Li + N2 → Li3N | Li ra Li3N

Phản ứng Li + N₂ ra Li₃N thuộc loại phản ứng oxi hóa khử, phản ứng hóa hợp đã được cân bằng chính xác và chi tiết nhất. Bên cạnh đó là một số bài tập có liên quan về Li có lời giải, mời các bạn đón xem:

6Li + N₂ → 2Li₃N

1. Phương trình hóa học của phản ứng Li tác dụng với N₂

6Li + N₂ → 2Li₃N

2. Cách lập phương trình hóa học của phản ứng theo phương pháp thăng bằng electron

Bước 1: Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa, từ đó xác định chất oxi hóa – khử:

$\stackrel{0}{Li}+{\stackrel{0}{N}}_2\to {\stackrel{+1}{Li}}_3\stackrel{-3}{N}$

Chất khử: Li; chất oxi hóa: N₂

Bước 2: Biểu diễn quá trình oxi hóa, quá trình khử

- Quá trình oxi hóa: $\stackrel{0}{Li}\to \stackrel{+1}{Li}+1e$

- Quá trình khử: $\stackrel{0}{N_2}+6e\to 2\stackrel{-3}{N}$

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hóa

$\begin{array}{c}6\times \\ 1\times \end{array}\left(\begin{array}{c}\stackrel{0}{Li}\to \stackrel{+1}{Li}+1e\\ {\stackrel{0}{N}}_2+6e\to 2\stackrel{-3}{N}\end{array}\right)$

Bước 4: Điền hệ số của các chất có mặt trong phương trình hóa học. Kiểm tra sự cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế.

6Li + N₂ → 2Li₃N

3. Điều kiện để phản ứng Li tác dụng với N₂

- Phản ứng xảy ra ở ngay điều kiện thường.

4. Cách tiến hành thí nghiệm

- Dẫn khí N₂ qua ống nghiệm có chứa liti.

5. Mở rộng kiến thức về N₂

5.1. Vị trí và cấu hình electron nguyên tử

- Nitơ (nitrogen) ở ô thứ 7, nhóm VA, chu kì 2 của bảng tuần hoàn.

- Cấu hình electron nguyên tử của nitơ là 1s²2s²2p³.

⇒ Ba electron ở phân lớp 2p có thể tạo được ba liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử khác.

- Phân tử nitơ gồm hai nguyên tử, giữa chúng hình thành một liên kết ba: N ≡ N .

5.2. Tính chất vật lí

- Ở điều kiện thường, nitơ là chất khí không màu, không mùi, không vị, hơi nhẹ hơn không khí, hóa lỏng ở -196 ^oC.

- Khí nitơ tan rất ít trong nước.

- Nitơ không duy trì sự cháy và sự hô hấp.

5.3. Tính chất hóa học

- Liên kết ba trong phân tử nitơ rất bền.

⇒ Ở nhiệt độ thường, nitơ khá trơ về mặt hóa học.

- Ở nhiệt độ cao, nitơ có thể tác dụng được với nhiều chất.

- Khi tham gia phản ứng oxi hóa - khử, số oxi hóa của nitơ có thể giảm hoặc tăng, do đó nó thể hiện tính oxi hóa hoặc tính khử.

- Tính oxi hóa vẫn là tính chất chủ yếu của nitơ.

a. Tính oxi hóa

Trong phản ứng với kim loại và hiđro, số oxi hóa của nguyên tố nitơ giảm từ 0 đến -3, nitơ thể hiện tính oxi hóa

(*). Tác dụng với kim loại

- Ở nhiệt độ cao, nitơ tác dụng được với một số kim loại hoạt động như Ca, Mg, Al,... tạo thành nitrua kim loại.

Thí dụ:

$\begin{array}{c}3Mg+{\stackrel{0}{N}}_2\stackrel{t^o}{\to }M{g}_3{\stackrel{-3}{N}}_2\\ magienitrua\end{array}$

Chú ý: Li có thể phản ứng với N₂ ở ngay nhiệt độ thường.

