khử mạnh.
Câu 5: Nhờ phản ứng với dung dịch kiềm mạnh, đun nóng mà chúng ta có thể phân biệt muối amoni với các muối khác. Sau đó, khi các chất đã tương tác với nhau thì ống nghiệm đựng muối amoni sẽ có hiện tượng nào:
A. Muối nóng chảy ở nhiệt độ khó xác định
B. Thoát ra chất khí có màu đỏ
C. Thoát ra chất khí không màu và có mùi sốc
D. Thoát ra chất khí màu hồng, không mùi, không vị
→ Đáp án đúng là C. Thoát ra chất khí không màu có mùi sốc
Giải thích:
Do quá trình phân hủy muối amoni tạo ra khí NH3 (không màu, có màu khai đặc trưng). Sản phẩm của phản ứng nhiệt phân của muối amoni sẽ tùy theo bản chất của amoni gốc acid có trong muối (có hay không có tính oxi hóa) mà sản phẩm của quá trình nhiệt phân muối amoni sẽ thay đổi theo.
Câu 6: Mệnh đề nhận xét về muối amoni nào sau đây là sai?
A. Muối amoni bền với nhiệt
B. Các muối amoni đều là chất điện li cực mạnh
C. Tất cả các muối amoni đều tan trong nước
D. Các muối amoni đều bị thủy phân trong điều kiện môi trường bình thường.
→ Đáp án đúng là A. Muối amoni bền với nhiệt
Giải thích:
Tất cả các muối amoni đều kém bền với nhiệt và sẽ bị thủy phân trong điều kiện nhiệt độ cao. Nguyên nhân của hiện tượng này là do cấu trúc của ion không bền.
Câu 7: Để tách riêng NH3 ra khỏi hỗn hợp các khí bao gồm N2, H2, NH3 trong công nghiệp, người ta đã:
A. Cho hỗn hợp qua nước vôi trong dư
B. Cho hỗn hợp qua bột CuO nguội lạnh
C. Đưa và máy nén và làm lạnh hỗn hợp để hóa lỏng NH3
D. Cho hỗn hợp qua dung dịch H2SO4 đặc
→ Đáp án đúng là C. Đưa vào máy nén và làm lạnh hỗn hợp để hóa lỏng NH3
Giải thích: Sau khi thông qua quá trình tinh sạch khí amoniac, chúng ta sẽ thu được khí tinh khiết với tỉ lệ số mol Hidro : Nitơ là 3 :1 và sẽ được đưa vào máy nén, gắn thêm mạch vòng tổng hợp amoniac để thu được sản phẩm cuối cùng là NH3.
Câu 8: Chất nào sau đây có khả năng làm khô khí NH3 có lẫn hơi nước
A. P2O5
B. H2SO4 đặc
C. CuO bột
D. NaOH rắn
→ Đáp án đúng là D. NaOH rắn
Giải thích:
NaOH xảy ra phản ứng mãnh liệt với nước nhưng không tác dụng với NH3. Nên chúng có tác dụng làm khô khí NH3 có lẫn hơi nước.
Câu 9: Nguyên nhân của tính bazơ ở NH3:
A. Trên Nito còn cặp electron tự do
B. Phân tử có ba liên kết cộng hóa trị
C. NH3 tan trong nhiều trong H2O
D. NH3 tác dụng với nước tạo thành nhiều NH4OH
→ Đáp án đúng là A. Trên Nito còn cặp e tự do
Giải thích:
Dung dịch amoniac làm cho quỳ tím hóa xanh và dung dịch phenolphtalein chuyển hồng. Nguyên nhân của vấn đề này là do cặp electron (điện tích âm) chưa tham gia liên kết ở nguyên tử Nitơ.
Câu 10: Trong quá trình làm bánh, người ta thường dùng muối nào sau đây để bánh nở to?
A. (NH4)2SO4
B. NH4HCO3
C. CaCO3
D. NaCl
→ Đáp án đúng là B. NH4HCO3
Giải thích:
Trong đời sống hằng ngày, người ta hay sử dụng NH4HCO3 trong quy trình làm bánh là do trong quá trình nướng bánh, NH4HCO3 sẽ bị phân hủy tạo ra khí NH3 và CO3. Do đó, bánh nở to và tạo nhiều lỗ trống, bánh sẽ trở nên mềm và xốp hơn.
Trên đây là toàn bộ những thông tin cần thiết liên quan đến tính chất hóa học của NH3 của chương trình hóa học. Đây là một phần rất quan trọng trong chương trình ôn thi đại học và đòi hỏi các em phải nắm thật chắc. Chúc các em ôn tập tốt. Ngoài ra, em có thể truy cập ngay vào Vuihoc.vn để học thêm nhiều bài giảng hoặc liên hệ trung tâm hỗ trợ để được hướng dẫn thêm nhé!
