Phương pháp dạy học nhóm nitơ
I. MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG
1. Về kiến thức
Biết:
- Vị trí của các nguyên tố thuộc nhóm nitơ trong bảng tuần hoàn.
- Tính chất của các đơn chất và hợp chất của nitơ và photpho.
- Ứng dụng của các đơn chất và hợp chất nitơ.
- Điều chế nitơ, photpho và các hợp chất quan trọng của chúng.
Hiểu:
- Sự liên quan giữa vị trí nitơ, photpho trong bảng tuần hoàn với cấu tạo nguyên tử, phân
tử của chúng.
- Sự liên quan giữa cấu tạo nguyên tử, phân tử của nitơ và photpho với tính chất hoá học
của đơn chất và hợp chất của chúng.
2. Về kỹ năng
- Từ vị trí, cấu tạo nguyên tử, phân tử dự đoán tính chất hoá học của đơn chất và hợp chất
của nitơ, photpho.
- Lập phương trình phản ứng của các đơn chất và hợp chất của nitơ và photpho. Xác định
được vai trò và so sánh tính khử, tính oxi hoá của chúng trong các phản ứng oxi hoá –
khử.
- Viết được các phương trình phản ứng trong các sơ đồ chuyển hoá. Biết giải các dạng
khác nhau của bài tâp trắc nghiệm, bài tập tự luận định lượng.
- Tiến hành một số thí nghiệm đơn giản để nghiên cứu tính chất hoá học của đơn chất
nitơ, photpho và các hợp chất của chúng.
3. Về tình cảm, thái độ
- Có ý thức tích cực, tự giác và hợp tác trong học tập.
- Có ý thức bảo vệ môi trường.
II. MỘT SỐ ĐIỂM CẦN LƯU Ý VỀ NỘI DUNG DẠY HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP
DẠY HỌC
1. Trong nhóm nitơ chỉ xét kĩ nitơ và photpho, cần làm rõ sự giống nhau và khác nhau
của các đơn chất và các hợp chất của hai nguyên tố đó. Đây là những kiến mới đối với
học sinh. Do học sinh đã được học đầy đủ cơ sở lý thuyết như cấu tạo nguyên tử, bảng
tuần hoàn, liên kết hoá học, cân bằng hoá học, sự điện li, khái niệm về axit, bazơ và
muối, nên giáo viên cần dẫn dắt để học sinh có thể dựa vào lý thuyết chủ đạo đó dự đoán
được tính chất của đơn chất nitơ, photpho và các hợp chất của chúng. Giáo viên biểu diễn
thí nghiệm, học sinh quan sát, nhận xét và rút ra kết luận để khẳng định sự đúng đắn của
những dự đoán đó.
2. Sự khác nhau về cấu tạo và độ bền của phân tử nitơ và phân tử photpho.
* Phân tử nitơ N2 có kích thước nhỏ hơn phân tử P4 ( ;
) và vì N2 ở trạng thái khí nên lực tương tác giữa các phân tử N2 nhỏ
hơn nhiều so với lực tương tác giữa các phân tử P4.
* Liên kết ba trong phân tử N2 có năng lượng lớn ( ), lớn gấp 6
lần liên kết đơn N – N (EN – N = 169 kJ/mol), nên là liên kết rất bền. Ở 30000C nó mới bắt
đầu bị phân huỷ thành nguyên tử nitơ, do đó ở nhiệt độ thường nitơ phân tử là một trong
những chất trơ nhất. Còn ở nhiệt độ cao, nitơ trở nên hoạt động hơn, nhất là khi có mặt
chất xúc tác.
* Mặc dù photpho có độ âm điện (2,1) nhỏ hơn so với nitơ (3,0), nhưng ở điều kiện
thường photpho hoạt động hơn nitơ. Đó là do liên kết đơn P – P trong phân tử P4 kém bền
hơn liên kết ba trong phân tử nitơ (EP-P ~ 200 kJ/mol). Ở trên 20000C phân tử P4 bị phân
huỷ thành các nguyên tử photpho.
* Ở nguyên tử N không có khả năng kích thích cặp electron đã ghép đôi ở phân lớp 2s để
chuyển sang obitan 3s của lớp thứ ba, vì obitan này có năng lượng cao hơn nhiều. Vì vậy
cộng hoá trị cực đại của nitơ trong các hợp chất bằng 4: ba liên kết được tạo thành theo
cơ chế trao đổi, còn một liên kết được tạo thành theo cơ chế cho – nhận. Nitơ thể hiện các
số oxi hoá: -3 (NH3), – 2(N2H4), -1(N2O), 0 (N2), +1(N2O), +2(NO), +3(N2O3), + 4(NO2,
N2O4), +5 (N2O5).
