Tính chất vật lý và tính chất hóa học của nitơ (N2) là gì?

Nitơ là một nguyên tố hóa học rất quen cuộc sống hàng ngày. Các tính chất vật lý, tính chất hóa học của Nitơ đã giúp chúng ta có những ứng dụng hoàn hảo vào việc bảo quản, chế tạo. Trong bài viết này, hãy cùng tìm hiểu các tính chất, ứng dụng của Nitơ nhé.

Nitơ là gì?

Nitơ là 1 nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn các nguyên tố. Nitơ có ký hiệu N, số nguyên tử bằng 7, nguyên tử khối bằng 14. Ở điều kiện bình thường, Nitơ (N) là một chất khí không màu, không mùi, không vị và khá trơ, tồn tại dưới dạng phân tử N₂, hay còn gọi là đạm khí.

Nitơ có 2 dạng có tính ứng dụng cao là nitơ khí và nitơ lỏng. Trong đó nitơ lỏng có tính ứng dụng cao hơn bởi nó có những đặc tính hữu ích hơn trong cuộc sống.

Tính chất vật lý của Nitơ

• Nitơ (N) là một chất khí không màu, không mùi, không vị, nhẹ hơn không khí với d = 28/29. Nitơ bị hóa lỏng ở -196°C.
• Nitơ ít tan trong nước, hóa rắn khi gặp nhiệt độ thấp, không duy trì sự cháy và hô hấp.

Tính chất hóa học của Nitơ

• Nitơ là một chất có liên kết 3 rất bền, thậm chí ở 3000 độ C nó vẫn chưa bị phân hủy rõ rệt thành các nguyên tử. Nitơ (N) có các số oxi hoá là: -3, 0, +1, +2, +3, +4, +5. Nitơ có cách tính số oxi hóa là -3 nếu các hợp chất cộng hóa trị của nitơ với những nguyên tố có độ âm điện thấp hơn (như hidro, kim loại…). Nitơ có số oxi hóa dương, từ +1 đến +5 khi các hợp chất cộng hóa trị của nitơ với những nguyên tố có độ âm điện cao hơn (oxi, clo, flo).
• N2 có số oxi hoá 0 nên vừa thể hiện tính oxi hoá vừa thể hiện tính khử. Trong đó, tính oxi đặc trưng hơn.
• Nitơ có E_N N = 946 kJ/mol, ở nhiệt độ thường nitơ khá trơ về mặt hóa học nhưng ở nhiệt độ cao, Nitơ hoạt động mạnh hơn.

Tính oxi hoá

Một tính chất hóa học của Nitơ trội hơn các tính chất còn lại là tính oxi hóa. Phân tử nitơ có liên kết ba rất bền, vì vậy nên nitơ khá trơ về mặt hóa học khi ở nhiệt độ thường.

Tác dụng với hidro

Nitơ phản ứng với hidro tạo amoniac, khi ở nhiệt độ cao, áp suất cao và có chất xúc tác.

Phương trình: N2 + 3H2 ⇄ 2NH3 (ΔH = -92KJ) (t⁰, p, xt) (N có số oxi hóa = 0, sau khi tham gia phản ứng thành N^-3)

Tác dụng với kim loại

• Ở nhiệt độ thường nitơ chỉ tác dụng với liti (Li) tạo liti nitrua: 6Li + N2 → 2Li3N.
• Ở nhiệt độ cao, nitơ tác dụng với nhiều kim loại: 3Mg + N2 → Mg3N2 (magie nitrua).

Lưu ý: Các nitrua dễ bị thủy phân tạo thành NH3 (amoniac). Nitơ sẽ có tính oxi hoá khi tác dụng với nguyên tố có độ âm điện thấp hơn.

Tính khử

Tính chất hóa học tiếp theo của Nitơ là tính khử. Ở nhiệt độ cao (khoảng 3000 độ C), Nitơ có phản ứng với oxi tạo nitơ monoxit (NO).

