Lí thuyết+ bài tập nito photpho

Bài 4: NITƠ-PHOTPHO VÀ HỢP CHẤT TÓM TẮT LÝ THUYẾT : Đặc điểm cấu tạo của nitơ và photpho -Thuộc phân nhóm VA, có 5e lớp ngoài cùng, dễ góp chung 3e tạo liên kết cộng hóa trị.. Tính oxi h

Bài 4: NITƠ-PHOTPHO VÀ HỢP CHẤT

TÓM TẮT LÝ THUYẾT : Đặc điểm cấu tạo của nitơ và photpho

-Thuộc phân nhóm VA, có 5e lớp ngoài cùng, dễ góp chung 3e tạo liên kết cộng hóa trị

-Có thể kết hợp thêm 3e tạo ion N3- (Li3N, Mg3N2)

-Ngoài 3 liên kết cộng hóa trị, N có thể tạo 1 liên kết cho nhận, vậy cộng hóa trị cao nhất của N

là IV (HNO3)

-Với P có phân lớp 3d trống, các e có thể di chuyển từ phân lớp 3s lên tạo tối đa 5 e độc thân, do

đó P có thể tạo 3 hoặc 5 liên kết cộng hóa trị (PCl3, PCl5)

A Nito và hợp chất của nito:

I Nito:

1 Cấu tạo phân tử

- Cấu hình electron : 1s22s22p3

- CTCT : N  N CTPT : N2

2 Tính chất vật lý

- Là chất khí không màu , không mùi , không vị, hơi nhẹ hơn không khí ( d = 28/29) , hóa lỏng ở -196oC

- Nitơ ít tan trong nước, hoá lỏng và hoá rắn ở nhiệt độ rất thấp Không duy trì sự cháy và sự hô

hấp

3 Tính chất hoá học

a Tính oxi hoá : Phân tử nitơ có liên kết ba rất bền, nên nitơ khá trơ về mặt hóa học ở nhiệt độ

thường

Tác dụng với hidrô : N2 + 3H2 ⇔ 2NH 3 H = -92KJ

Tác dụng với kim loại

- Ở nhiệt độ thường nitơ chỉ tác dụng với liti tạo liti nitrua : 6Li + N2 → 2Li3N

- Ở nhiệt độ cao, N2 tác dụng với nhiều kim loại : 3Mg + N2 → Mg3N2 (magie nitrua)

 Nitơ thể hiện tính oxi hoá khi tác dụng với nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn

b Tính khử:

0 –3

0 –3

N2 + O2 → 2NO ( không màu )

- Ở điều kiện thường

2NO + O2 → 2NO2

 Nitơ thể hiện tính khử khi tác dụng với nguyên tố có độ âm điện lớn hơn

- Các oxit khác của nitơ :N2O , N2O3, N2O5 không điều chế được trực tiếp từ niơ và oxi

4 ĐIỀU CHẾ :

a) Trong công nghiệp: N2 được sản xuất bằng cách chưng cất phân đoạn không khí lỏng

b) Trong phòng thí nghiệm : Nhiệt phân muối nitrit

NH4NO2 → N2 + 2H2O NH4Cl + NaNO2 → N2 + NaCl +2H2O

(NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + 4H2O

II AMONIAC :

Trong phân tử NH3 , N liên kết với ba nguyên tử hidro bằng ba liên kết cộng hóa trị có cực NH3

có cấu tạo hình chóp với nguyên tử Nitơ ở đỉnh Nitơ còn một cặp electron hóa trị là nguyên nhân tính baz của NH3

1.Tính chất vật lý:

- Là chất khí không màu, có mùi khai xốc, nhẹ hơn không khí

- Tan rất nhiều trong nước ( 1 lít nước hòa tan được 800 lít khí NH3)

- Amoniac hòa tan vào nước thu được dung dịch amoniac

2 Tính chất hóa học:

a Tính bazo yếu

Tác dụng với nước: NH3 + H2O NH4+ + OH

-+2 +4

Tác dụng với dung dịch muối :

