Bài 8: Amoniac và muối amoni

Tóm tắt lý thuyết

1.1. AMONIAC

1.1.1. Cấu tạo phân tử

Sơ đồ cấu tạo của phân tử NH3

Hình 1: Sơ đồ cấu tạo của phân tử NH3

  • Nguyên tử N liên kết với 3 nguyên tử H bằng 3 liên kết cộng hóa trị có cực.
  • Nguyên tử N còn có 1 cặp e hoá trị.
  • Nguyên tử N có số oxi hóa thấp nhất -3
  • Phân tử có cấu tạo không đối xứng nên phân tử NH3 phân cực.

1.1.2. Tính chất vật lý

  • Là chất khí không màu, mùi khai, xốc, nhẹ hơn không khí
  • Tan nhiều trong nước, tạo thành dd có tính kiềm

Video 1: Sự hòa tan của Amoniac trong nước

  • Khí NH3 tan nhiều trong nước làm giảm P trong bình và nước bị hút vào bình. Phenolphtalein chuyển thành màu hồng ⇒ NH3 có tính bazơ.
  • Dung dịch NH3 đậm đặc trong phòng thí nghiệm có nồng độ 25% (N = 0,91g/cm3).

1.1.3. Tính chất hóa học

Tính bazơ yếu

Tác dụng với nước

  • Khi hoà tan khí NH3 vào nước, 1 phần các phân tử NH3 phản ứng tạo thành dd bazơ ⇒ dd NH3 là bazơ yếu:

NH3 + H2O \(\rightleftharpoons\) NH4++ OH

  • Làm quỳ tím chuyển sang màu xanh

Tác dụng với dung dịch bazơ

  • Dung dịch NH3  có khả năng làm kết tủa nhiều hidroxít kim loại

AlCl3 + 3NH3 + 3 H2O → Al(OH)3 \(\downarrow\)    +  3 NH4Cl

Al3++3NH3+3H2O → Al(OH)3 \(\downarrow\)    + 3NH4+

Tác dụng với axít

2NH3 +  H2SO4 → (NH4)2SO4

NH3 (k)         +  HCl (k)      → NH4Cl

(không màu)  (ko màu)        (khói trắng)

Video 2: Amoniac tác dụng với axit clohidric

Tính khử

Trong phân tử NH3, N có số oxi hóa là -3. Nitơ có các số oxi hóa là -3,0,+1,+2,+3,+4,+5. Như vậy trong các phản ứng hóa học khi có sự thay đổi số oxi hóa, số oxi hóa của N trong NH3 chỉ có thể tăng lên → thể hiện tính khử.

Tác dụng với oxi

Video 3: Thí nghiệm giữa NH3 và Oxi

NH3 được tạo ra từ phản ứng của NH4Cl và CaO

Khí O2 được tạo ra từ phản ứng của KClO3 và MnO2

  • Hiện tượng: Que đóm đang cháy bỗng vụt tắt
  • Giải thích: Khí N2 không duy trì sự cháy 4 NH3 + 3O2  2N2 + 6 H2O

Tác dụng với Clo

2NH3 + 3Cl2 → N2 + 6 HCl

Nếu NH3 dư :    NH3 + HCl →  NH4Cl (khói trắng)

* Kết luận: Amoniac có các tính chất hoá học cơ bản: Tính bazơ yếu và Tính khử

1.1.4. Ứng dụng

  • Sản xuất HNO3
  • Sản xuất phân đạm và dd NH3 có thể sử dụng trực tiếp làm phân bón
  • Điều chế N2H4 làm nhiên liệu cho tên lửa
  • NH3 lỏng dùng làm chất làm lạnh cho thiết bị lạnh
  • Sử dụng trong công nghiệp đông lạnh (sản xuất nước đá, bảo quản nông phẩm…)
  • Sử dụng trong công nghiệp môi trường (loại bỏ một số khí gây ô nhiễm như SO2…)

1.1.5. Điều chế

Trong phòng thí nghiệm

  • Đun nóng muối amoni với Ca(OH)2 hay dd kiềm: 2NH4Cl+Ca(OH)→ CaCl2+2NH3 \(\uparrow\)+2H2O
  • Để làm khô khí, ta cho khí NH3 có lẫn hơi nước qua bình vôi sống CaO.
  • Điều chế nhanh 1 lượng nhỏ khí NH3, ta đun nóng dung dịch NH3 đậm đặc.