Phương trình: N2 + O2 → 2NO (không màu) (Ở phương trình này, N2 có số oxi hóa = 0, khi tham gia phản ứng thành N⁺²)

Tuy nhiên, ở điều kiện thường, nitơ monoxit (NO) sẽ tác dụng với oxi không khí để tạo nitơ đioxit (NO2) có màu nâu đỏ.

Phương trình: 2NO + O2 → 2NO2 (Ở phương trình này, N⁺² sau khi tham gia phản ứng thành N⁺⁴

Nitơ thể hiện tính khử khi tác dụng với các nguyên tố có độ âm điện cao hơn. Các oxit khác của nitơ bao gồm N2O, N2O3, N2O5 không trực tiếp điều chế được từ nitơ và oxi.

Tóm lại, có hai tính chất hóa học của nitơ cần phải nhớ là tính oxi hóa và tính khử. Trong đó, đặc trưng nhất là tính oxi hóa của nitơ (tác dụng với những nguyên tố có độ âm điện thấp hơn). Còn tính khử thì ngược lại (tác dụng với những nguyên tố có độ âm điện cao hơn, đưa số oxi hóa của nitơ về số nguyên dương).

Trạng thái tự nhiên của Nitơ

• Trong tự nhiên, nitơ tồn tại ở hai dạng là tự do và hợp chất.
• Ở dạng tự do, nitơ chiếm 80% thể tích không khí.
• Ở dạng hợp chất, nitơ có nhiều trong khoáng vật NaNO3 có tên là diêm tiêu natri.
• Ngoài ra nitơ có trong thành phần của protein, axit nucleic,… và nhiều hợp chất hữu khác.

Ứng dụng Nitơ

Sau khi tìm hiểu các tính chất vật lý, tính chất hóa học của Nitơ, hãy cùng đi khám phá xem có những ứng dụng nào của Nitơ trong cuộc sống và công nghiệp.

• Nitơ được ứng dụng trong đời sống ngày càng phổ biến. Đặc biệt là dạng nitơ khí để sản xuất ra dạng nitơ lỏng.
• Ứng dụng Nitơ để bảo quản thực phẩm: Vì có đặc tính trơ về mặt phản ứng, nên dùng nitơ để đóng gói thực phẩm, nhằm ngăn chặn được ảnh hưởng của sự oxy hóa của thực phẩm rất tốt. Nitơ làm chậm quá trình ôi thiu và các dạng tổn thất gây ra bởi quá trình oxi hóa của thực phẩm.
• Sử dụng Nitơ trong hàn ống, chế biến kim loại để nâng cao độ bền: Nitơ làm sạch đường ống để đảm bảo an toàn và không hư hại tới các sản phẩm khác.
• Dùng Nitơ để luyện kim và chế tác kim loại, các linh kiện điện tử, sản xuất thép không gỉ.
• Dùng Nitơ để bơm lốp oto và máy bay: Nitơ có đặc tính chờ và thiếu các tỉnh ẩm, đặc biệt oxy hóa cực thấp vì thế được sử dụng rất nhiều trong việc bơm lốp oto và máy bay.
• Vận chuyển thực phẩm và các mẫu chế biến sinh học: Khí nitơ được dùng trong việc làm lạnh để vận chuyển thực phẩm. Khí nitơ giúp làm lạnh an toàn, không gây hại cho thực phẩm. Giúp bảo vệ các bộ phận của cơ thể, đảm bảo cho các tế bào tinh trùng và trứng luôn được bảo quản lạnh.
• Nitơ trong nghiên cứu, giáo dục: dùng Nitơ để phân tích mẫu, làm các thí nghiệm hóa học trong lớp học.

Điều chế Nitơ

Khi đã nắm được tính chất hóa học của Nitơ, hãy cùng điều chế nó nhé.

Trong công nghiệp

Chưng cất phân đoạn không khí lỏng, thu nitơ ở -196 độ C, vận chuyển trong các bình thép, nén dưới áp suất 150 atm.

