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 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 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 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 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
1 Dạng 1: Tính chất hóa học của NH₃
Phương pháp:
- Xác định vai trò của NH₃ (bazơ hay chất khử)
- Viết phương trình phản ứng
- Tính toán theo phương trình
Ví dụ minh họa
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
2 Dạng 2: Nhận biết và tính toán muối ammonium
Phương pháp:
- Nhận biết: Đun với kiềm, có khí mùi khai
- Tính toán: Viết phương trình, tính theo tỉ lệ mol
Ví dụ minh họa
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
3 Dạng 3: Bài toán thực tế về phân bón
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 minh họa
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
Sẵn sàng thử thách bản thân?
Hoàn thành 15 câu hỏi để củng cố kiến thức và kiểm tra mức độ hiểu bài
Làm bài tập ngay