40 câu Hóa Học Lớp 11 – Chương 2. Nitrogen và sulfur

Giải thích: Nitrogen có số oxi hóa 0. Khi tác dụng với chất có độ âm điện thấp hơn như hydrogen (H) hoặc kim loại (Li), số oxi hóa của nitrogen giảm xuống (-3), thể hiện tính oxi hóa. Trong phản ứng với O₂, số oxi hóa của nitrogen tăng lên (+2), thể hiện tính khử. Do đó, cả phản ứng N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃ và N₂ + 6Li → 2Li₃N đều chứng tỏ nitrogen có tính oxi hóa.

Giải thích: Phân tử ammonia (NH₃) có cấu tạo hình chóp với nguyên tử nitrogen ở đỉnh và ba nguyên tử hydrogen ở đáy. Nguyên tử nitrogen tạo ba liên kết cộng hóa trị với ba nguyên tử hydrogen và còn một cặp electron tự do.

Giải thích: Muối ammonium tác dụng với dung dịch kiềm khi đun nóng sẽ giải phóng khí ammonia (NH₃) có mùi khai đặc trưng. Phản ứng xảy ra là: NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃↑ + H₂O.

Giải thích: Trong công nghiệp, nitrogen được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng. Không khí lỏng được hóa hơi dần, nitrogen bay hơi trước ở nhiệt độ -196 °C, còn oxygen bay hơi ở -183 °C.

Giải thích: Phương trình phản ứng: 2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄
Theo phương trình, 1 mol H₂SO₄ phản ứng tạo ra 1 mol (NH₄)₂SO₄.
Số mol H₂SO₄ = 0,1 mol.
Vậy số mol (NH₄)₂SO₄ tạo thành là 0,1 mol.
Khối lượng mol của (NH₄)₂SO₄ là: M = (14 + 1×4)×2 + 32 + 16×4 = 18×2 + 32 + 64 = 36 + 32 + 64 = 132 g/mol.
Khối lượng muối thu được là: m = n × M = 0,1 mol × 132 g/mol = 13,2 gam.

Giải thích: Trong phản ứng N₂ + O₂ → 2NO, số oxi hóa của nitrogen tăng từ 0 lên +2. Điều này chứng tỏ N₂ đã nhường electron và thể hiện tính khử.

Giải thích: Ammonia là một bazơ yếu, tác dụng với axit mạnh như HCl tạo thành muối ammonium chloride (NH₄Cl). Phản ứng này thường tạo ra khói trắng là các hạt NH₄Cl rắn mịn.

Giải thích: Ammonia (NH₃) có tính khử mạnh do nguyên tử nitrogen trong NH₃ có số oxi hóa -3, là số oxi hóa thấp nhất của nitrogen. Do đó, nitrogen dễ dàng nhường electron để tăng số oxi hóa. Ammonia không có tính oxi hóa mạnh.

Giải thích: Nitrogen lỏng có nhiệt độ rất thấp (-196 °C), được sử dụng rộng rãi làm môi trường trơ, làm lạnh sâu để bảo quản mẫu vật sinh học, thực phẩm, hoặc trong y học. Các ứng dụng còn lại liên quan đến nitrogen dạng khí hoặc các hợp chất của nitrogen.

Giải thích: Muối ammonium nitrite (NH₄NO₂) khi nhiệt phân sẽ phân hủy tạo ra khí nitrogen (N₂) và nước (H₂O) theo phương trình: NH₄NO₂ → N₂ + 2H₂O.

Giải thích: Ammonia (NH₃) có tính khử mạnh. Khi dẫn NH₃ qua CuO nung nóng, NH₃ sẽ khử CuO (màu đen) thành kim loại đồng (Cu) có màu đỏ và bị oxi hóa thành khí nitrogen (N₂) không màu. Phương trình phản ứng: 2NH₃ + 3CuO --(t°)--> 3Cu + N₂ + 3H₂O.

Giải thích: Bạc (Ag) là kim loại đứng sau hydrogen, khi tác dụng với HNO₃ loãng sẽ tạo ra khí nitric oxide (NO) không màu. Khí NO này khi thoát ra ngoài không khí sẽ lập tức tác dụng với oxygen trong không khí tạo thành khí nitrogen dioxide (NO₂) có màu nâu đỏ theo phương trình: 2NO + O₂ → 2NO₂.