3. Điều chế nitơ trong công nghiệp
Nitơ được điều chế bằng phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng còn chứa khí
hiếm và những vết oxi. Trong nhiều trường hợp, tạp chất khí hiếm không gây trở ngại gì
cả, nhưng oxi thì không được lẫn. Để loại tạp chất oxi, người ta cho nitơ đi qua một hệ
thống chứa đồng kim loại đốt nóng. Khi đó tất cả oxi đều phản ứng tạo thành CuO.
4. Amoniac
* Khí amoniac là một trong những khí tan nhiều trong nước. Hiện tượng tan nhiều của
amoniac được giải thích bằng sự tạo thành liên kết hiđro giữa các phân tử NH3 và H2O
(cả hai đều là phân tử có cực: momen lưỡng cực , ). Liên
kết này được hình thành nhờ lực tương tác tĩnh điện giữa nguyên tử H mang một phần
điện tích dương của phân tử H2O và nguyên tử N mang một phần điện tích âm của phân
tử NH3.
* Là hợp chất có cực, NH3 dễ hoá lỏng và dễ hóa rắn (tnc = -780C, ts= – 330C) cao hơn
nhiều so với các hợp chất tương tự như PH3 (tnc = -1330C, ts = – 87,40C), AsH3 (tnc = -
1160C, ts = -620C) v.v… Điều này được giải thích là: do phân cực khá mạnh, nên các
phân tử NH3 dễ kết hợp với nhau tạo thành tập hợp phân tử (NH3)n nhờ liên kết hiđro. Để
phá vỡ tập hợp phân tử này cần tiêu tốn năng lượng. Bởi vậy, NH3 có tnc, ts và cả nhiệt
hoá hơi (22,82 kJ/mol) cao hơn PH3, AsH3. Ở những hợp chất này không xảy ra hiện
tượng tập hợp phân tử.
* Khi tan trong nước, trong dung dịch nước của amoniac xảy ra các quá trình sau:
——————–NH3 . H2O
NH3 + H2O ⇄ NH3 ……. H2O ⇄ NH4+ + OH-
Khi đó NH3 kết hợp với H+ của H2O theo cơ chế cho – nhận, tạo thành ion NH4+ và dung
dịch trở nên có tính bazơ. Phản ứng chung được viết là:
NH3(dd) + H2O ⇄ NH4+ + OH-
Đây là phản ứng thuận nghịch, ở lạnh nó chuyển dịch từ trái sang phải, khi đun nóng
trong bình hở nó chuyển sang dịch từ phải sang trái.
Hằng số phân li bazơ của amoniac trong dung dịch ở 250C:
Trước đây, người ta cho rằng tính bazơ là do NH3 kết hợp với H2O tạo thành phân tử
NH4OH, nhưng thực tế không có những bằng chứng minh sự tồn tại của phân tử này. Khi
nghiên cứu nhiệt độ hoá rắn của dung dịch NH3 người ta thấy có ba dạng hiđrat bền ở
nhiệt độ thấp là 2NH3.H2O (tnc = -78,80C); NH3.H2O (tnc = -790C) và NH3.2NH3 (tnc = -
980C). Trong các hợp chất hiđrat đó, phân tử NH3 liên kết với phân tử H2O bằng liên kết
hiđro, chứ không có các ion NH4+, OH- và phân tử NH4OH.
* Khả năng kết hợp của amoniac với nước và với axit tạo thành ion NH4+ và với các ion
kim loại nh Ca2+, Zn2+, Cu2+, Ag+ v.v… tạo thành cation phức (gọi chung là amoniacat
kim loại [Ca(NH3)8]2+, [Cu(NH3)4]2+, [Ag(NH3)2]+, v.v… là do có sự hình thành các liên
kết cho – nhận (còn gọi là liên kết phối trí) giữa cặp electron tự do chưa sử dụng của
nguyên tử N trong phân tử NH3 và obitan lai hoá còn trống của ion kim loại (theo thuyết
liên kết hóa trị).
* Amoniac còn có tính khử, mặc dù không đặc trưng bằng phản ứng kết hợp. Tính khử
của NH3 là do nguyên tử nitơ có số oxi hoá thấp nhất (-3) gây ra. Ngoài O2 và oxit kim
loại ra, clo và brom oxi hoá mãnh liệt amoniac ở trạng thái khí và trạng thái dung dịch
ngay ở nhiệt độ thường.
5. Muối amoni
* Cần thấy rõ sự giống nhau và khác nhau giữa muối amoni và muối kim loại kiềm.
Giống với muối của kim loại kiềm, các muối amoni đều tan nhiều trong nước và khi tan
phân ly hoàn thành các ion. Ion NH4+ cũng không có màu như ion kim loại kiềm.
Khác với muối kim loại kiềm, dung dịch muối amoni có tính axit do ion amoni cho
proton:
NH4+ + H2O ⇄ NH3 + H3O, Ka = 5,5.10-10.
