Video – Làm kem

- Trong video có sử dụng một chất làm lạnh (có thể là thể
khí hoặc thể lỏng). Sau khi cho chất này vào thì nguyên
liệu trở nên đông lại và có nhiều khói trắng bay ra.
- Chất này làm đông rất nhanh, chỉ khoảng 1 phút sau khi
cho vào thì toàn bộ lượng nguyên liệu đã được đông lại.
Điều này chứng tỏ chất làm lạnh này có nhiệt độ rất thấp.

Chất làm đông được sử dụng đó là
nitrogen lỏng.

BÀI 4
NITROGEN

I.
TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
CỦA NGUYÊN TỐ NITROGEN

Mô tả sự phổ biến của nitrogen trong khí quyển.

Trong khí quyển, nitrogen là
nguyên tố phổ biến nhất

Khí nitrogen chiếm khoảng
78% thể tích không khí.

Sự tồn tại của nitrogen trong vỏ Trái Đất và trong cơ thể sinh vật.

Mỏ khoáng sodium nitrate

Còn gọi là diêm tiêu Chile

Nitrogen có trong tất cả cơ thể động
vật và thực vật.
Là thành phần của nucleoic acid,
protein

Nitrogen chiếm khoảng 3% khối
lượng trong cơ thể người.
Đứng thứ tư sau oxygen, carbon,
hydrogen.

4

Các đồng vị của nitrogen trong tự nhiên

Nitrogen tồn tại trong tự nhiên với hai đồng vị bền

N
99,63%
14

N
0,37%
15

Các ứng dụng của khí nitrogen và diêm tiêu Chile

Khí nitrogen ứng dụng để làm căng phồng bao bì, thay thế khí trơ,
giảm nguy cơ cháy nổ,…

Các ứng dụng của khí nitrogen và diêm tiêu Chile

Diêm tiêu Chile dùng để sản xuất phân bón, thuốc nổ, bảo quản thịt,…

EM CÓ BIẾT
Bệnh giảm áp của thợ lặn
Khi lặn sâu dưới nước, áp suất không khí trong buồng
phổi tăng
 lượng Nitrogen hòa tan trong máu tăng.
Trong quá trình di chuyển lên mặt nước, áp suất giảm
dần.
Nếu di chuyển lên mặt nước quá nhanh, Nitrogen không
kịp chuyển đến và thoát ra ở phổi  tạo thành các bọt khí
trong mạch máu.
 Gây tắc mạch máu hoặc chén ép vào dây thần kinh,
gây đau khớp, tê liệt hoặc tử vong.

II.
CẤU TẠO
NGUYÊN TỬ,
PHÂN TỬ

?

CÂU HỎI 1

Sắp xếp các các hợp chất sau vào vị trí tương ứng trong trục biểu diễn số
oxi hóa của Nitrogen: NO, N2O, NO2, NH3, HNO2, HNO3, NH4Cl, KNO2, NaNO3
TRẢ LỜI

-3

0

+1

+2

+3

+4

+5

NH3
NH4Cl

N2

N2O NO KNO2 NO2 HNO3
NaNO3

?

CÂU HỎI 2

Dựa vào trục biểu diễn số oxi hóa của Nitrogen để giải thích nitrogen có
cả tính oxi hóa và tính khử.
Viết một quá trình oxi hóa và một quá trình khử để minh họa.
TRẢ LỜI
Nitrogen có số oxi hóa giảm từ 0 → -3 thể hiện tính oxi hóa
Nitrogen có tính khử: +2 → + 4
• Quá trình oxi hóa:
N2 + 3H2 ⇌ 2NH3
• Quá trình khử:
2NO + O2 → NO2

1. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
Số hiệu nguyên tử là 7
7

N

Nguyên tố nitrogen có
kí hiệu hóa học là N

14,00
3,04
7

Độ âm điện là 3,04

Nitrogen
1s22s22p3

• Là phi kim điển hình.
• Tạo ra nhiều hợp chất với số oxi hóa khác nhau từ -3 đến +5
-3

0
N2

+1

+2

+3

+4

+5

?

