Bài 5. Ammonia - Muối ammonium
Tìm hiểu về cấu tạo, tính chất của ammonia, muối ammonium và ứng dụng trong đời sống.
Lý thuyết Ammonia và Muối ammonium
1. Ammonia (NH₃)
a) Cấu tạo phân tử
Công thức phân tử: NH₃
Công thức cấu tạo:
H-N-H với 1 cặp electron tự do trên N
|
H
Đặc điểm:
- Hình chóp tam giác
- Góc liên kết H-N-H ≈ 107°
- Phân tử phân cực
- N có 1 cặp electron tự do
b) Tính chất vật lý
- Trạng thái: Khí không màu, mùi khai, độc
- Nhiệt độ sôi: -33°C
- Khối lượng riêng: Nhẹ hơn không khí (d = 0.59)
- Độ tan: Tan rất nhiều trong nước (1 lít H₂O hòa tan 700 lít NH₃ ở 20°C)
- Dung dịch: NH₃ trong nước tạo dung dịch bazơ yếu
2. Tính chất hóa học của ammonia
a) Tính bazơ yếu
1. Tác dụng với nước:
NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻
Hoặc: NH₃ + H₂O ⇌ NH₄OH (ammonium hydroxide)
Đặc điểm:
- Dung dịch có tính bazơ yếu
- Làm quỳ tím chuyển xanh
- Phenolphtalein chuyển hồng
2. Tác dụng với axit:
NH₃ + HCl → NH₄Cl (khói trắng)
2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄
NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃
Hiện tượng: Tạo khói trắng (muối ammonium)
b) Tính khử
1. Phản ứng với oxygen:
4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O (không có xúc tác)
4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (có xúc tác Pt, t°)
Ứng dụng: Sản xuất HNO₃ trong công nghiệp
2. Phản ứng với Cl₂:
2NH₃ + 3Cl₂ → N₂ + 6HCl
8NH₃ + 3Cl₂ → N₂ + 6NH₄Cl
3. Phản ứng với CuO:
2NH₃ + 3CuO → 3Cu + N₂ + 3H₂O
Điều kiện: Nhiệt độ cao
c) Tạo phức
NH₃ + Cu²⁺ → [Cu(NH₃)₄]²⁺ (phức màu xanh thẫm)
NH₃ + Ag⁺ → [Ag(NH₃)₂]⁺ (phức không màu)
Ứng dụng: Hòa tan kết tủa AgCl, Ag₂O
3. Muối ammonium
a) Tính chất chung
Đặc điểm:
- Chứa ion NH₄⁺
- Là chất rắn, màu trắng
- Tan nhiều trong nước
- Dễ bị nhiệt phân
b) Tính chất hóa học
1. Tác dụng với bazơ:
NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃↑ + H₂O
(NH₄)₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2NH₃↑ + 2H₂O
Nhận biết: Đun nóng muối ammonium với dung dịch kiềm, có khí mùi khai thoát ra
2. Nhiệt phân:
a) Muối ammonium không chứa anion có tính oxi hóa:
NH₄Cl → NH₃ + HCl (khí)
(NH₄)₂CO₃ → 2NH₃ + H₂O + CO₂
b) Muối ammonium chứa anion có tính oxi hóa:
NH₄NO₃ → N₂O + 2H₂O (đun nóng)
NH₄NO₂ → N₂ + 2H₂O (đun nóng nhẹ)
(NH₄)₂Cr₂O₇ → N₂ + Cr₂O₃ + 4H₂O (phản ứng núi lửa)
c) Nhận biết ion NH₄⁺
Phương pháp:
- Cho dung dịch kiềm (NaOH, KOH) vào
- Đun nóng nhẹ
- Có khí mùi khai (NH₃) thoát ra
- Khí làm quỳ tím ẩm chuyển xanh
4. Điều chế và ứng dụng
a) Điều chế NH₃
1. Trong phòng thí nghiệm:
Đun nóng muối ammonium với bazơ:
2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O
Thu khí: Đẩy không khí (NH₃ nhẹ hơn không khí)
2. Trong công nghiệp:
N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
Điều kiện: t° = 450-500°C, P = 200-300 atm, xúc tác Fe
b) Ứng dụng của NH₃
1. Sản xuất phân bón:
- NH₄NO₃ (ammonium nitrate)
- (NH₄)₂SO₄ (ammonium sulfate)
- NH₄HCO₃ (ammonium bicarbonate)
- CO(NH₂)₂ (urea)
2. Sản xuất HNO₃:
4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (xúc tác Pt)
2NO + O₂ → 2NO₂
4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃
3. Công nghiệp:
- Sản xuất chất dẻo, tơ sợi
- Chất tẩy rửa
- Chất làm lạnh
4. Khác:
- Tẩy vết bẩn
- Khử trùng
- Xử lý nước thải
c) Ứng dụng của muối ammonium
- Phân bón: NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄, NH₄H₂PO₄
- Thuốc nổ: NH₄NO₃ (ammonium nitrate)
