Bài 4: Hoàn thành chuỗi phản ứng sau:
a) NH3 -> NO ->NO2 -> HNO3 -> NaNO3 ->Na…
a) NH3 -> NO ->NO2 -> HNO3 -> NaNO3 ->NaNO2
b) NH4NO2 ->N2 -> NH3 ->NH4Cl ->NH3 -> Mg(OH)2-> MgO-> Mg(NO3)22
Phần a)
Chúng ta sẽ bắt đầu với chuỗi phản ứng đầu tiên: NH3 -> NO -> NO2 -> HNO3 -> NaNO3 -> NaNO2
Bước 1: NH3 -> NO
Phản ứng này là quá trình oxi hóa amoniac (NH3) thành nitơ monoxit (NO). Phản ứng này thường xảy ra ở nhiệt độ cao và có xúc tác.
Phương trình phản ứng:
4NH3 + 5O2 –(t°, xúc tác Pt)–> 4NO + 6H2O
Giải thích: Trong phản ứng này, amoniac tác dụng với oxi ở nhiệt độ cao, có xúc tác là platin (Pt), tạo ra nitơ monoxit và nước.
Bước 2: NO -> NO2
Tiếp theo, chúng ta oxi hóa nitơ monoxit (NO) thành nitơ đioxit (NO2). Phản ứng này xảy ra trong điều kiện thường, khi NO tiếp xúc với oxi trong không khí.
Phương trình phản ứng:
2NO + O2 –> 2NO2
Giải thích: Nitơ monoxit kết hợp với oxi trong không khí tạo thành nitơ đioxit.
Bước 3: NO2 -> HNO3
Ở bước này, chúng ta cho nitơ đioxit (NO2) tác dụng với nước để tạo thành axit nitric (HNO3).
Phương trình phản ứng:
2NO2 + H2O –> HNO3 + HNO2
Tuy nhiên, axit nitrơ (HNO2) không bền và sẽ tự phân hủy tiếp hoặc oxi hóa thành HNO3. Trong điều kiện có oxi, phản ứng sẽ ưu tiên tạo ra HNO3.
Nếu ta xem xét phản ứng trong môi trường có oxi thì:
4NO2 + 2H2O + O2 –> 4HNO3
Giải thích: Nitơ đioxit tác dụng với nước và oxi tạo ra axit nitric.
Bước 4: HNO3 -> NaNO3
Để tạo thành natri nitrat (NaNO3) từ axit nitric (HNO3), chúng ta cho axit nitric tác dụng với một bazơ hoặc oxit bazơ tương ứng, ví dụ như natri hydroxit (NaOH) hoặc natri oxit (Na2O). Ở đây, ta chọn NaOH cho đơn giản.
Phương trình phản ứng:
HNO3 + NaOH –> NaNO3 + H2O
Giải thích: Axit nitric phản ứng với natri hydroxit theo phản ứng trung hòa axit-bazơ, tạo ra natri nitrat và nước.
Bước 5: NaNO3 -> NaNO2
Cuối cùng, để chuyển natri nitrat (NaNO3) thành natri nitrit (NaNO2), chúng ta thực hiện phản ứng nhiệt phân và khử. Phương pháp phổ biến là cho NaNO3 tác dụng với chất khử như chì (Pb) ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, dựa trên kiến thức lớp 11 và sách giáo khoa, phản ứng đơn giản hơn là nhiệt phân muối nitrat với chất khử. Một cách khác là nhiệt phân NaNO3 ở nhiệt độ cao trong môi trường không có oxi, nhưng nó sẽ tạo ra NaNO2 và O2. Để chuyển hoàn toàn sang NaNO2, cần điều kiện đặc biệt.
Xem xét phản ứng trong sách giáo khoa có thể là cho NaNO3 tác dụng với kim loại hoạt động mạnh ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, phương trình chuẩn nhất để tạo ra NaNO2 từ NaNO3 là:
2NaNO3 –(t°)–> 2NaNO2 + O2
Tuy nhiên, phản ứng này chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao và có thể không hoàn toàn.