Giải thích: Quá trình tổng hợp ammonia trong công nghiệp (phản ứng Haber-Bosch) là một phản ứng thuận nghịch. Để tăng hiệu suất và tốc độ phản ứng, người ta sử dụng các điều kiện tối ưu: nhiệt độ cao (khoảng 450-500 °C), áp suất cao (khoảng 200-300 atm) và xúc tác là sắt (Fe) được hoạt hóa.

Giải thích: Phương trình phản ứng: Cu + 4HNO₃ (đặc, nóng) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O Số mol Cu: n_Cu = 6,4 g / 64 g/mol = 0,1 mol Theo phương trình phản ứng, cứ 1 mol Cu phản ứng sẽ tạo ra 2 mol NO₂. Vậy, số mol NO₂ tạo thành là: n_NO2 = 2 × n_Cu = 2 × 0,1 = 0,2 mol Thể tích khí NO₂ ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc) là: V_NO2 = n_NO2 × 22,4 lít/mol = 0,2 × 22,4 = 4,48 lít.

Giải thích: Các kim loại như sắt (Fe), crom (Cr), nhôm (Al) bị thụ động hóa trong dung dịch HNO₃ đặc, nguội. Hiện tượng này là do trên bề mặt kim loại tạo thành một lớp màng oxide bền, không tan, bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn tiếp bởi acid.

Giải thích: Muối ammonium nitrat (NH₄NO₃) là một hợp chất không bền với nhiệt. Khi nhiệt phân ở nhiệt độ khoảng 185-250 °C, NH₄NO₃ phân hủy tạo thành khí dinitrogen monoxide (N₂O) và hơi nước (H₂O).
Phương trình phản ứng: NH₄NO₃ ^t° N₂O + 2H₂O.
Nếu nhiệt độ cao hơn nữa (trên 300°C), nó có thể phân hủy nổ tạo ra N₂, O₂ và H₂O.

Giải thích: Trong công nghiệp, nitric acid (HNO₃) được sản xuất theo ba giai đoạn chính, bắt đầu từ ammonia (NH₃).
1. Oxi hóa ammonia bằng oxygen không khí trên xúc tác platin (Pt) ở nhiệt độ cao để tạo ra nitric oxide (NO).
2. Oxi hóa nitric oxide (NO) thành nitrogen dioxide (NO₂) bằng oxygen trong không khí.
3. Hấp thụ nitrogen dioxide (NO₂) vào nước có oxygen để tạo thành nitric acid (HNO₃).

Giải thích: Tính khử của một chất được thể hiện khi số oxi hóa của nguyên tố trong chất đó tăng lên sau phản ứng.
Trong phản ứng C: 4NH₃ + 5O₂ ^{Pt, t°} 4NO + 6H₂O
Số oxi hóa của nitrogen trong NH₃ là -3, còn trong NO là +2. Nitrogen đã tăng số oxi hóa từ -3 lên +2, do đó NH₃ đóng vai trò là chất khử.
Các phản ứng A, B, D là các phản ứng thể hiện tính bazơ của ammonia (tác dụng với nước, axit).

Giải thích: Khí nitrogen dioxide (NO₂) là một khí có tính oxi hóa và khử. Khi tác dụng với nước mà không có sự tham gia của oxygen, NO₂ trải qua phản ứng tự oxi hóa - khử, trong đó một phần NO₂ bị oxi hóa thành HNO₃ và một phần bị khử thành NO.
Phương trình phản ứng: 3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO.

Giải thích: Nitric acid (HNO₃) đặc, nóng có tính oxi hóa rất mạnh, có thể oxi hóa nhiều phi kim như C, S, P.
Khi carbon tác dụng với dung dịch HNO₃ đặc, nóng, carbon bị oxi hóa lên số oxi hóa cao nhất là +4 (trong CO₂), còn nitrogen trong HNO₃ (+5) bị khử xuống NO₂ (+4).
Phương trình phản ứng: C + 4HNO₃ (đặc, nóng) → CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O.
Sản phẩm khí chính thu được là CO₂ và NO₂ (khí màu nâu đỏ).