Trong công nghiệp

N2 + 3H2  2NH3       \(\triangle H < 0\)

  • Nhiệt độ: 450 – 500OC
  • Áp suất: 200- 300 atm
  • Chất xúc tác: Fe/Al2O3, K2O

1.2. MUỐI AMONI

Muối amoni là chất tinh thể ion gồm cation amoni NH4+ và anion gốc axít. Ví dụ: NH4Cl, (NH4)2SO4 , (NH4)2CO3

1.2.1.Tính chất vật lý

  • Tinh thể
  • Đều tan trong nước
  • Ion NH4+ không màu

1.2.2.Tính chất hoá học

Tác dụng với bazơ kiềm

(NH4)2SO4 + 2NaOH  → Na2SO4 + 2NH3 + 2H2O.

Phương trình ion thu gọn: NH4+ + OH → NH3  + H2O → Điều chế NH3 trong Phòng thí nghiệm và nhận biết muối amoni.

Phản ứng nhiệt phân

  • Muối amoni tạo bởi axít không có tính oxi hoá: (HCl,H2CO3) → NH3

NH4Cl (r)  NH3 (k) + HCl (k).

(NH4)2CO3 (r)  NH3 (k) + NH4HCO3(r).

NH4HCO3(r)  NH3(k) + CO2(k) + H2O

  • (NH4)2CO3; NH4HCO3 ở nhiệt độ thường cũng tự phân huỷ; ở nhiệt độ cao phản ứng xảy ra nhanh hơn; Dùng NH4HCO3 trong bột nở.
  • Muối amoni tạo bởi axít có tính oxi hoá: (HNO2, HNO3) → N2 , N2O

NH4NO2  N2 + 2H2O

NH4NO3  N2O + 2H2O

Bài tập minh họa



Bài 1:

Để nhận biết các dung dịch: NH4NO3, (NH4)2SO4, K2SO4 đựng trong các lọ mất nhãn ta dùng:

Hướng dẫn:

  • Bước 1: Trích dẫn 3 mẫu thử
  • Bước 2: Bari tan trong nước tạo dung dịch Ba(OH)2
    • NH4NO3: có khí mùi khai: Ba(OH)2 + 2NH4NO3 → Ba(NO3)2 + 2NH3\(\uparrow\) + 2H2O
    • (NH4)2SO4: khí mùi khai và kết tủa trắng: Ba(OH)2 + (NH4)2SO4 → BaSO4\(\downarrow\) + 2NH3\(\uparrow\) + 2H2O
    • K2SO4: kết tủa trắng: Ba(OH)2 + K2SO4: → BaSO\(\downarrow\)+ 2KOH

Bài 2:

Hỗn hợp X gồm N2 và H2 có tỉ khối so với He bằng 1,8. Đun nóng X một thời gian trong bình kín (có bột Fe làm xúc tác) thu được hỗn hợp Y có tỉ khối so với He bằng 2. Hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH3 là:

Hướng dẫn:

MX = 7,2. Áp dụng quy tắc đường chéo ta có: \(n_{H_2}:n_{N_2}=4:1\)
⇒ Giả sử ban đầu có 4 mol H2 và 1 mol N2 trong X
N2 + 3H2 ↔ 2NH3
x  →  x  →   2x
⇒ sau phản ứng: nY = 2x + (1 – x) + (4 – 3x) = 5 – 2x mol
Bảo toàn khối lượng: mX = mY
⇒ 5 × 7,2 = (5 – 2x) × 2 × 4
⇒ x = 0,25 mol
⇒ H% (tính theo N2) = 25%

Bài 3:

Cho các phản ứng sau:
4NH3 + 5O→ 4NO + 6H2O (1)
NH3 + H2SO4 → NH4HSO4 (2)
2NH3 + 3CuO → 3Cu + N2\(\uparrow\) + 3H2O (3)
8NH3 + 3Cl2 → N2 + 6NH4Cl (4)
NH3 + H2S → NH4HS (5)
2NH3 + 3O2 → 2N2\(\uparrow\) + 6H2O (6)
NH3 + HCl → NH4Cl (7)
Số phản ứng trong đó NHkhông đóng vai trò là chất khử là:

Hướng dẫn:

Các phản ứng mà có sự tăng số oxi hóa của N ⇒ NH3 thể hiện tính khử. Các phản ứng không có hiện tượng trên là: 2, 5, 7.