- Điều kiện pư: 1 Muối tham gia pư phải tan

2 Sau pư phải tạo kết tủa hidroxit

AlCl3 + 3NH3 + 3H2O → Al(OH)3↓ + 3NH4Cl ;

Al3+ + 3NH3 + 3H2O → Al(OH)3↓ + 3NH4+

Tác dụng với axit: → muối amoni:

NH3 + HCl → NH4Cl (amoni clorua) : xuất hiện khĩi trắng là những tinh thể NH 4 Cl tạo thành

2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 ( amoni sunfat)

NH3 + CO2 + H2O → NH4HCO3

NH3 lỏng + CO2 → (NH2)2CO + H2O

Phân ure

Khả năng tạo phức của NH 3 :

4NH3 + Cu(OH)2 [Cu(NH3)4](OH)2

2NH3 + AgCl [Ag(NH3)2]Cl

b Tính khử:

4NH3 + 3O2  t o

2N2 + 6H2O 4NH3 + 5O2 → 4 NO + 6H2O 2NH3 + 3Cl2 → N2 + 6HCl: ta dùng pư này để loại bỏ Cl 2 thốt ra

2NH3 + 3CuO → N2 + 3Cu + 3H2O 2NH3 + 3SO3 → N2 + 3SO2 + 3H2O

2NH3 + 3NaClO → N2 + 3NaCl + 3H2O

3 Điều chế:

a Trong phòng thí nghiệm:

2NH4Cl + Ca(OH)2  o

t CaCl2 + 2NH3↑ + 2H2O: thường dùng

Ca3N2 + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2NH3

KNO3 + 7KOH + 4Zn → NH3 + 4K2ZnO2 + 2H2O

b Trong công nghiệp:

Tổng hợp từ nitơ và hiđro: N2(k) + 3H2(k) ⇔ 2NH 3(k) ∆H < O

o Nhiệt độ: 450 – 5000C

o Aùp suất cao từ 200 – 300 atm

o Chất xúc tác: sắt kim loại được trộn thêm Al2O3, K2O,

Làm lạnh hỗn hợp khí bay ra, NH3 hĩa lỏng được tách riêng

4 Muối amoni: Là tinh thể ion gồm cation NH4+ và anion gốc axit

a Tính chất vật lí: Tan nhiều trong nước, điện li hòan toàn thành các ion, ion NH4+ không màu

b Tính chất hóa học:

Tác dụng với dung dịch kiềm: (để nhận biết ion amoni, điều chế amoniac trong phòng thí

nghiệm)

(NH4)2SO4 + 2NaOH  o

t 2NH3 + 2H2O + Na2SO4 ;

NH4+ + OH- → NH3↑ + H2O

Tác dụng với dd axit và muối khác:

(NH4)2CO3 + 2HCl → 2NH4Cl + CO2 + H2O

(NH4)2CO3 + CaCl2 → 2NH4Cl + CaCO3

Phản ứng nhiệt phân: các muối amoni đều kém bền với nhiệt

- Muối amoni chứa gốc của axit không có tính oxi hóa khi đun nóng bị phân hủy thành NH3

NH4Cl(r)  o

t NH3(k) + HCl(k) (NH4)2CO3(r)  t o NH3(k) + NH4HCO3(r)

NH4HCO3  o

t NH3 + CO2 + H2O NH 4 HCO 3 được dùng làm xốp bánh

- Muối amoni chứa gốc của axit có tính oxi hóa như axit nitrơ, axit nitric khi bị nhiệt phân cho

ra N2, N2O ( đinitơ oxit)

NH4NO2  o

t

N2 + 2H2O NH4NO3  o

t

N2O + 2H2O 2NH4NO3 → 2 N2 + O2 + 4H2O

5 Ứng dụng:

