I - CẤU TẠO PHÂN TỬDo có ba eletron độc thân, nên nguyên tử nitơ trong phân tử amoniac tạo thành ba liên kết cộng hóa trị với ba nguyên tử hiđro. Show Phân tử NH3 có cấu tạo hình chóp, với nguyên tử nitơ ở đỉnh, đáy là một tam giác mà đỉnh là ba nguyên tử hiđro (hình 2.2). Ba liên kết N−H đều là liên kết có cực, các cặp electron chung đều lệch về phía nguyên tử nitơ. Do đó, NH3 là phân tử có cực: ở N có dư điện tích âm, ở các nguyên tử H có dư điện tích dương. II- TÍNH CHẤT VẬT LÍ* Amoniac là chất khí không màu, mùi khai và sốc, nhẹ hơn không khí nên có thể thu khí NH3 bằng cách đẩy không khí (úp ngược bình). * Khí NH3 tan rất nhiều trong nước: 1 lít nước ở 20oC hòa tan được khoảng 800 lít khí NH3. Thí nghiệm ở hình 2.3 chứng minh tính tan nhiều của NH3 trong nước. Do tan nhiều trong nước, áp suất của khí NH3 trong bình giảm đột ngột, nước trong cốc bị hút vào bình qua ống thủy tinh vuốt nhọn, phun thành các tia nước có màu hồng. * Amoniac tan trong nước tạo thành dung dịch amoniac. Dung dịch amoniac đậm đặc thường có nồng độ 25%(D=0,91g/cm3). III- TÍNH CHẤT HÓA HỌC1. Tính bazơ yếu a) Tác dụng với nước Khi tan trong nước, một phần nhỏ các phân tử amoniac kết hợp với ion H+ của nước, tạo thành ion amoniac (NH+4) và ion hiđroxit (OH−): NH3+H2O⇌NH+4+OH− Ion OH− làm cho dung dịch có tính bazơ, tuy nhiên so với dung dịch kềm mạnh (thí dụ NaOH) cùng nồng độ, thì nồng độ ion OH− do NH3 tạo thành nhỏ hơn nhiều. Trong dung dịch, amoniac là một bazơ yếu: ở 25oC, hằng số phân li bazơ Kb=1,8.10−5. Dung dịch amoniac làm cho phenolphtalein từ không màu chuyển sang màu hồng, quỳ tím chuyển sang màu xanh. Lợi dụng tính chất này người ta dùng giấy quỳ tím ẩm để nhận ra khí amoniac. b) Tác dụng với axit Amoniac (dạng khí cũng như dung dịch) kết hợp dễ dàng với axit tạo thành muối amoni. Thí dụ: 2NH3+H2SO4→(NH4)2SO4 NH3+H+→NH4+ Khi đặt hai bình mở nút đựng dung dịch HCl đặc và NH3 đặc gần nhau thì thấy có "khói" màu trắng tạo thành. "Khói" là những hạt nhỏ li ti của tinh thể muối amoni clorua (NH4Cl). Muối này được tạo thành do khí amoniac và khí hiđro clorua hóa hợp với nhau: NH3(k)+HCl(k)→NH4Cl(r) Phản ứng này cũng được sử dụng để nhận ra khí amoniac. c) Tác dụng với dung dịch muối Dung dịch amoniac có khả năng làm kết tủa nhiều hiđroxit kim loại khi tác dụng với dung dịch muối của chúng. Thí dụ: Al3++3NH3+3H2O→Al(OH)3↓+3NH+4 2. Khả năng tạo phức Dung dịch amoniac có khả năng hòa tan hiđroxit hay muối ít tan của một số kim loại, tạo thành các dung dịch phức chất. Thí dụ: Cu(OH)2+4NH3→[Cu(NH3)4](OH)2 Cu(OH)2+4NH3→[Cu(NH3)4]2++2OH− AgCl+2NH3→[Ag(NH3)2]Cl AgCl+2NH3→[Ag(NH3)2]++Cl− Sự tạo thành các ion phức [Cu(NH3)4]2+,[Ag(NH3)2]+,... xảy ra do các phân tử amoniac