[CHUẨN NHẤT] Cách điều chế N2 trong phòng thí nghiệm? | Myphamthucuc.vn

Câu hỏi: Cách điều chế N₂ trong phòng thí nghiệm?

Lời giải:

Điều chế N₂ trong phòng thí nghiệm người ta sử dụng phương pháp đun nóng dung dịch bão hòa muối amoni nitrit                  

Hoặc trong phòng thí nghiệm có thể điều chế n2 bằng cách thu khí Nitơ sau phản ứng dưới đây xảy ra. Sau đây là phương trình điều chế N₂ trong phòng thí nghiệm

                                   NH₄CL + NaCL  → N₂ + NaCL + 2H₂O

Cùng Top lời giải tìm hiểu chi tiết hơn về khí N2 và các ứng dụng của chúng nhé:

Khí N₂ là gì?

Nitơ là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn các nguyên tố có ký hiệu N và số nguyên tử bằng 7, nguyên tử khối bằng 14, với độ âm điện là 3,04.

Ở điều kiện bình thường nitơ là một chất khí không màu, không mùi, không vị và khá trơ và tồn tại dưới dạng phân tử N₂. Nitơ chiếm khoảng 78% khí quyển Trái Đất và là thành phần của mọi cơ thể sống.

Tính chất của khí N₂

Nitơ là một phi kim, có độ âm điện là 3,04. Có 5 điện tử trên lớp ngoài cùng, vì thế nó có hóa trị III trong phần lớn các hợp chất để đạt cơ cấu bền.

Nitơ tinh khiết là một chất khí ở dạng phân tử không màu, không mùi và chỉ tham gia phản ứng hóa học ở nhiệt độ phòng khi nó phản ứng với Liti.

Nitơ hóa lỏng ở nhiệt độ 77 K (-196 °C) trong điều kiện áp suất khí quyển và đóng băng ở 63 K (-210 °C) thành dạng tinh thể lục phương đóng kín. Nitơ lỏng, có dạng giống như nước, nhưng có tỷ trọng chỉ bằng 80,8%, là chất làm lạnh phổ biến. 

Tính chất hóa học của Dinitrogen (N₂)

– N₂ hầu như không phản ứng ở nhiệt độ thường. Nó không cháy và cũng không hỗ trợ quá trình đốt cháy. 

Tính trơ hóa học của N₂ ở nhiệt độ thường là do phân tử có tính ổn định cao.

– Trong phân tử N₂, hai nguyên tử nitơ liên kết với nhau bằng liên kết ba. Liên kết ba có entanpi liên kết rất cao (lượng nhiệt năng cần thiết để phá vỡ một liên kết hóa học). Do entanpi phân ly liên kết rất cao, N₂ hầu như không phản ứng với hầu hết các thuốc thử.

– Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, nó kết hợp với một số kim loại và phi kim loại để tạo thành các hợp chất ion và cộng hóa trị được gọi là nitrua. Dưới đây là một số phản ứng hóa học quan trọng của N₂.

Kết hợp với kim loại điện dương

N₂ kết hợp với một số kim loại có tính điện động cao ở nhiệt độ cao tạo thành nitrua của chúng. Lithium nitride hình thành chậm ở nhiệt độ thường nhưng nhanh chóng ở nhiệt độ cao hơn. Magie và nhôm tiếp tục cháy trong môi trường nitơ tạo thành nitrit của chúng. Canxi, stronti và bari phản ứng với N₂ khi chúng nóng đỏ.

6Li + N₂ → 2Li₃N₂

3Mg + N₂ → Mg₃N₂

2Al + N₂ → 2AlN

3Ca + 2N → Ca₃N₂

N₂ kết hợp với O₂ khi có hồ quang điện (trên 3273K) tạo thành oxit nitric

N + O → 2NO

Phương trình

Điều gì xảy ra khi N₂ kết hợp với H₂?

N₂ phản ứng với H₂ ở 725K dưới áp suất 200 atm với sự có mặt của chất xúc tác (sắt và molypden được phân chia mịn).