(*). Tác dụng với hiđro

- Ở nhiệt độ cao, áp suất cao và có mặt chất xúc tác, nitơ tác dụng trực tiếp với hiđro, tạo ra khí amonia.

${\stackrel{0}{N}}_2+3H_2\underset{xt}{\overset{t^o,p}{\rightleftarrows }}2\stackrel{-3}{N}{H}_3$

b. Tính khử

Ở nhiệt độ khoảng 3000^oC (hoặc nhiệt độ của lò hồ quang điện), nitơ kết hợp trực tiếp với oxi, tạo ra khí nitơ monooxit NO.

${\stackrel{0}{N}}_2+O_2\stackrel{t^o}{\rightleftarrows }2\stackrel{+2}{N}O$

- Trong thiên nhiên, khí NO được tạo thành khi có sấm sét.

Hình 1: Sấm sét cung cấp năng lượng cho phản ứng giữa N₂ và O₂ tạo thành NO

- Ở điều kiện thường, khí NO không màu kết hợp ngay với oxi của không khí, tạo ra khí nitơ đioxit NO₂ màu nâu đỏ.

$2\stackrel{+2}{N}O+O_2\to 2\stackrel{+4}{N}{O}_2$

Lưu ý: Các oxit khác của nitơ như N₂O, N₂O₃, N₂O₅, chúng không điều chế được bằng tác dụng trực tiếp giữa nitơ và oxi.

5.4. Ứng dụng

- Nguyên tố nitơ là một trong những thành phần dinh dưỡng chính của thực vật.

- Trong công nghiệp, phần lớn lượng nitơ sản xuất ra được dùng để tổng hợp khí amonia, từ đó sản xuất ra nitric acid, phân đạm, ...

- Nhiều ngành công nghiệp như luyện kim, thực phẩm, điện tử, ... sử dụng nitơ làm môi trường trơ. Nitơ lỏng được dùng để bảo quản máu và các mẫu vật sinh học khác.

5.5. Trạng thái tự nhiên

- Trong tự nhiên, nitơ tồn tại ở dạng tự do (khí N₂ chiếm 78,16% thể tích của không khí) và dạng hợp chất.

- Nitơ thiên nhiên là hỗn hợp của hai đồng vị: $N_7^{14}$(99,63%) và $N_7^{15}$(0,37%).

- Ở dạng hợp chất, nitơ có nhiều trong khoáng chất natri nitrate NaNO₃, với tên gọi là diêm tiêu natri.

5.6. Điều chế

a. Trong công nghiệp

- Nitơ được sản xuất bằng phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng.

+ Sau khi đã loại bỏ CO₂ và hơi nước, không khí được hóa lỏng dưới áp suất cao và nhiệt độ rất thấp.

+ Nâng nhiệt độ không khí lỏng đến -196 ^oC thì nitơ sôi và được lấy ra, còn lại là oxi lỏng, vì oxi lỏng có nhiệt độ sôi cao hơn (-183 ^oC).

- Khí nitơ được vận chuyển trong các bình thép, nén dưới áp suất 150 atm.

b. Trong phòng thí nghiệm

- Một lượng nhỏ nitơ tinh khiết được điều chế bằng cách đun nóng nhẹ dung dịch bão hoà muối amoni nitrite:

NH₄NO₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ N₂↑ + H₂O

- Tuy nhiên, muối này kém bền, có thể được thay thế bằng dung dịch bão hoà của ammonium chloride và natri nitrite:

NH₄Cl + NaNO₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ N₂↑ + NaCl + 2H₂O

6. Bài tập vận dụng liên quan

Câu 1: Khí N₂ tác dụng với dãy chất nào sau đây:

A. Li, CuO và O₂

B. Al, H₂ và Mg

C. NaOH, H₂ và Cl₂

D. HI, O₃ và Mg

Hướng dẫn giải:

Đáp án B

Nitơ phản ứng được với một số loại kim mạnh, H₂ và O₂.

2Al + N₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2AlN

N₂ + 3H₂ $\underset{xt}{\overset{t^o,p}{\rightleftarrows }}$ 2NH₃

N₂ + 3Mg $\stackrel{t^o}{\to }$ Mg₃N₂

Câu 2: Có thể thu được nitơ từ phản ứng nào sau đây ?