CÂU HỎI 3
Viết công thức electron, công thức Lewis và công
thức cấu tạo của phân tử nitrogen.
TRẢ LỜI

Công thức
phân tử

Công thức
electron

Công thức
Lewis

Công thức
cấu tạo

N2

:N⋮⋮N:

:N≡N:

N≡N

?

CÂU HỎI 4
Từ cấu tạo phân tử, hãy cho biết tại sao phân tử N2 có
năng lượng liên kết lớn. Dự đoán về khả năng hoạt
động hóa học của nitrogen ở nhiệt độ thường.
TRẢ LỜI
Phân tử nitrogen gồm hai nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết
ba (1 liên kết σ và hai liên kết π) nên phân tử nitrogen có năng
lượng liên kết lớn.
Khả năng hoạt động hóa học ở nhiệt độ thường của nitrogen kém.

2. CẤU TẠO PHÂN TỬ
Phân tử Nitrogen gồm hai nguyên tử, liên kết với nhau bằng liên kết ba.
(1 liên kết σ và 2 liên kết π)
Có năng lượng liên kết lớn (945 kJ/mol) và không phân cực

III.
TÍNH CHẤT
VẬT LÝ

Ở điều kiện thường:
• Là chất khí.
• Không màu, không mùi, không vị.
• Khó hóa lỏng (hóa lỏng ở -196oC).
• Tan rất ít trong nước (1 lít nước hòa
tan được 0,012l khí nitrogen)
• Không duy trì sự cháy và sự hô hấp

IV.
Tính chất
hóa học

Phần 1.
Lý thuyết

Rất khó bị phá vỡ
Ở nhiệt độ và áp suất thường,
nitrogen rất khó tham gia phản ứng.

Ở nhiệt độ cao, nitrogen trở nên hoạt động hơn.
Thể hiện cả tính oxi hóa và tính khử.

?

CÂU HỎI 1

Trong phương trình hoá học của phản ứng tổng hợp ammonia, hãy xác
định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hoá và vai trò của nitrogen.
TRẢ LỜI

Phản ứng tổng hợp ammonia:
N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)
Nguyên tử thay đổi số oxi hóa là:
• Nitrogen: 0 → -3
• Hydrogen 0 → +1
Vai trò của nitrogen là chất oxi hóa.

1. TÁC DỤNG VỚI HYDROGEN
Ở nhiệt độ cao, áp suất cao và có xúc tác:
Nitrogen hóa hợp trực tiếp với hydrogen tạo thành ammonia.
Đây là quá trình quan trọng trong sản xuất ammonia.
Còn gọi là quá trình Haber-Bosch được thực hiện ở quy mô công nghiệp từ
năm 1913.
N2(g) + 3H2(g)

Là quá trình trung gian để sản
xuất nitric acid, thuốc nổ, đạm
nitrate, urea, ammophos,…

to, p, xt

2NH3(g)

CÂU HỎI 3
Trong công nghiệp, ammonia được sản xuất dựa vào phản ứng thuận nghịch
giữa nitrogen và hydrogen trong thiết bị kín như ảnh dưới đây:

a) Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì trong thiết bị sẽ có các khí nào?
b) Nhiệt độ sôi của N2, H2 và NH3 lần lượt là: -196 oC, -252,87 oC, -33 oC.
Từ đó cho biết, vì sao người ta thu ammonia bằng cách hóa lỏng.

CÂU HỎI 3

Trong công nghiệp, ammonia được sản xuất dựa vào phản ứng thuận nghịch
giữa nitrogen và hydrogen trong thiết bị kín như ảnh dưới đây:
a) Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì trong thiết bị sẽ có các khí nào?
TRẢ LỜI

N2(g) + 3H2(g)

400 - 600 oC, 200 bar, Fe

2NH3(g)

Do phản ứng thuận nghịch nên khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì
trong thiết bị sẽ có các khí: N2, H2 và NH3.

CÂU HỎI 3

Trong công nghiệp, ammonia được sản xuất dựa vào phản ứng thuận nghịch
giữa nitrogen và hydrogen trong thiết bị kín như ảnh dưới đây:
b) Giải thích vì sao người ta thu ammonia bằng cách hóa lỏng.