Giải thích: Khi HNO₃ đặc, nóng tác dụng với kim loại Cu, Ag, Fe đều tạo ra khí NO₂ do tính oxi hóa mạnh của HNO₃:
Cu + 4HNO₃ (đặc, nóng) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O
Ag + 2HNO₃ (đặc, nóng) → AgNO₃ + NO₂ + H₂O
Fe + 6HNO₃ (đặc, nóng) → Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O
Tuy nhiên, khi HNO₃ đặc, nóng tác dụng với muối CaCO₃, phản ứng xảy ra theo tính chất axit thông thường, tạo ra khí CO₂, không tạo ra NO₂:
CaCO₃ + 2HNO₃ (đặc, nóng) → Ca(NO₃)₂ + CO₂ + H₂O

Giải thích: Khí sulfur dioxide (SO₂) có tính khử, có thể làm mất màu dung dịch nước bromine (Br₂) theo phương trình:
SO₂ + Br₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HBr
Trong phản ứng này, SO₂ bị oxi hóa thành H₂SO₄ (số oxi hóa của S tăng từ +4 lên +6) và Br₂ bị khử thành HBr (số oxi hóa của Br giảm từ 0 xuống -1).

Giải thích: Khí nitrogen dioxide (NO₂) là một trong những nguyên nhân chính gây ra hiện tượng mưa axit. NO₂ khi phát thải vào khí quyển sẽ phản ứng với hơi nước và oxygen để tạo thành nitric acid (HNO₃), một thành phần chính của mưa axit:
4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃
Khí nitric oxide (NO) cũng có thể góp phần gián tiếp vì nó có thể bị oxi hóa thành NO₂ trong không khí.
N₂O là khí nhà kính nhưng ít liên quan trực tiếp đến mưa axit. NH₃ là bazơ, không gây mưa axit.

Giải thích: Phương trình phản ứng điều chế SO₂ từ S là:
S + O₂ → SO₂
Số mol SO₂ thu được ở đktc là:
n_SO2 = V / 22,4 = 11,2 / 22,4 = 0,5 mol
Theo phương trình, để thu được 0,5 mol SO₂, số mol S cần thiết theo lí thuyết là 0,5 mol.
Khối lượng S cần thiết theo lí thuyết là:
m_{S (lí thuyết)} = n_S × M_S = 0,5 × 32 = 16 gam
Vì hiệu suất phản ứng là 80%, lượng S thực tế cần dùng phải nhiều hơn lượng lí thuyết:
m_{S (thực tế)} = m_{S (lí thuyết)} / Hiệu suất = 16 / 0,80 = 20 gam
Vậy, khối lượng sulfur cần dùng là 20 gam.

Giải thích: Để nhận biết ion nitrat (NO₃^-) trong dung dịch, người ta thường dùng bột đồng (Cu) và dung dịch sulfuric acid (H₂SO₄) loãng. Phản ứng xảy ra như sau:
3Cu + 8H⁺ + 2NO₃^- → 3Cu²⁺ + 2NO + 4H₂O
Khí nitric oxide (NO) không màu thoát ra, sau đó nhanh chóng hóa nâu trong không khí do phản ứng với oxygen:
2NO + O₂ → 2NO₂ (khí màu nâu đỏ)
Đây là một phản ứng đặc trưng để nhận biết ion NO₃^-.
Các thuốc thử khác như NaOH, BaCl₂, AgNO₃ không đặc trưng để nhận biết ion nitrat.

Giải thích: Sulfur là một phi kim, ở nhiệt độ thường tồn tại dưới dạng chất rắn màu vàng, không tan trong nước nhưng tan trong một số dung môi hữu cơ như CS₂. Sulfur có nhiều dạng thù hình (như sulfur tà phương, sulfur đơn tà). Sulfur chỉ phản ứng với một số kim loại ở nhiệt độ thường (ví dụ thủy ngân), còn lại cần đun nóng. Sulfur có thể có các số oxi hóa -2, 0, +4, +6 trong các hợp chất.