N + 3H → 2NH

Viết phương trình hóa học cho phản ứng của N₂ với Alumina và Canxi cacbua.

Al₂O₃ + N₂ + 3C → 2AlN + 3CO

CaC₂ + N₂ → CaCN₂ + C

CaCN₂ hay Canxi xyanua là một loại phân bón quan trọng.

Điều chế N₂ trong phòng thí nghiệm ra sao?

Điều chế N₂ trong phòng thí nghiệm người ta sử dụng phương pháp đun nóng dung dịch bão hòa muối amoni nitrit 

                                   NH₄NO₂ → N₂ + 2H₂O

Hoặc trong phòng thí nghiệm có thể điều chế N₂ bằng cách thu khí Nitơ sau phản ứng dưới đây xảy ra. Sau đây là phương trình điều chế N₂ trong phòng thí nghiệm

                                   NH₄CL + NaCL  → N₂ + NaCL + 2H₂O

Phương pháp điều chế N₂ trong công nghiệp như thế nào

Trong công nghiệp người ta thường điều chế N₂ từ không khí. Để điều chế nito trong công nghiệp, người ta sử dụng phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng.

• Đầu tiên, cần loại bỏ hơi nước H₂O ra khỏi không khí.
• Bước tiếp theo trong phương pháp điều chế N₂ trong công nghiệp là loại bỏ khí CO₂. Hợp chất sau khi thu được sau khi loại bỏ hơi nước và CO₂ sẽ được hóa lỏng dưới áp suất cao và nhiệt độ thấp.
• Sau đó lại tăng dần nhiệt độ của khối khí đã hóa lỏng ở nhiệt độ thấp lên đến -196 độ C thì lúc này xảy ra hiện tượng khí nitơ bị sôi và tách hẳn ra khỏi oxi.
• Sau cùng qua các bước sẽ thu được khí N₂ – nito tinh khiết

Ứng dụng khí N₂ trong đời sống và sản xuất

Khí N₂ có được ứng dụng rất nhiều trong đời sống cũng như sản xuất. Cụ thể như chúng tôi sẽ nêu một vài ứng dụng dưới đây:

* Trong công nghiệp:

• Khí Nitơ được sử dụng để chống lại sự oxy hóa. 
• Có vai trò bảo vệ bề mặt kim loại trong nhiệt luyện. Xử lý, làm sạch bề mặt kim loại trong ngành luyện thép.
• Sử dụng khí Nitơ vào công nghệ hàn đường ống. Luyện kim, tinh chế các kim loại, sản xuất ra thép không gỉ và ứng dụng vào các ngành công nghệ sản xuất linh kiện điện tử.

* Trong công nghiệp thực phẩm và giải khát

• Sử dụng trong việc sản xuất và đóng gói các loại thực phẩm
• Ứng dụng để làm kem nito
• Dùng để bảo quản độ tươi của thực phẩm đóng gói hay dạng rời, đảm bảo cho việc thực phẩm không bị oxi hóa.
• Một ví dụ khác về tính đa dụng khác của khí Nitơ là sử dụng nó để tạo áp lực cho các thùng chứa một số loại bia. 

* Trong y học

• Ứng dụng vào việc bảo quản các bộ phận cơ thể cũng như các tế bào tinh trùng và trứng. Các mẫu và chế phẩm sinh học.
• Khí Nitơ ứng dụng trong da liễu học để loại bỏ các phần tổn thương da ác tính xấu xí. Hay tiềm năng gây ung thư, ví dụ như các nốt mụn cóc, các vết chai sần trên da,…

* Trong đời sống

• Khí Nitơ được sử dụng trong bơm lốp ô tô do đặc tính trơ và thiếu tính ẩm của Nitơ. 
• Sử dụng khí Nitơ trong vấn đề bảo vệ môi trường và kỹ thuật an toàn. 
• Sử dụng trong các hệ thống thủy lực của ngành công nghiệp hàng không và máy bay quân sự
• Ứng dụng khí Nitơ trong hệ thống dập lửa, hệ thống chống cháy, cứu hỏa…