kết hợp với các ion Cu2+,Ag+,... bằng các liên kết cho - nhận giữa cặp electron chưa sử dụng của nguyên tử nitơ với obitan trống của ion kim loại. 3. Tính khử a) Tác dụng với oxi Khi đốt trong khí oxi, amoniac cháy với ngọn lửa màu vàng, tạo ra khí nitơ và hơi nước. 4NH3+3O2→to 2N2+6H2O Khi đốt amoniac trong oxi không khí có mặt chất xúc tác thì tạo ra khí NO và nước: 4NH3+5O2→xt to 4NO+6H2O b) Tác dụng với clo Dẫn khí NH3 vào bình chứa khí clo, NH3 tự bốc cháy tạo ra ngọn lửa có "khói" trắng. 2NH3+3Cl2−→xt to N2+6HCl "Khói" trắng là những hạt NH4Cl sinh ra do khí HCl vừa tạo thành hóa hợp với NH3. c) Tác dụng với oxit kim loại Khi đun nóng, NH3 có thể khử một số oxit kim loại thành kim loại , chẳng hạn NH3 khử CuO màu đen tạo ra Cu màu đỏ, nước và khí N2. 2NH3+3CuO→to 3Cu+N2+3H2O IV - ỨNG DỤNGAmoniac được sử dụng để sản xuất axit nitric; các loại phân đạm urê (NH2)2CO,NH4NO3,(NH4)2SO4,...; điều chế hiđrazin (N2H4) làm nhiên liệu cho tên lửa. Amoniac lỏng được dùng làm chất gây lạnh trong máy lạnh. V- ĐIỀU CHẾ1. Trong phòng thí nghiệm Khí amoniac được điều chế bằng cách cho muối amoni tác dụng với chất kiềm khi đun nóng nhẹ. Thí dụ: 2NH4Cl+Ca(OH)2→to 2NH3+CaCl2+2H2O Muốn điều chế nhanh một lượng nhỏ khí amoniac, người ta thường đun nóng dung dịch amoniac đậm đặc. Để làm khô khí, cho khí NH3 vừa được tạo thành có lẫn hơi nước đi qua bình đựng vôi sống (CaO). 2. Trong công nghiệp Amoniac được tổng hợp từ khí nitơ và khí hiđro theo phản ứng: N2(k)+3H2(k)⇌2NH3(k);ΔH=−92kJ Đây là phản ứng thuận nghịch và tỏa nhiệt. Theo nguyên lí chuyển dịch cân bằng Lơ Sa- tơ- li-ê, muốn cho cân bằng chuyển dịch về phía tạo thành amoniac cần phải hạ nhiệt độ và tăng áp suất. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ thấp quá thì phản ứng xảy ra rất chậm và nếu áp suất cao quá thì đòi hỏi thiết bị cồng kềnh và phức tạp. Trên thực tế, người ta thường thực hiện phản ứng ở nhiệt độ khoảng 450−500oC, áp suất khoảng 200−300atm và dùng chất xúc tác là sắt kim loại được trộn thêm Al2O3,K2O,... để làm cho cân bằng nhanh chóng được thiết lập. Ở các điều kiện như trên, hiệu suất chuyển hóa thành NH3 cũng chỉ đạt tới 20−25%. Hỗn hợp khí N2 và H2 (tỉ lệ mol 1:3) được nén ở áp suất cao và đưa vào tháp tổng hợp. Trong tháp này, amoniac được tạo thành ở các điều kiện nhiệt độ, áp suất và chất xúc tác thích hợp đã nêu ở trên. Hỗn hợp khí đi ra từ tháp tổng hợp (gồm có N2,H2 và NH3) được dẫn đến tháp làm lạnh. Ở đây, khí amoniac hóa lỏng và được tách riêng ra, còn hỗn hợp khí N2 và H2 chưa phản ứng được đưa trở lại tháp tổng hợp. B. MUỐI AMONIMuối amoni là những tinh thể ion, gồm cation amoni (NH4+) và amoni gốc axit. Tất cả các muối amoni đều dễ tan trong nước và khi