- Công nghiệp thực phẩm: NH₄HCO₃ (bột nở)
- Y học: (NH₄)₂CO₃ (muối ngửi)
Các dạng bài tập
Dạng 1: Dạng 1: Tính chất hóa học của NH₃
Phương pháp giải:
Phương pháp:
- Xác định vai trò của NH₃ (bazơ hay chất khử)
- Viết phương trình phản ứng
- Tính toán theo phương trình
Ví dụ:
Tính số mol NH₃:
n(NH₃) = 6.72 / 22.4 = 0.3 mol
a) Với HCl:
NH₃ + HCl → NH₄Cl
n(NH₄Cl) = n(NH₃) = 0.3 mol
M(NH₄Cl) = 14 + 4 + 35.5 = 53.5 g/mol
m(NH₄Cl) = 0.3 × 53.5 = 16.05 g
b) Với H₂SO₄:
2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄
n((NH₄)₂SO₄) = n(NH₃) / 2 = 0.3 / 2 = 0.15 mol
M((NH₄)₂SO₄) = 2×18 + 32 + 64 = 132 g/mol
m((NH₄)₂SO₄) = 0.15 × 132 = 19.8 g
c) Với CuO:
2NH₃ + 3CuO → 3Cu + N₂ + 3H₂O
n(Cu) = 3/2 × n(NH₃) = 3/2 × 0.3 = 0.45 mol
m(Cu) = 0.45 × 64 = 28.8 g
Đáp án: a) 16.05 g NH₄Cl; b) 19.8 g (NH₄)₂SO₄; c) 28.8 g Cu
Dạng 2: Dạng 2: Nhận biết và tính toán muối ammonium
Phương pháp giải:
Phương pháp:
- Nhận biết: Đun với kiềm, có khí mùi khai
- Tính toán: Viết phương trình, tính theo tỉ lệ mol
Ví dụ:
a) Phương trình:
NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃↑ + H₂O
b) Tính thể tích NH₃:
Bước 1: Tính số mol NH₄Cl
M(NH₄Cl) = 53.5 g/mol
n(NH₄Cl) = 10.7 / 53.5 = 0.2 mol
Bước 2: Tính số mol NH₃
Theo phương trình: n(NH₃) = n(NH₄Cl) = 0.2 mol
Bước 3: Tính thể tích
V(NH₃) = 0.2 × 22.4 = 4.48 lít
c) Tính khối lượng muối:
Bước 1: Tính số mol HCl
n(HCl) = 0.2 × 1 = 0.2 mol
Bước 2: Phản ứng
NH₃ + HCl → NH₄Cl
n(NH₃) = n(HCl) = 0.2 mol → Phản ứng vừa đủ
Bước 3: Tính khối lượng muối
n(NH₄Cl) = 0.2 mol
m(NH₄Cl) = 0.2 × 53.5 = 10.7 g
Đáp án: b) 4.48 lít; c) 10.7 g
Dạng 3: Dạng 3: Bài toán thực tế về phân bón
Phương pháp giải:
Phương pháp:
- Xác định hàm lượng N trong phân bón
- Tính lượng phân bón cần dùng
- So sánh hiệu quả các loại phân
Ví dụ:
a) Tính khối lượng NH₄NO₃:
Bước 1: Tính % N trong NH₄NO₃
M(NH₄NO₃) = 14 + 4 + 14 + 48 = 80 g/mol
Có 2 nguyên tử N trong phân tử
%N = (2 × 14) / 80 × 100% = 35%
Bước 2: Tính khối lượng phân
m(NH₄NO₃) = 100 / 0.35 ≈ 285.7 kg
b) Tính khối lượng CO(NH₂)₂:
Bước 1: Tính % N trong urê
M(CO(NH₂)₂) = 12 + 16 + 2×(14 + 2) = 60 g/mol
Có 2 nguyên tử N trong phân tử
%N = (2 × 14) / 60 × 100% ≈ 46.7%
Bước 2: Tính khối lượng phân
m(urê) = 100 / 0.467 ≈ 214.1 kg
c) So sánh chi phí:
Chi phí NH₄NO₃:
285.7 × 8000 = 2,285,600 đồng
Chi phí urê:
214.1 × 10000 = 2,141,000 đồng
Chênh lệch:
2,285,600 - 2,141,000 = 144,600 đồng
→ Urê rẻ hơn 144,600 đồng/ha
d) Lý do nông dân chọn urê:
1. Hàm lượng N cao hơn:
- Urê: 46.7% N
- NH₄NO₃: 35% N
- → Cần ít phân hơn → Giảm chi phí vận chuyển, bảo quản
2. Chi phí thấp hơn:
- Mặc dù giá/kg cao hơn
- Nhưng tổng chi phí thấp hơn (do hàm lượng N cao)
- Tiết kiệm 144,600 đ/ha
3. Dễ sử dụng:
- Dạng viên, dễ rải
- Tan chậm, cung cấp N lâu dài
- Ít bị rửa trôi
4. An toàn hơn:
- NH₄NO₃ dễ nổ (chứa NO₃⁻ có tính oxi hóa)
- Urê an toàn, không nổ
- Dễ bảo quản
5. Hiệu quả cao:
- Urê phân hủy chậm trong đất
- CO(NH₂)₂ + H₂O → 2NH₃ + CO₂ (do enzyme urease)
- NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH⁻
- Cây hấp thụ NH₄⁺ từ từ
Lưu ý khi dùng urê:
- Không bón quá nhiều (gây cháy lá)
- Bón sâu vào đất (tránh bay hơi NH₃)
- Tưới nước sau khi bón
- Bón đúng thời điểm (giai đoạn cây cần N)
Kết luận:
- Cần 285.7 kg NH₄NO₃ hoặc 214.1 kg urê
- Urê tiết kiệm hơn 144,600 đ/ha
- Urê có nhiều ưu điểm: Hàm lượng N cao, an toàn, hiệu quả
- Nông dân nên chọn urê cho hiệu quả kinh tế