Ammonia & Muối Ammonium
Cấu tạo, tính chất, sản xuất NH₃ và nhận biết ion NH₄⁺
▸ Cấu tạo phân tử NH₃
| Đặc điểm | Mô tả |
|---|---|
| Công thức phân tử | NH₃ |
| Dạng hình học | Chóp tam giác (N ở đỉnh, 3 H ở đáy) |
| Cặp electron | Nguyên tử N còn 1 cặp electron không liên kết |
| Liên kết N–H | Phân cực; cặp electron lệch về N → H mang điện tích dương, N mang điện tích âm |
| Năng lượng liên kết N–H | 386 kJ/mol (tương đối bền) |
▸ Tính chất vật lí của NH₃
| Tính chất | Đặc điểm |
|---|---|
| Trạng thái | Chất khí |
| Màu sắc | Không màu |
| Mùi | Khai và xốc đặc trưng |
| Tỉ khối so với không khí | Nhẹ hơn không khí ($M_{\text{NH}_3} = 17 < 29$) |
| Độ tan trong nước | Tan rất nhiều (1 L nước hoà tan ~700 L NH₃) |
| Nhiệt độ hóa lỏng | -33,3°C (dễ hóa lỏng) |
• Nhẹ hơn không khí → phải úp ngược bình.
• Tan rất nhiều trong nước → KHÔNG thu được bằng phương pháp đẩy nước.
▸ Tính chất 1: Tính base (yếu)
Trong dung dịch, một phần phân tử NH₃ nhận proton của nước:
- → Dung dịch NH₃ có môi trường base yếu.
- Làm quỳ tím chuyển màu xanh.
- Làm phenolphthalein chuyển màu hồng.
Tác dụng với acid tạo muối ammonium (ứng dụng làm phân bón):
▸ Tính chất 2: Tính khử
Trong phân tử NH₃, N có số oxi hóa -3 (thấp nhất) → NH₃ có tính khử.
Phản ứng 1 — Đốt cháy trong O₂ (không xúc tác, lửa vàng):
Số oxi hóa N: $-3 \to 0$ (tăng) → N bị oxi hóa → NH₃ là chất khử.
Phản ứng 2 — Oxi hóa NH₃ có xúc tác Pt (giai đoạn quan trọng sản xuất HNO₃ theo Ostwald):
Số oxi hóa N: $-3 \to +2$ (tăng) → N bị oxi hóa → NH₃ là chất khử.
| Điều kiện | Phản ứng 1 (lửa vàng) | Phản ứng 2 (Ostwald) |
|---|---|---|
| Xúc tác | Không | Pt |
| Nhiệt độ | Cao | 800–900°C |
| Sản phẩm N | N₂ | NO |
| Số oxi hóa N thay đổi | $-3 \to 0$ | $-3 \to +2$ |
Trong công nghiệp, NH₃ được sản xuất theo quy trình Haber-Bosch:
$\Delta_r H^\circ = -91{,}8$ kJ (toả nhiệt)
| Yếu tố | Giải thích |
|---|---|
| Nhiệt độ 400–450°C | Phản ứng toả nhiệt ($\Delta H < 0$) → giảm nhiệt độ có lợi cho chiều thuận. Tuy nhiên T quá thấp thì tốc độ phản ứng chậm → chọn T trung bình để cân bằng giữa hiệu suất và tốc độ. |
| Áp suất 150–200 bar | Vế trái có 4 mol khí, vế phải có 2 mol khí → tăng P làm cân bằng dịch chiều thuận (giảm mol khí). P cao nhưng không quá để tiết kiệm chi phí thiết bị. |
| Xúc tác Fe | Làm tăng tốc độ phản ứng → hệ nhanh đạt cân bằng. Không làm chuyển dịch vị trí cân bằng. |
▸ So sánh NH₃ và NH₄⁺
| Tiêu chí | NH₃ | NH₄⁺ |
|---|---|---|
| Dạng hình học | Chóp tam giác | Tứ diện đều |
| Số liên kết N–H | 3 | 4 |
| Cặp e không liên kết | Có 1 cặp | Không còn (đã dùng để tạo liên kết) |
| Số oxi hóa của N | -3 | -3 |
| Tính chất acid/base | Base (nhận H⁺) | Acid (cho H⁺) |
Số oxi hóa của N trong cả 2 đều là -3 (vì H luôn có số oxi hóa +1).
▸ Một số muối ammonium phổ biến
NH₄Cl, NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄, NH₄HCO₃, NH₄H₂PO₄, (NH₄)₂HPO₄…
▸ Tính chất của muối ammonium
| Tính chất | Mô tả |
|---|---|
| Tính tan | Hầu hết đều tan trong nước |
| Sự điện li | Phân li hoàn toàn: $\text{NH}_4\text{Cl} \to \text{NH}_4^+ + \text{Cl}^-$ |
| Kém bền nhiệt | Dễ phân hủy khi nung nóng |
▸ Một số phản ứng nhiệt phân
$2\text{NH}_4\text{NO}_3 \xrightarrow{t°} 2\text{N}_2 + \text{O}_2 + 4\text{H}_2\text{O}$
Vì vậy cần bảo quản nghiêm ngặt.
▸ Cách nhận biết ion NH₄⁺
Khi đun nóng hỗn hợp muối ammonium với dung dịch kiềm (NaOH, KOH...), sinh ra khí NH₃ có mùi khai:
Ví dụ với (NH₄)₂SO₄ + NaOH:
▸ Ứng dụng của NH₃ và muối ammonium
| Chất | Ứng dụng |
|---|---|
| NH₃ lỏng | Tác nhân làm lạnh (do bay hơi thu nhiệt mạnh); dung môi hòa tan nhiều chất |
| NH₃ | Sản xuất HNO₃ (oxi hóa bằng O₂/Pt); sản xuất phân đạm |
| NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄, NH₄H₂PO₄ | Phân đạm hóa học |
| NH₄Cl | Thuốc long đờm; chất tẩy bề mặt kim loại khi hàn |
| NH₄HCO₃ | Chất phụ gia thực phẩm (bột nở làm bánh) |
Để xem lý thuyết đầy đủ kèm 7 dạng bài tập có lời giải chi tiết, các phép tính hiệu suất tổng hợp NH₃, sơ đồ tư duy và các sai lầm thường gặp, các em hãy đọc bài viết bên dưới:
Toàn bộ lý thuyết, 7 dạng bài tập (tính thể tích N₂, H₂ điều chế NH₃, xác định kết tủa khi tác dụng NH₃ dư…), ví dụ mẫu có lời giải.
Sau khi nắm vững lý thuyết, các em chuyển sang tab Bài Tập để luyện 25 câu bám sát chương trình SGK Kết Nối Tri Thức!
Luyện tập Bài 5 – Ammonia & Muối ammonium!
25 câu: 20 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 tự luận
Tuyệt vời!
ThS. Lê Thị Mai Nhi
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT
Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