A. Đun nóng dung dịch bão hòa natri nitrite với ammonium chloride.

B. Nhiệt phân muối silver nitrate.

C. Cho bột Cu vào dung dịch HNO₃ đặc nóng.

D. Cho muối amoni nitrate vào dung dịch kiềm.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

NaNO₂ + NH₄Cl $\stackrel{t^o}{\to }$ N₂↑ + NaCl + 2H₂O

Câu 3: Khi có tia lửa điện hoặc ở nhiệt độ cao, nitơ tác dụng trực tiếp với oxi tạo ra hợp chất X. Công thức của X là

A. N₂O.

B. NO₂.

C. NO.

D. N₂O₅.

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

N₂ + O₂ 2NO

Câu 4: Nitơ thể hiện tính khử trong phản ứng với chất nào sau đây ?

A. H₂.

B. O₂.

C. Mg.

D. Al.

Hướng dẫn giải:

Đáp án B

$\stackrel{0}{N_2}$ + O₂ $\underset{t^o}{\overset{}{\rightleftarrows }}$ 2$\stackrel{+2}{N}O$

Trong phản ứng này, số oxi hóa của N tăng từ 0 lên +2 → N₂ đóng vai trò là chất khử.

Câu 5: Nung nóng 4,8 gam Mg trong bình phản ứng chứa 1 mol khí N₂. Sau một thời gian, đưa bình về nhiệt độ ban đầu, thấy áp suất khí trong bình giảm 5% so với áp suất ban đầu. Thành phần phần trăm Mg đã phản ứng là

A. 37,5%.

B. 25,0%.

C. 50%.

D. 75%.

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

$\begin{array}{c}{n}_{Mg}=\mathrm{0,2}mol\\ \frac{n_1}{n_2}=\frac{P_1}{P_2}\Rightarrow \frac{1}{n_2}=\frac{P_1}{\mathrm{0,95}{P}_1}\\ \to n_2=\mathrm{0,95}mol\end{array}$

N₂ + 3Mg $\stackrel{t^o}{\to }$ Mg₃N₂

→$n_{H_2}$_{phản ứng} = 1- 0,95 = 0,05 mol

→ n_Mg = 3$n_{H_2}$_{phản ứng} = 0,15 mol

% Mg _{phản ứng} = $\frac{\mathrm{0,15}}{\mathrm{0,2}}.100\%=75\%$

Câu 6: Trong không khí chứa chủ yếu hai khí nào sau đây?

A. $N_2,C{O}_2$

B. $N_2,O_2$

C. $C{O}_2,O_2$

D. $O_2,N{H}_3$

Hướng dẫn giải:

Đáp án là B

Không khí chứa 78,1% thể tích là N₂, oxi chiếm 20,9% thể tích, 1% là hơi nước và các khí khác.

Câu 7: Thể tích N₂ (đktc) thu được khi nhiệt phân 40 gam NH₄NO₂ là

A. 22,4 lít

B. 44,8 lít

C. 14 lít

D. 4,48 lít

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

Phản ứng nhiệt phân: NH₄NO₂ $\stackrel{t^0}{\to }$ N₂ + 2H₂O.

$n_{N{H}_{4}N{O}_2}=\frac{40}{64}=\mathrm{0,625}mol$ → $n_{N_2}=\mathrm{0,625}mol$

$\to V_{N_2}=\mathrm{0,625.22,4}=14$lít

Câu 8: Trong phòng thí nghiệm, để điều chế một lượng nhỏ khí N₂, người ta đun nóng dung dịch muối X bão hòa. Muối X là

A. NH₄NO₂

B. NaNO₃

C. NH₄Cl

D. NH₄NO₃

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Trong phòng thí nghiệm, điều chế 1 lượng nhỏ nitơ tinh khiết bằng cách đun nóng nhẹ dung dịch bão hòa muối amoni nitrite:

NH₄NO₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ N₂↑ + 2H₂O

Câu 9: Nitơ là chất khí phổ biến trong khí quyển trái đất và được sử dụng chủ yếu để sản xuất amonia. Cộng hóa trị và số oxi hóa của nguyên tố N trong phân tử N₂ là :

A. 3 và 0

B. 1 và 0

C. 0 và 0

D. 3 và 3

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

N₂ công thức cấu tạo là : N≡N → N có cộng hóa trị là 3

N₂ là đơn chất → N có số oxi hóa là 0

Câu 10: Kim loại nào sau đây có thể tác dụng với khí N₂ ở nhiệt độ thường.