tan điện li hoàn toàn thành các ion. Ion NH4+ không có màu. II- TÍNH CHẤT HÓA HỌC1. Tác dụng với dung dịch kiềm Dung dịch đậm đặc của muối amoni tác dụng với dung dịch kiềm khi đun nóng sẽ cho khí NH3 bay ra. Thí dụ: (NH4)2SO4+2NaOH→to 2NH3↑+Na2SO4+2H2O NH+4+OH−→NH3↑+H2O Ion NH+4 nhường H+ cho ion OH−, vậy trong dung dịch ion NH+4 là một axit. Phản ứng này được sử dụng để nhận biết ion NH4+ Ngoài ta, muối amoni còn có thể tham gia phản ứng trao đổi với dung dịch các muối khác. 2. Phản ứng nhiệt phân Khi đun nóng, các muối amoni dễ bị nhiệt phân hủy, tạo ra các sản phẩm khác nhau. Sản phẩm của sự phân hủy được quyết định chủ yếu bởi bản chất của axit tạo nên muối. Muối amoni chứa gốc axit không có tính oxi hóa khi đun nóng bị phân hủy thành amoniac. Thí dụ: Tinh thể NH4Cl được đun nóng trong ống nghiệm sẽ phân hủy thành khí NH3 và khí HCl: NH4Cl(r)→to NH3(k)+HCl(k) Khi bay lên miệng ống nghiệm gặp nhiệt độ thấp hơn, hai khí này hóa hợp với nhau tạo lại tinh thể NH4Cl màu trắng bám lên thành ống. Các muối amoni cacbonat và amoni hiđrocacbonat bị phân hủy chậm ngay ở nhiệt độ thường, giải phóng khí NH3 và khí CO2 Thí dụ: (NH4)2CO3→NH3+NH4HCO3 NH4HCO3→NH3+CO2+H2O Trong thực tế người ta thường dùng muối NH4HCO3 để làm xốp bánh. * Muối amoni chứa gốc của axit có tính hóa như axit nitrơ, axit nitric khi bị nhiệt phân cho ra N2,N2O (đinitơ oxit) và nước. Thí dụ: NH4NO2→to N2+2H2O NH4NO3→to N2O+2H2O Những phản ứng này được sử dụng để điều chế các khí N2 và N2O trong phóng thí nghiệm.
Trong phân tử amoniac, nguyên tử N liên kết với ba nguyên tử hidro bằng ba liên kết cộng hóa trị có cực. Những đôi electron dùng chung lệch về phía nguyên tử nitơ có độ âm điện lớn hơn. Phân tử NH3 có cấu tạo hình chóp với nguyên tử nitơ ở đỉnh, đáy là một tam giác mà đỉnh là ba nguyên tử H. Trong phân tử NH3, nguyên tử N còn một cặp electron hóa trị có thể tham gia liên kết với nguyên tử khác.  Sơ đồ cấu tạo của phân tử NH3 II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ
@1350652@ a. Tác dụng với nước Khi tan trong nước, NH3 kết hợp với ion H+ của nước, tạo thành ion NH4+ và ion hidroxit OH-, làm cho dung dịch có tính bazơ và dẫn điện: NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH- Vì dung dịch amoniac có tính bazơ nên có thể dùng giấy quỳ tím ẩm để nhận biết khí amoniac, quỳ tím sẽ chuyển thành màu xanh. b. Tác dụng với dung dịch muối Dung dịch amoniac có thể tác dụng với dung dịch muối của các kim loại mà hidroxit tương ứng của các kim loại đó là chất kết tủa. Ví dụ: AlCl3 + 3NH3 + 3H2O → Al(OH)3 + 3NH4Cl Fe(NO3)2 + 2NH3 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2NH4NO3 Phản ứng của NH3 và các dung dịch muối. c. Tác dụng với axit Khí amoniac, cũng