- Các muối amoni được dùng làm phâm đạm

- Chế tạo lựu đạn khĩi từ NH4Cl: 2NH4Cl + 3CuO  o

t N2 + 3Cu + 2HCl + 3H2O

- Điều chế thuốc nổ từ NH4NO3

III Các oxit của Nito:

1 N 2 O : nito (I) oxit/ đinito oxit

a Lý tính: khí khơng màu, cĩ mùi, vị hơi ngọt, tan trong nước, gây ù tai và bất tỉnh nếu hít

phải Hỗn hợp cĩ tỉ lệ thể tích giữa N2O và khơng khí là 1:4 gây hơn mê

b Hĩa tính: N 2 O khơng phải oxit axit nên khơng tạo muối

2N2O → 2N2 + O2 N2O + H2  t o

N2 + H2O 3N2O + 2NH3  t o

4N2 + 3H2O 2N2O + O2  t o

4NO

N2O + SO2  o

t

2NO + SO2

c Điều chế:

NH4NO3 → N2O + H2O

2 NO: nito (II) oxit / nito oxit

a Lý tính: khí khơng màu, ít tan trong nước, khĩ hĩa lỏng, khĩ hĩa rắn, ;

b Hĩa tính: NO khơng phải oxit axit nên khơng tạo muối

2NO + O2  o

t

2NO + O3 N2O5 3NO + 3NO2 → 3N2O3

2NO + SO2 SO3 + N2O 2NO + 2H2S N2 + 2S + 2H2O

10NO + 6KMnO4 + 9H2SO4 10HNO3 + 3K2SO4 + 6MnSO4 + 4H2O

c Điều chế:

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

2KNO2 + 2KI + 2H2SO4 I2 + 2NO + 2K2SO4 + 2H2O

3Cu + 2NO3- + 8H+ 3Cu2+ + 2NO + 4H2O

3 NO 2 : Nito (IV) oxit/ nito đioxit:

a Lý tính: khí màu nâu đỏ, mùi hắc, độc, hóa lỏng ở 210C (màu vàng nhạt), hóa rắn ờ -110C

b Hóa tính:

2NO2 N2O4

ở nhiệt độ thường luôn có một hỗn hợp 2 khí NO 2 , N 2 O 4 ở trạng thái cân bằng

2NO2 + H2O HNO3 + HNO2

3NO2 + H2O 2HNO3 + NO

4NO2 + O2 + 2H2O 4HNO3

2NO2 + 2NaOH NaNO3 + NaNO2

NO2 + SO2 NO + SO3

NO2 + CO NO + CO2

4 N 2 O 5 : Nito (V) oxit/ anhidric nitric

a Lý tính: là chất rắn, màu trắng, dễ phân hủy nổ

b Hóa tính:

2N2O5 4NO2 + O2

N2O5 + H2O 2HNO3

N2O5 + 2NaOH 2NaNO3 + H2O

c Điều chế:

2NO2 + O3 N2O5 + O2

2HNO3 N2O5 + H2O

2HNO3 + P2O5 N2O5 + 2HPO3

IV AXIT NITRIC: HNO 3

1 Cấu tạo phân tử :

CTCT: Nitơ có số oxi hoá cao nhất là +5

2 Tính chất vật lý

- Là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm ;

- Axit nitric không bền, khi có ánh sáng , phân huỷ 1 phần:

4HNO3 → 4NO2 + O2 + 2H2O

Do đó axit HNO3 cất giữ lâu ngày có màu vàng do NO2 phân huỷ tan vào axit

→ Cần cất giữ trong bình sẫm màu/ bọc bằng giấy đen…

- Axit nitric tan vô hạn trong nước (HNO3 đặc có nồng độkhoảng 68%, D = 1,40 g/cm3 )

3 Tính chất hoá học

a Tính axit:

Là một trong số các axit mạnh nhất, trong dung dịch: HNO3 → H + + NO3–

- Dd axit HNO3 cĩ đầy đủ tính chất của mơt dung dịch axit :