Một phương pháp khác thường được sử dụng là cho NaNO3 tác dụng với kim loại hoạt động mạnh như Sắt (Fe) hoặc Chì (Pb) ở nhiệt độ cao.
Ví dụ với Sắt:
NaNO3 + Fe –(t°)–> NaNO2 + FeO
Để cân bằng phản ứng này, cần xem xét kĩ lưỡng. Tuy nhiên, nếu xét theo hướng giảm bậc oxi hóa của N trong NaNO3 (từ +5 xuống +3), ta có thể hình dung phản ứng.
Trong chương trình lớp 11, phản ứng chuyển đổi NaNO3 sang NaNO2 thường ít được nhấn mạnh bằng các phương pháp phức tạp. Tuy nhiên, nếu ta xem xét phản ứng nhiệt phân NaNO3 để tạo ra NaNO2 và O2, đây là một phản ứng có thể xảy ra.
Phương trình:
2NaNO3 –(t° cao)–> 2NaNO2 + O2
Phần b)**
Tiếp theo là chuỗi phản ứng thứ hai: NH4NO2 -> N2 -> NH3 -> NH4Cl -> NH3 -> Mg(OH)2 -> MgO -> Mg(NO3)2
Bước 1: NH4NO2 -> N2
Phản ứng này là sự phân hủy của amoni nitrit (NH4NO2) để tạo ra khí nitơ (N2).
Phương trình phản ứng:
NH4NO2 –(t°)–> N2 + 2H2O
Giải thích: Amoni nitrit là một muối không bền, khi đun nóng sẽ phân hủy tạo thành nitơ và nước.
Bước 2: N2 -> NH3
Để chuyển từ khí nitơ (N2) sang amoniac (NH3), chúng ta thực hiện phản ứng tổng hợp amoniac trong công nghiệp, còn gọi là quá trình Haber-Bosch.
Phương trình phản ứng:
N2 + 3H2 –(t°, P, xúc tác Fe)–> 2NH3
Giải thích: Nitơ tác dụng với hiđro ở nhiệt độ cao, áp suất cao và có xúc tác là sắt để tạo thành amoniac.
Bước 3: NH3 -> NH4Cl
Để tạo ra amoni clorua (NH4Cl) từ amoniac (NH3), chúng ta cho amoniac tác dụng với axit clohidric (HCl).
Phương trình phản ứng:
NH3 + HCl –> NH4Cl
Giải thích: Khí amoniac tác dụng với khí hiđroclorua tạo thành muối amoni clorua.
Bước 4: NH4Cl -> NH3
Để chuyển từ amoni clorua (NH4Cl) trở lại amoniac (NH3), chúng ta thực hiện phản ứng trao đổi với một bazơ mạnh. Ví dụ, dùng natri hydroxit (NaOH) hoặc canxi hydroxit (Ca(OH)2).
Phương trình phản ứng:
NH4Cl + NaOH –> NaCl + NH3 + H2O
Hoặc
2NH4Cl + Ca(OH)2 –(t°)–> CaCl2 + 2NH3 + 2H2O
Giải thích: Khi đun nóng muối amoni với bazơ mạnh, ta thu được khí amoniac.
Bước 5: NH3 -> Mg(OH)2
Để tạo thành magie hidroxit (Mg(OH)2) từ amoniac (NH3), chúng ta cho amoniac tác dụng với dung dịch muối magie. Tuy nhiên, amoniac là một bazơ yếu, không đủ sức đẩy ion kim loại ra khỏi dung dịch muối trung tính. Phương pháp hiệu quả hơn là dùng dung dịch amoniac bão hòa tác dụng với dung dịch muối magie.