như dung dịch amoniac, tác dụng với dung dịch axit tạo ra muối amoni. Ví dụ: NH3 + HCl → NH4Cl (amoni clorua) 2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 (amoni sunfat) 2. Tính khửTrong phân tử amoniac, nitơ có số oxi hóa là -3 là số oxi hóa thấp nhất của nitơ, vì vậy phân tử amoniac có tính khử. a. Tác dụng với oxi Amoniac cháy trong oxi cho ngọn lửa màu vàng, tạo ra khí nitơ và hơi nước. 4NH3 + 3O2 \(\underrightarrow{t^o}\) 2N2 + 6H2O b. Tác dụng với clo Clo oxi hóa mạnh amoniac tạo ra khí nitơ và hidro clorua: 2NH3 + 3Cl2 → N2 + 6HCl HCl sinh ra lại kết hợp ngay với NH3 tạo thành "khói" trắng NH4Cl. @1350444@ Amoniac được sử dụng chủ yếu để:
V. ĐIỀU CHẾ1. Trong phòng thí nghiệm Khí amoniac được điều chế bằng cách đun nóng muối amoni với Ca(OH)2. Ví dụ: NH4Cl + Ca(OH)2 \(\underrightarrow{t^o}\) CaCl2 + NH3 + H2O Để làm khô khí, người ta cho khí amoniac vừa tạo thành có lẫn hơi nước đi qua bình đựng vôi sống CaO. Còn muốn điều chế nhanh một lượng nhỏ khí amoniac, người ta thường đun nóng dung dịch amoniac đậm đặc. 2. Trong công nghiệp N2 + 3H2 2NH3 ΔH < 0 Là phản ứng thuận nghịch và tỏa nhiệt. Các điều kiện của phản ứng bao gồm:
Khí amoniac tạo thành có lẫn nitơ và hidro. Hỗn hợp khí được làm lạnh chỉ có amoniac hóa lỏng và được tách ra. Còn hai khí nitơ và hidro chưa phản ứng lại được bổ sung vào hỗn hợp nguyên liệu ban đầu. @1350506@ Muối amoni là chất tinh thể ion, gồm cation amoni NH4+ liên kết với các anion gốc axit. Ví dụ: NH4Cl, NH4NO3, NH4HSO4... I. TÍNH CHẤT VẬT LÍTất cả các muối amoni đều tan nhiều trong nước, khi tan điện li hoàn toàn thành các ion, ion NH4+ không màu. II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC1. Tác dụng với dung dịch kiềm Dung dịch đậm đặc của muối amoni phản ứng với dung dịch kiềm khi đun nóng sẽ cho khí amoniac bay ra. Ví dụ: NH4Cl + KOH → KCl + NH3 + H2O Phương trình ion rút gọn: NH4+ + OH- → NH3 + H2O Dựa vào tính chất này người ta có thể nhận biết ion amoni và điều chế amoniac trong phòng thí nghiệm. 2. Phản ứng nhiệt phân Các muối amoni dễ bị phân hủy bởi nhiệt.
NH4Cl \(\underrightarrow{t^o}\) NH3 + HCl Các muối amoni cacbonat và amoni hiđrocacbonat bị phân hủy dần dần ngay ở nhiệt độ thường giải phóng khí NH3 và CO2, khi đun nóng thì phản ứng xảy ra nhanh hơn. (NH4)2CO3 → NH3 + NH4HCO3 NH4HCO3 → NH3 + CO2 + H2O Trong thực tế, muối NH4HCO3 được dùng làm xốp bánh.
NH4NO2 \(\underrightarrow{t^o}\) N2 + 2H2O NH4NO3 \(\underrightarrow{t^o}\) N2O + 2H2O Các phản ứng này được dùng để điều chế N2 và N2O trong phòng thí nghiệm. @1350594@ Trong quá trình học tập, nếu có bất kỳ thắc mắc nào, các em hãy để lại câu hỏi ở mục hỏi đáp để cùng thảo luận và trả lời nhé. Chúc các em học tốt! |