Làm đỏ quỳ tím

Tác dụng với oxit bazơ

bazơ, muối của axit yếu hơn

CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O

Ba(OH)2 + 2HNO3 → Ba(NO3)2 + 2H2O

CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O

b Tính oxi hoá: Tuỳ vào nồng độ của axit và bản chất của chất khử mà HNO3 có thể bị khử

đến: NO, NO2, N2O, N2, NH4NO3

Với kim loại:

( trừ Au, Pt ) không giải phóng khí H 2 , do ion NO 3 - có khả năng oxi hoá mạnh hơn H +

Kl + HNO3 Muối hĩa trị cao nhất + spk (N2, N2O, NO, NO2, NH4NO3) + H2O

Lưu ý:

- HNO3 đặc bị khử đến NO 2 ; HNO 3 loãng bị khử đến NO

- Khi td với kim loại có tính khử mạnh (Mg, Zn, Al )cĩ thể bị khử đến N2O , N2 hoặc

NH4NO3

- Fe, Al, Cr bị thụ động hoá trong dung dịch HNO3 đặc nguội

Cu + 4HNO3đ → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

3Cu + 8HNO3lỗng → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Fe + 6HNO3đ → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

5Zn + 12HNO3 → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O

4Mg + 10HNO3 → 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O

8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O

Với phi kim: Khi đun nóng HNO3 đặc có thể tác dụng được với C, P, S…

C + 4HNO3(đ) → CO2 + 4NO2 + 2H2O

P + 5HNO3(đ) → H3PO4 + 5NO2 + H2O

S + 6HNO3(đ) → H2SO4 + 6NO2 + 2H2O

Với hợp chất:

- H2S, Hl, SO2, hợp chất sắt (II)… cĩ thể tác dụng với HNO3 tạo sp oxi hố cao hơn

3FeO + 10HNO3(d)  3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O

3H2S + 2HNO3(d)  3S + 2NO + 4H2O

- Nhiều hợp chất hữu cơ như giấy, vải, dầu thơng… bốc cháy khi tiếp xúc với HNO3 đặc

4 Điều chế

a Trong phòng thí nghiệm: NaNO 3 rắn + H 2 SO 4đ → HNO 3 + NaHSO 4

2NaNO 3 rắn + H 2 SO 4đ → 2HNO 3 + Na 2 SO 4

b Trong công nghiệp:

- Được sản xuất từ amoniac: NH3 → NO → NO2 → HNO3

- Ở t0 = 850-900oC, xt : Pt : 4NH3 +5O2 4NO +6H2O ; H = – 907kJ

- Oxi hoá NO thành NO2 : 2NO + O2 2NO2

- Chuyển hóa NO2 thành HNO3: 4NO2 +2H2O +O2 4HNO3

Dung dịch HNO3 thu được có nồng độ 60 – 62% Chưng cất với H2SO4 đậm đặc thu được

dung dịch HNO3 92 – 95%

5 Muối nitrat

a Tính chất vật lý: Dễ tan trong nước , là chất điện li mạnh trong dung dịch, chúng phân li

hoàn toàn thành các ion

- Ion NO 3 - không màu, màu của một số muối nitrat là do màu của cation kim loại Một số

muối nitrat dễ bị chảy rữa như NaNO 3 , NH 4 NO 3 …

b Tính chất hoá học:

+ Các muối nitrat dễ bị phân huỷ khi đun nóng

Muối nitrat của các kim loại hoạt động (trước Mg) Nitrat → Nitrit + O 2 2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2

Nhận xét:

1 HNO 3 bị H 2 SO 4 đặc đẩy ra

ở dạng khí Pư chứng tỏ tính axit của H 2 SO 4 đặc mạnh hơn HNO 3

2 Vai trị nước đá: làm khí HNO 3 ngưng tụ

Muối nitrat của các kim loại từ Mg  Cu: Nitrat → Oxit kim loại + NO 2 + O 2 2Cu(NO 3 ) 2 → 2CuO + 4NO 2 + O 2