Phương trình phản ứng:
MgCl2 + 2NH3 + 2H2O –> Mg(OH)2↓ + 2NH4Cl
Giải thích: Ion magie trong dung dịch muối magie kết hợp với ion OH- (tạo ra từ sự điện li của nước trong dung dịch amoniac) để kết tủa magie hidroxit.
Bước 6: Mg(OH)2 -> MgO
Để chuyển magie hidroxit (Mg(OH)2) thành magie oxit (MgO), chúng ta thực hiện phản ứng nhiệt phân.
Phương trình phản ứng:
Mg(OH)2 –(t°)–> MgO + H2O
Giải thích: Magie hidroxit khi đun nóng sẽ phân hủy tạo thành magie oxit và nước.
Bước 7: MgO -> Mg(NO3)2
Cuối cùng, để tạo thành magie nitrat (Mg(NO3)2) từ magie oxit (MgO), chúng ta cho magie oxit tác dụng với axit nitric (HNO3).
Phương trình phản ứng:
MgO + 2HNO3 –> Mg(NO3)2 + H2O
Giải thích: Magie oxit là một oxit bazơ, phản ứng với axit nitric tạo thành muối magie nitrat và nước.
Vậy là chúng ta đã hoàn thành xong cả hai chuỗi phản ứng. Các em cần ghi nhớ các phương trình và điều kiện phản ứng để có thể áp dụng vào các bài tập tương tự. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, các em cứ mạnh dạn hỏi thầy nhé!
Các phản ứng xảy ra:
a)
\(4N{H_3} + 5{{\text{O}}_2}\xrightarrow{{{t^o}}}4NO + 6{H_2}O\)
\(2NO + {O_2}\xrightarrow{{{t^o}}}2N{O_2}\)
\(2{H_2}O + 4N{O_2} + {O_2}\xrightarrow{{}}4HN{O_3}\)
\(NaOH + HN{O_3}\xrightarrow{{}}NaN{{\text{O}}_3} + {H_2}O\)
\(2NaN{{\text{O}}_3}\xrightarrow{{{t^o}}}2NaN{{\text{O}}_2} + {O_2}\)
b)
\(N{H_4}N{O_2}\xrightarrow{{{t^o}}}{N_2} + 2{H_2}O\)
\({N_2} + 3{H_2}\xrightarrow{{{t^o}}}2N{H_3}\)
\(N{H_3} + HCl\xrightarrow{{}}N{H_4}Cl\)
\(N{H_4}Cl + NaOH\xrightarrow{{}}N{H_3} + NaCl + {H_2}O\)
\(MgC{l_2} + 2N{H_3} + 2{H_2}O\xrightarrow{{}}Mg{(OH)_2} + 2N{H_4}Cl\)
\(Mg{(OH)_2}\xrightarrow{{{t^o}}}MgO + {H_2}O\)
\(MgO + 2HN{O_3}\xrightarrow{{}}Mg{(N{O_3})_2} + {H_2}O\)
\(a,4NH_3+5O_2\xrightarrow{t^o}4NO\uparrow+6H_2O\)
\(2NO+O_2\to 2NO_2\)
\(4NO_2+O_2+2H_2O\to 4HNO_3\)
\(HNO_3+NaOH\to NaNO_3+H_2O\)
\(2NaNO_3\xrightarrow{t^o}2NaNO_2+O_2\uparrow\)
\(b,NH_4NO_2\xrightarrow{t^o}N_2+2H_2O\)
\(N_2+3H_2\xrightarrow{t^o,p,xt}2NH_3\)
\(NH_3+HCl\to NH_4Cl\)
\(NH_4Cl\xrightarrow{t^o}NH_3+HCl\)
\(2NH_3+MgCl_2+2H_2O\to Mg(OH)_2\downarrow+2NH_4Cl\)
\(Mg(OH)_2\xrightarrow{t^o}MgO+H_2O\)
\(MgO+2HNO_3\to Mg(NO_3)_2+H_2O\)