TRẢ LỜI

Ammonia dễ hóa lỏng hơn nhiều so với nitrogen và hydrogen
nên dễ dàng thu bằng cách hạ nhiệt độ hỗn hợp.

?

CÂU HỎI 2

Trong phương trình hoá học của phản ứng giữa nitrogen với oxygen:
Hãy xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hoá.
TRẢ LỜI

Phản ứng: N2(g) + O2(g) ⇌ 2NO(g).
Nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa là:
• Nitrogen: 0 → +2
• Oxygen: 0 → -2

2. TÁC DỤNG VỚI OXYGEN
Nitrogen phản ứng với oxygen ở nhiệt độ rất cao, khoảng 3000 oC,
tạo ra nitrogen monoxide (NO).
Hiệu suất rất thấp.

N2(g) + O2(g)

to

2NO(g) rHo298 = 180,6 kJ

O
O

2. TÁC DỤNG VỚI OXYGEN
Trong tự nhiên, phản ứng giữa nitrogen và oxygen xảy ra trong những cơn mưa
dông sấm sét.
Khởi đầu cho quá trình chuyển hóa nitrogen thành nitric acid.

Nitric acid tan trong nước mưa, phân ly ra ion nitrate
(NO3-) là một loại phân đạm mà cây trồng hấp thụ
được để sinh trưởng và phát triển.
N2

+O2

NO

+O2

NO2

+O2 + H2O

HNO3

H+ + NO3-

2. TÁC DỤNG VỚI OXYGEN
• Trong thực tế, phản ứng giữa nitrogen và oxygen thường xảy ra đồng thời với
quá trình đốt cháy nhiên liệu ở nhiệt độ cao bằng không khí.
• Hoạt động giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp là nguyên nhân chính gây
phát thải các oxide của nitrogen vào khí quyển.

?

CÂU HỎI 3

Nitrogen phản ứng được với nhiều kim loại như Li, Mg. Hãy viết phương trình
hóa học và cho biết nitrogen đóng vai trò gì trong các phản ứng này.

TRẢ LỜI

(1) N2 + 6Li → 2Li3N
(2) N2 + 3Mg → Mg3N2
Trong các phản ứng này, nitrogen đóng vai trò là chất oxi hóa

3. TÁC DỤNG VỚI KIM LOẠI

   - Ở nhiệt độ thường nitrogen chỉ tác dụng với Li: 6Li + N2 → 2Li3N.
    - Ở nhiệt độ cao, nitrogen tác dụng với nhiều kim loại:
3Mg + N2 → Mg3N2
3Ca + N2 → Ca3N2
    Lưu ý: Các muối nitride dễ bị thủy phân tạo NH3.

Phần 2.
THỰC TIỄN

CÂU HỎI 1
Sử dụng kiến thức hóa học để giải thích câu ca dao sau:
"Lúa chiêm lấp ló đầu bờ
Hễ nghe tiếng sấm, phất cờ mà lên"

CÂU HỎI 1
"Lúa chiêm lấp ló đầu bờ
Hễ nghe tiếng sấm, phất cờ mà lên"
TRẢ LỜI
Khi có sấm sét, nitrogen và oxygen trong không khí phản ứng với nhau
tạo thành nitrogen monoxide (NO):
to

N2(g) + O2(g)

2NO(g)

Sau đó, nitrogen monoxide nhanh chóng bị oxi hoá bởi oxygen trong khí
quyển tạo thành nitrogen dioxide (NO2):

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

CÂU HỎI 1
"Lúa chiêm lấp ló đầu bờ
Hễ nghe tiếng sấm, phất cờ mà lên"
TRẢ LỜI
Tiếp theo là quá trình nitrogen dioxide chuyển thành acid trong nước mưa,
theo phản ứng:

4NO2(g) + 2H2O(l) + O2(g) → 4HNO3(aq)
Nước mưa với nồng độ acid phù hợp sẽ giúp cung cấp đạm cho đất ở
dạng ion nitrate cần thiết cho cây trồng.