A. Li

B. Cs

C. K

D. Ca

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Li có thể tác dụng với khí N₂ ở nhiệt độ thường.

3Li + N₂→ 2Li₃N

Câu 11: Người ta sản xuất khi nitơ trong công nghiệp bằng cách nào sau đây?

A. Chưng cất phân đoạn không khí lỏng.

B. Nhiệt phân dung dịch NH₄NO₂ bão hoà.

C. Dùng photpho để đốt cháy hết oxi không khí.

D. Cho không khí đi qua bột đồng nung nóng.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Trong công nghiệp, khí N₂ được điều chế bằng phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng.

Câu 12: Theo nguyên lí Lơ Sa – tơ – li – ê hiệu suất của phản ứng giữa N₂ và H₂ tạo thành NH₃ tăng nếu

A. giảm áp suất, tăng nhiệt độ.

B. giảm áp suất, giảm nhiệt độ.

C. tăng áp suất, tăng nhiệt độ.

D. tăng áp suất, giảm nhiệt độ.

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

N₂ + 3H₂ $\underset{xt}{\overset{t^o,P}{\rightleftarrows }}$ 2NH₃ ∆H < 0

Phản ứng điều chế NH­₃ là phản ứng thuận nghịch và tỏa nhiệt.

→ Tuân thủ theo nguyên lí Lơ Sa-tơ-li-ê

→ Hiệu suất của phản ứng giữa N₂ và H₂ tạo thành NH₃ tăng nếu tăng áp suất, giảm nhiệt độ.

Câu 13: Ở nhiệt độ thường, nitơ khá trơ về mặt hoạt động là do

A. Nitơ có bán kính nguyên tử nhỏ.

B. Nitơ có độ âm điện lớn nhất trong nhóm.

C. Phân tử nitơ có liên kết ba khá bền.

D. Phân tử nitơ không phân cực.

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

Ở nhiệt độ thường, nitơ khá trơ về mặt hóa học do phân tử nitơ có liên kết ba khá bền.

Câu 14: Để loại bỏ các khí HCl, Cl₂, CO₂ và SO₂ có lẫn trong khí N₂ người ta sử dụng lượng dư dung dịch

A. AgNO₃.

B. Ca(OH)₂.

C. H₂SO₄.

D. CuCl₂.

Hướng dẫn giải:

Đáp án B

Để loại bỏ các khí HCl, Cl₂, CO₂ và SO₂ có lẫn trong khí N₂ người ta sử dụng lượng dư dung dịch Ca(OH)₂ vì các tạp chất khí tác dụng với Ca(OH)₂ bị giữ lại trong dung dịch, N₂ không phản ứng sẽ thoát ra.

2HCl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2H₂O

4Cl₂ + 2Ca(OH)₂ → CaCl₂ + Ca(ClO)₂ + 2H₂O

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O

SO₂ + Ca(OH)₂ → CaSO₃↓ + H₂O

Câu 15: Nitơ có số oxi hóa âm trong hợp chất với nguyên tố nào sau đây ?

A. H.

B. O.

C. Cl.

D. F.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Nitơ có số oxi hóa âm trong hợp chất với nguyên tố H ().

Câu 16: Ứng dụng nào sau đây không phải của nitơ ?

A. Làm môi trường trơ trong một số ngành công nghiệp.

B. Bảo quản máu và các mẫu vật sinh học.

C. Sản xuất nitric acid.

D. Sản xuất phân lân.

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

Sản xuất phân lân là ứng dụng của axit H₃PO₄.

