Bài 8: Amoniac và muối amoni

A. AMONIAC

I. CẤU TẠO PHÂN TỬ

Trong phân tử amoniac, nguyên tử N liên kết với ba nguyên tử hidro bằng ba liên kết cộng hóa trị có cực. Những đôi electron dùng chung lệch về phía nguyên tử nitơ có độ âm điện lớn hơn. Phân tử NH₃ có cấu tạo hình chóp với nguyên tử nitơ ở đỉnh, đáy là một tam giác mà đỉnh là ba nguyên tử H. 

Trong phân tử NH₃, nguyên tử N còn một cặp electron hóa trị có thể tham gia liên kết với nguyên tử khác.

Sơ đồ cấu tạo của phân tử NH3 

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

• Amoniac là chất khí không màu, có mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí.
• Khí amoniac tan rất nhiều trong nước, ở điều kiện thường, 1 lít nước hòa tan được khoảng 800 lít khí amoniac.

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. Tính bazơ yếu

a. Tác dụng với nước

Khi tan trong nước, NH₃ kết hợp với ion H⁺ của nước, tạo thành ion NH₄⁺ và ion hidroxit OH^-, làm cho dung dịch có tính bazơ và dẫn điện:

NH₃   +  H₂O   ⇌   NH₄⁺   +  OH^-

Vì dung dịch amoniac có tính bazơ nên có thể dùng giấy quỳ tím ẩm để nhận biết khí amoniac, quỳ tím sẽ chuyển thành màu xanh.

b. Tác dụng với dung dịch muối

Dung dịch amoniac có thể tác dụng với dung dịch muối của các kim loại mà hidroxit tương ứng của các kim loại đó là chất kết tủa.

Ví dụ:

AlCl₃   +  3NH₃   +  3H₂O   →   Al(OH)₃  +   3NH₄Cl

Fe(NO₃)₂   +   2NH₃   +  2H₂O    →    Fe(OH)₂   +  2NH₄NO₃ 

Phản ứng của NH₃ và các dung dịch muối.

c. Tác dụng với axit

Khí amoniac, cũng như dung dịch amoniac, tác dụng với dung dịch axit tạo ra muối amoni. Ví dụ:

NH₃  +  HCl   →    NH₄Cl _{(amoni clorua)}

2NH₃   +   H₂SO₄  →   (NH₄)₂SO_{4 (amoni sunfat)}

2. Tính khử

Trong phân tử amoniac, nitơ có số oxi hóa là -3 là số oxi hóa thấp nhất của nitơ, vì vậy phân tử amoniac có tính khử.

a. Tác dụng với oxi

Amoniac cháy trong oxi cho ngọn lửa màu vàng, tạo ra khí nitơ và hơi nước.

4NH₃   +  3O₂   \(\underrightarrow{t^o}\)   2N₂  +  6H₂O

b. Tác dụng với clo

Clo oxi hóa mạnh amoniac tạo ra khí nitơ và hidro clorua:

2NH₃   +   3Cl₂   →   N₂   +   6HCl

HCl sinh ra lại kết hợp ngay với NH₃ tạo thành "khói" trắng NH₄Cl.

IV. ỨNG DỤNG

Amoniac được sử dụng chủ yếu để:

• Sản xuất axit nitric, phân đạm như urê, amoni nitrat, amoni sunfat...
• Điều chế hidrazin N₂H₄ làm nhiên liệu cho tên lửa.
• Amoniac lỏng dùng làm chất gây lạnh trong thiết bị lạnh.

V. ĐIỀU CHẾ

1. Trong phòng thí nghiệm

Khí amoniac được điều chế bằng cách đun nóng muối amoni với Ca(OH)₂. Ví dụ:

NH₄Cl   +   Ca(OH)₂    \(\underrightarrow{t^o}\)   CaCl₂   +  NH₃   +  H₂O

Để làm khô khí, người ta cho khí amoniac vừa tạo thành có lẫn hơi nước đi qua bình đựng vôi sống CaO.

Còn muốn điều chế nhanh một lượng nhỏ khí amoniac, người ta thường đun nóng dung dịch amoniac đậm đặc.

2. Trong công nghiệp

N₂   +   3H₂      2NH₃                 ΔH < 0

Là phản ứng thuận nghịch và tỏa nhiệt. Các điều kiện của phản ứng bao gồm:

• Nhiệt độ: 450 - 500^oC. Ở nhiệt độ thấp hơn, cân bằng hóa học chuyển dịch sang phải làm tăng hiệu suất phản ứng nhưng lại giảm tốc độ phản ứng.
• Áp suất từ 200 đến 300 atm.
• Chất xúc tác là sắt kim loại được trộn thêm Al₂O₃, K₂O...

Khí amoniac tạo thành có lẫn nitơ và hidro. Hỗn hợp khí được làm lạnh chỉ có amoniac hóa lỏng và được tách ra. Còn hai khí nitơ và hidro chưa phản ứng lại được bổ sung vào hỗn hợp nguyên liệu ban đầu.

B. MUỐI AMONI

Muối amoni là chất tinh thể ion, gồm cation amoni NH₄⁺ liên kết với các anion gốc axit.

Ví dụ: NH₄Cl, NH₄NO₃, NH₄HSO₄...

I. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Tất cả các muối amoni đều tan nhiều trong nước, khi tan điện li hoàn toàn thành các ion, ion NH₄⁺ không màu.

II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. Tác dụng với dung dịch kiềm

Dung dịch đậm đặc của muối amoni phản ứng với dung dịch kiềm khi đun nóng sẽ cho khí amoniac bay ra. Ví dụ:

NH₄Cl   +   KOH   →   KCl   +  NH₃   +   H₂O

Phương trình ion rút gọn:                          NH₄⁺   +   OH^-   →   NH₃   +   H₂O

Dựa vào tính chất này người ta có thể nhận biết ion amoni và điều chế amoniac trong phòng thí nghiệm.

2. Phản ứng nhiệt phân

Các muối amoni dễ bị phân hủy bởi nhiệt.

• Các muối amoni chứa gốc axit không có tính oxi hóa khi đun nóng bị phân hủy thành amoniac. Ví dụ:

NH₄Cl    \(\underrightarrow{t^o}\)   NH₃   +  HCl

Các muối amoni cacbonat và amoni hiđrocacbonat bị phân hủy dần dần ngay ở nhiệt độ thường giải phóng khí NH₃ và CO₂, khi đun nóng thì phản ứng xảy ra nhanh hơn.

(NH₄)₂CO₃  →  NH₃  +   NH₄HCO₃

NH₄HCO₃   →  NH₃   +   CO₂  +  H₂O

Trong thực tế, muối NH₄HCO₃ được dùng làm xốp bánh.

• Các muối amoni chứa gốc axit có tính oxi hóa như axit nitrơ, axit nitric khi bị nhiệt phân sinh ra khí N_2, N₂O. Ví dụ:

NH₄NO₂   \(\underrightarrow{t^o}\)   N₂   +  2H₂O

NH₄NO₃  \(\underrightarrow{t^o}\)  N₂O   +   2H₂O 

Các phản ứng này được dùng để điều chế N₂ và N₂O trong phòng thí nghiệm.

Trong quá trình học tập, nếu có bất kỳ thắc mắc nào, các em hãy để lại câu hỏi ở mục hỏi đáp để cùng thảo luận và trả lời nhé. Chúc các em học tốt!