CÂU HỎI 2
Tại sao thực tế không sử dụng phản ứng giữa nitrogen và oxygen để
tạo ra NO, một hợp chất trung gian quan trọng trong công nghiệp sản
xuất nitric acid?
TRẢ LỜI

Phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ cao trên 3000oC hoặc có tia lửa điện,
nhưng hiệu suất tạo ra NO lại rất thấp, do đó thực tế không sử dụng
phản ứng này để tạo ra NO.

EM CÓ BIẾT

Một số vi sinh vật chuyển hóa
nitrogen thành phân đạm, tích lũy
tại các nốt sần ở rễ cây họ đậu.
Quá trình này góp phần cải tạo và
bổ sung dinh dưỡng cho đất trồng.

Vi khuẩn
cố định
đạm

KHỬ NITRATE

CỐ ĐỊNH
NITROGEN

NITRATE HÓA

Vi khuẩn
nitrate hóa

Chu trình nitrogen trong tự nhiên

Vi khuẩn
khử
nitrogen

 Nitrogen trong không khí phản ứng với oxygen
khi có sấm sét tạo nitrogen monoxide. Sau đó,
chất khí này nhanh chóng bị oxi hóa bởi oxygen
không khí và tác dụng với nước mưa hình thành
nitric acid, cung cấp ion nitrate cho đất.

PHẦN V.
ỨNG DỤNG

Tác nhân làm lạnh
Tạo khí quyển trơ

ỨNG DỤNG CỦA
NITROGEN
Sản xuất ammonia

Bảo quản thực phẩm

?

CÂU HỎI

1. Tại sao nitrogen lỏng được dùng để bảo quản mẫu vật trong y học?
2. Tại sao dùng khí nitrogen để làm căng vỏ bao bì thực phẩm mà không dùng
không khí?
TRẢ LỜI

1. Nitrogen lỏng là loại chất lỏng cực lạnh. Nhiệt độ của nitrogen lỏng
thường là -196oC. Ở mức nhiệt này các quá trình phân hủy gần như
bị ngừng lại nên nitrogen lỏng được dùng để bảo quản mẫu vật phẩm
trong y học.

A. Bên ngoài nắp đậy bình.
B. Khóa nắp bình.
C. Bên trong nắp đậy bình.
D. Gọng cổ bình.
E. Cổ bình.
F. Chất hấp phụ.
G. Khoang chân không.
H. Vỏ bình.
I. Khoang chứa nitrogen lỏng.
Trong y học, sinh học, nitrogen lỏng được ứng dụng làm
bình bảo quản mẫu vật (máu, mô, tế bào, cơ quan,…).

J. Gáo múc, đựng mẫu vật.

?

CÂU HỎI

1) Tại sao nitrogen lỏng được dùng để bảo quản mẫu vật trong y học?
2) Tại sao dùng khí nitrogen để làm căng vỏ bao bì thực phẩm mà
không dùng không khí?
TRẢ LỜI

Khi dùng nitrogen để bảo quản thực phẩm, khí nitrogen sẽ tạo ra một
bức tường tự nhiên ngăn cách bề mặt thực phẩm tiếp xúc với oxygen
bên ngoài. Điều đó vi sinh vật, vi khuẩn và các chất oxy hóa sẽ không
thể ảnh hưởng đến thực phẩm. Còn không khí có chứa oxy sẽ làm
trình trạng ôi thiu, biến mùi, biến vị sẽ diễn ra nhanh hơn khi dùng
nitrogen.

Lưu ý: Nitrogen lỏng có thể gây bỏng lạnh khi tiếp xúc.

EM CÓ BIẾT
Ứng dụng của nitrogen lỏng trong y tế và trong công nghệ thực phẩm.
Nitrogen lỏng làm mô bị đóng băng ngay khi tiếp xúc nên được dùng điều trị mụn cóc và một
số bệnh ngoài da.
Nitrogen lỏng được phun vào vỏ bao bì, sau đó gắn kín, nitrogen biến thành thể khí làm căng
vỏ bao bì, vừa bảo vệ thực phẩm khi va chạm, vừa bảo quản được thực phẩm.

Câu số 1

Đây là quá trình tạo thành khí
gì?

N O