Muối của những kim loại kém hoạt động ( sau Cu ) : Nitrat → kim loại + NO 2 + O 2

2AgNO 3 → 2Ag + 2NO 2 + O 2

+ Tính oxi hĩa của ion nitrat (NO 3 – )

Trong mơi trường axit , ion NO3– thể hiện tinh oxi hĩa giống như HNO3 Do đĩ thuốc thử

dùng để nhận biết ion NO3– là hỗn hợp vụn đồng và dung dịch H+ lỗng, đun nĩng

Hiện tượng : dung dịch cĩ màu xanh, khí khơng màu hĩa nâu đỏ trong khơng khí

3Cu + 8H+ + 2NO3– → 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O

2NO + O2 → 2NO2

Trong mơi trường bazo, chỉ tác dụng với Al, Zn tạo NH3

KNO3 + 7KOH + 4Zn → NH3 + 4K2ZnO2 + 2H2O

3KNO3 + 5KOH + 8Al + 2H2O → 3NH3 + 8KAlO2

B Photpho:

I Photpho:

Cấu tạo: 1s22s22p63s23p3

Cĩ 2 dạng thù hình: P trắng và P đỏ

1 Photpho trắng: kém bền, rất độc

- P4 (tinh thể phân tử) , cĩ cấu trúc mạng tinh thể lập phương khơng bền, nên dễ nĩng chảy

(440C), mềm

- Rắn giống sáp, phát quang trong bĩng tối, tự bốc cháy trong khơng khí (nên phải bảo quản

trong nước)

- Khơng tan trong nước nhưng tan trong dung mơi hữu cơ (CS2, ete, benzen…)

P trắng → P đỏ

2 Photpho đỏ: bền, không phát quang, không độc

-Pn (tinh thể polime): bột đỏ

- Khó nóng chảy, không tan trong nước và dung môi CS2

- Bốc cháy ở nhiệt độ > 2400C

3 Hóa tính:

P hoạt động hóa học mạnh hơn N vì P (2,19) có độ âm điện nhỏ hơn N (3,04) nhưng liên kết

P – P kém bền hơn so với N N

4P trắng + 3O2→ 2P2O3 lân quang 4P trắng + 5O2 → 2P 2 O 5

2P trắng + 3Cl2 → 2PCl 3 2P trắng + 5Cl2→ 2PCl5

P2O3 + H2O → H3PO3 P2O5 + H2O → 2H3PO4

PCl3 + H2O → HCl + H3PO3 PCl5 + 4H2O → 5HCl + H3PO4

3P đỏ + 3HNO3 + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO

P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O

6P đỏ + 5KClO3→ 3P2O5 + 5KCl

Đầu que diêm thuốc ở hộp diêm

P trắng + 5K2Cr2O7 → 5K2O + 5 Cr2O3 + P2O5

2P trắng + 3H2 ⇔ 2PH 3

PH 3 (Photphin/ photphohidrua): mùi cá thối, rất độc, tự bốc cháy trong không khí ở 150 0 C, kém bền, độ phân cực yếu

2PH 3 + 4O 2 → P 2 O 5 + 3H 2 O

4 Điều chế:

Trong công nghiệp: điều chế bằng pp nhiệt điện

Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C → 2P trắng + 3CaSiO3 + 5CO

II Hợp chất:

1 P 2 O 3 và H 3 PO 3 :

a P 2 O 3 : anhidrit photphoro

CTCT : O = P – O – P = O

Tinh thể rắn, trắng giống sáp

Tan trong nước tạo H3PO3 : P2O3 + H2O → H3PO3

b H 3 PO 3 : axit photphoro

CTCT:

Lý tính: Tinh thể không màu, chảy rữa trong không khí, dễ tan trong nước

Hóa tính:

+ Tác dụng với dd bazo:

H3PO3 + OH- → H2PO3- + H2O H3PO3 + 2OH- → HPO32- + 2H2O

+ Là chất khử mạnh:

2H3PO3 + O2 → 2H3PO4

4H3PO3 → 3H3PO4 + 2PH3

4H3PO3 + AgNO3 → 24H3PO4 + NO + Ag

H3PO3 + HgCl2 + H2O → H3PO4 + 2HCl + Hg

2 P 2 O 5 và H 3 PO 4 :

a P 2 O 5 : anhidrit photphoric

CTCT:

Lý tính: bột trắng, không mùi, rất háo nước, chảy rữa ngoài không khí

Hóa tính:

+ Tác dụng với H2O : P2O5 + H2O → 2H3PO4

+ Tác dụng với dd bazo:

P2O5 + 2OH- + H2O → 2H2PO4

-P2O5 + 4OH- → 2HPO42- + H2O

P2O5 + 6OH- → 2PO43- + 3H2O

b H 3 PO 4 : Axit photphoric

CTCT:

Lý tính: tinh thể trong suốt, tan vô hạn trogn nước

Hóa tính:

+ Tác dụng với dd bazo:

H3PO4 + OH- → H2PO4- + H2O

H3PO4 + 2OH- → HPO42- + 2H2O

H3PO4 + 3OH- → PO43- + 3H2O

Điều chế:

Trong công nghiệp:

Quặng photphoric: Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → 2H3PO4 + 3CaSO4

Quặng apatit: 3Ca3(PO4)2.CaF2 + 10H2SO4 → 6H3PO4 + 10CaSO4 + 2HF

Muối photphat: Đa số không tan trừ Na+, K+, NH4+ , Ca(H2PO4)2 tan

Nhận biết PO43- : 3Ag+ + PO43- → Ag3PO4 tủa vàng

Bài tập áp dụng:

Câu 1: Tiến hành các thí nghiệm sau:

(1) Sục khí F2 vào dung dịch NaOH nóng

(2) Đổ NaOH dư vào dd Ba(HCO3)2

(3) Đổ HCl đặc vào dung dịch KMnO4 đun nóng

(4) Nhiệt phân muối KNO3 với H<100%

(5) Hòa tan PCl3 trong dung dịch KOH

(6) Thêm 2a mol LiOH vào a mol H3PO4

Số thí nghiệm sau phản ứng cho 2 loại muối khác nhau là:

Câu 2: Dãy các muối amoni nào khi bị nhiệt phân tạo thành khí NH3 ?

A NH4Cl, NH4HCO3, (NH4)2CO3 B NH4Cl, NH4NO3, NH4HCO3

C NH4Cl, NH4NO3, NH4NO2 D NH4NO3, NH4HCO3, (NH4)2CO3

Câu 3:Cho sơ đồ phản ứng sau:

Khí X + H2O → dd X dd X + H2SO4 → Y Y + NaOH → X

Công thức của X Y Z T tương ứng là :

A NH3, (NH4)2SO4, N2, NH4NO3 B NH3, (NH4)2SO4, N2, NH4NO2

C NH3, (NH4)2SO4, NH4NO3, N2O D NH3, N2, NH4NO3, N2O

Câu 4: ca dao có câu " Lúa chiêm lấp ló đầu bờ/ Hễ nghe tiếng sấm phất cờ mà lên" Các tương tác hoá học nào sau đây được dùng để giải thích một cách khoa học câu ca dao trên?

A N2 + O2; NO + O2; NO2 + O2 + H2O B N2 + O2; NO + O2 + H2O; NH3 + HNO3

C O + O2; O2 + NH3 tạo (NH4)2CO3 D H2O phân hủy tạo H2; N2 + H2 tạo NH3

Câu 5: Để nhận biết 3 hỗn hợp sau: (Fe, FeO), (Fe,Fe2O3) và (FeO, Fe3O4) cần dùng hóa chất:

A H2SO4 đặc nóng, NaOH, quỳ tím B HNO3 đặc nguội