Trong phòng thí nghiệm

Đun dung dịch bão hòa muối amoni nitrit (là hỗn hợp của NaNO2 và NH4Cl):

NH4NO2 → N2↑ + 2H2O (t⁰)
NH4Cl+ NaNO2 → N2↑ + NaCl + 2H2O (t⁰)
NH4Cl + NaNO2 → N2↑ + 2H2O (t⁰ 500 độ C)

Câu hỏi vận dụng tính chất hóa học của nitơ

Câu 1: Phương pháp chủ yếu để sản xuất N2 trong công nghiệp là gì?

A. chưng cất phân đoạn không khí
B. nhiệt phân muối NH4NO3
C. phân hủy protein
D. tất cả đều đúng

Câu 2: Vị trí của N (z = 7) trong bảng hệ thống tuần hoàn là ở đâu?

A. ô thứ 7, chu kì 2, nhóm IIIA
B. ô thứ 7, chu kì 2, nhóm VA
C. ô thứ 7, chu kì 3, nhóm IIIA
D. ô thứ 7, chu kì 3, nhóm VA

Câu 3: Trong các nhận xét dưới đây, nhận xét nào là sai?

A. nguyên tử nitơ có 2 lớp electron, lớp ngoài cùng có 3 lớp electron
B. số hiệu của nguyên tử nitơ là 7
C. 3 electron ở phân lớp 2p của nguyên tử nitơ có thể tạo thành 3 liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử khác
D. Cấu hình electron của nguyên tử nitơ (N = 7) là 1s²2s²2p³

Câu 4: Trong các nhận xét sau đây, nhận xét nào là đúng?

A. nitơ không duy trì sự hô hấp
B. nitơ có liên kết 3 nên rất kém bền
C. khi tác dụng với kim loại hoạt động, nitơ có tính khử
D. số oxi hóa của nitơ trong AlN và NH4+ là -3 và +3

Câu 5: Nguyên nhân khí nitơ tương đối trơ ở nhiệt độ thường?

A. vì nitơ có bán kính nguyên tử nhỏ nhất
B. nguyên tử nitơ có độ âm điện cao nhất trong nhóm VA
C. trong phân tử N2, mỗi nguyên tử nitơ còn 1 cặp electron chưa tham gia vào liên kết
D. trong phân tử N2 có liên kết 3 nên rất bền

Câu 6: Khí nitơ có thể được tạo thành bằng phản ứng hóa học nào sau đây?

A. đốt cháy NH3 (amoniac) trong oxi khi có mặt chất xúc tác Pt
B. nhiệt phân NH4NO3
C. nhiệt phân AgNO3
D. nhiệt phân NH4NO2

Câu 7: N2 phản ứng với O2 tạo thành NO (nitơ monoxit) ở điều nào sau đây?

A. điều kiện thường
B. nhiệt độ cao khoảng 100 độ C
C. nhiệt độ cao khoảng 1000 độ C
D. nhiệt độ khoảng 3000 độ C

Câu 8: Trong phòng thí nghiệm để điều chế nitơ, người ta tiến hành nhiệt phân NH4NO2. Tuy nhiên trong thực tế, chất này kém bền và khó bảo quản nên người ta thường trộn hai dung dịch X và Y bão hòa lại với nhau. Hai dung dịch X và Y bão hòa ở đây là?

A. NaNO2 và NH4Cl
B. KNO2 và NH4NO3
C. NaNO2 và NH4NO3
D. HNO2 và NH4Cl

Câu 9: Đặc trưng trong tính chất hóa học của nitơ là

A. tính kim loại
B. tính oxi hóa
C. tính khử
D. tính trung bình

Câu 10: Điểm giống nhau giữa N2 và CO2 là gì?

A. đều không tan trong nước
B. vừa có tính oxi hóa và khử
C. đều không duy trì được sự cháy và sự sống
D. tất cả đều đúng

Hy vọng bài viết trên đây của Trắc Nghiệm đã cung cấp cho bạn các thông tin hữu ích về tính chất vật lý, tính chất hóa học của nitơ. Đồng thời đã nêu ra những ứng dụng tuyệt vời của nitơ trong cuộc sống. Xem thêm nhiều bài viết hay về phản ứng hóa học tại website ihoc.vn nhé.