Câu 17: Hỗn hợp khí X gồm N₂ và H₂ có tỉ khối so với H₂ là 3,6. Nung nóng X một thời gian trong bình kín (có bột Fe làm xúc tác), thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối đối với H₂ là 4. Hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH₃ là

A. 36%.

B. 25%.

C. 50%.

D. 40%.

Hướng dẫn giải:

Đáp án B

Phương trình hóa học:

N₂ + 3H₂ $\underset{xt}{\overset{t^0,P}{\rightleftarrows }}2N{H}_3$

Xét hỗn hợp X

$\frac{n_{N_2}}{n_{H_2}}=\frac{\mathrm{3,6.2}-2}{28-\mathrm{3,6.2}}=\frac{1}{4}$ → Hiệu suất tính theo N₂.

Giả sử n_X = 5 mol → $n_{H_2}=4mol;n_{N_2}=1mol$

$\begin{array}{c}{m}_X=m_Y\to \frac{{\overline{M}}_X}{{\overline{M}}_Y}=\frac{n_Y}{n_X}\\ \to n_Y=\frac{\mathrm{3,6.2.5}}{4.2}=\mathrm{4,5}mol\end{array}$

$n_{N_2}$_{phản ứng} = x mol → $n_{H_2}$_{phản ứng} = 3x mol; $n_{N{H}_3}=2xmol$

→ $(1-x)+(4-3x)+2x=\mathrm{4,5}$

$\to x=\mathrm{0,25}mol$

$\to H=\frac{x}{1}.100\%=25\%$

Câu 18:Vị trí của nitơ (N) trong bảng hệ thống tuần hoàn là:

A. ô 14, chu kỳ 2, nhóm VA.

B. ô 14, chu kỳ 3, nhóm IIIA.

C. ô 7, chu kỳ 2, nhóm VA.

D. ô 7, chu kỳ 3, nhóm IIIA.

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

Nitơ nằm ở ô 7, chu kì 2, nhóm VA trong bảng tuần hoàn.

Câu 19: Cấu hình electron nguyên tử của nitơ là

A. 1s²2s²2p¹.

B. 1s²2s²2p⁵.

C. 1s²2s²2p⁶3s²3p².

D. 1s²2s²2p³.

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

Nguyên tử nitơ có 7 electron → Cấu hình electron: $1s^{2}2s^{2}2p^3$.

Câu 20: Ở nhiệt độ thường, khí nitơ khá trơ về mặt hóa học. Nguyên nhân là do

A. trong phân tử N₂ có liên kết ba rất bền.

B. trong phân tử N₂, mỗi nguyên tử nitơ còn 1 cặp electron chưa tham gia liên kết.

C. nguyên tử nitơ có độ âm điện kém hơn oxi.

D. nguyên tử nitơ có bán kính nhỏ.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Phân tử nitơ gồm hai nguyên tử liên kết với nhau bởi một liên kết ba. Mà liên kết ba thì rất bền, ở 3000⁰Cchưa phân hủy rõ rệt thành các nguyên tử.

→ Ở nhiệt độ thường, nitơ khá trơ về mặt hóa học.

Xem thêm các phương trình hóa học hay khác:

• 2Li + Cl₂ → 2LiCl
• 2Li + Br₂ → 2LiBr
• 2Li + I₂ → 2LiI
• 4Li + O₂ → 2Li₂O
• 2Li + 2H₂O → 2KOH + H₂
• 2Li + S → 2Li₂S
• 2Li + 2HCl → 2LiCl + H₂
• Li + 2H₂SO₄ → Li₂SO₄ + H₂
• 6Li + 2H₃PO₄ → 2Li₃PO₄ + 3H₂
• 2Li + H₃PO₄ → Li₂HPO₄ + H₂
• 2Li + 2H₃PO₄ → 2LiH₂PO₄ + H₂
• 2Li + 2C₂H₅OH → 2C₂H₅OLi + H₂
• 2Li + 2CH₃OH → 2CH₃OLi + H₂
• 2Li + 2CH₃ COOH → 2CH₃COOLi + H₂
• 2Li + 2C₆H₅OH → 2C₆H₅OLi + H₂
• 2Li + H₂ → 2LiH

---