Giải thích: Phản ứng này thể hiện tính oxi hóa mạnh của sulfuric acid đặc. Carbon (số oxi hóa 0) bị oxi hóa lên carbon dioxide (số oxi hóa +4), trong khi sulfur trong H₂SO₄ (số oxi hóa +6) bị khử xuống sulfur dioxide (số oxi hóa +4).
Phương trình: C + 2H₂SO₄ (đặc, nóng) → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O.

Giải thích: Sulfur dioxide (SO₂) là một oxide acid vì nó tác dụng với dung dịch base và oxide base tạo muối và nước. Trong SO₂, sulfur có số oxi hóa +4. Do đó, nó có thể tăng số oxi hóa lên +6 (thể hiện tính khử, ví dụ: SO₂ + Br₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HBr) hoặc giảm số oxi hóa xuống 0 hay -2 (thể hiện tính oxi hóa, ví dụ: SO₂ + 2H₂S → 3S + 2H₂O).

Giải thích: Đồng (Cu) không phản ứng với dung dịch H₂SO₄ loãng. Tuy nhiên, đồng phản ứng với dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng tạo ra khí SO₂ và dung dịch màu xanh lam:
Cu + 2H₂SO₄ (đặc, nóng) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O.
Sắt (Fe) và Nhôm (Al) bị thụ động hóa trong H₂SO₄ đặc, nguội nhưng phản ứng với H₂SO₄ loãng. Kẽm (Zn) phản ứng với cả H₂SO₄ loãng và H₂SO₄ đặc.

Giải thích: Để nhận biết ion sulfate (SO₄^2-) trong dung dịch, người ta thường dùng các dung dịch chứa ion bari (Ba²⁺), chẳng hạn như BaCl₂ hoặc Ba(NO₃)₂. Phản ứng tạo ra kết tủa trắng bari sulfate (BaSO₄) không tan trong acid mạnh:
Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓ (kết tủa trắng).

Giải thích: Khí sulfur dioxide (SO₂) được dùng để tẩy trắng bột giấy, đường, sợi vải, v.v... là nhờ tính tẩy màu của nó. SO₂ tẩy trắng bằng cách kết hợp với chất màu tạo thành hợp chất không bền, không màu. Do đó, màu có thể phục hồi lại khi đun nóng hoặc để lâu ngoài không khí. Đây là sự khác biệt so với các chất tẩy trắng bằng cơ chế oxi hóa mạnh như Cl₂ hay O₃. SO₂ cũng có tính khử (làm mất màu dung dịch brom, KMnO₄) và tính oxi hóa, nhưng tính tẩy màu được ứng dụng trong trường hợp này là do sự tạo hợp chất không bền.

Giải thích: Khi nung nóng sắt (Fe) và lưu huỳnh (S) trong môi trường không có không khí, chúng phản ứng với nhau tạo thành hợp chất sắt(II) sulfide. Phản ứng xảy ra là: Fe + S → FeS.

Giải thích: Dung dịch sulfuric acid (H₂SO₄) đặc có tính háo nước rất mạnh. Khi cho H₂SO₄ đặc vào đường saccarozơ (C₁₂H₂₂O₁₁), acid sẽ hút nước từ đường, làm đường bị than hóa thành carbon màu đen. Một phần carbon này có thể tiếp tục phản ứng với H₂SO₄ đặc tạo ra khí CO₂ và SO₂ (sủi bọt khí). Phương trình hóa học của quá trình than hóa: C₁₂H₂₂O₁₁ (saccarozo) → 12C (than) + 11H₂O (H₂SO₄ đặc hút nước). Sau đó, một phần carbon phản ứng: C + 2H₂SO₄ đặc → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O.

Giải thích: Phương trình hóa học của phản ứng: Zn + H₂SO₄ (loãng) → ZnSO₄ + H₂ Số mol kẽm (Zn) là: n_Zn = m/M = 3,25 gam / 65 g/mol = 0,05 mol. Theo phương trình phản ứng, số mol khí H₂ thoát ra bằng số mol Zn đã phản ứng: n_H2 = n_Zn = 0,05 mol. Thể tích khí H₂ ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc) là: V_H2 = n_H2 × 22,4 = 0,05 mol × 22,4 lít/mol = 1,12 lít.

Giải thích: Trong công nghiệp, sulfuric acid (H₂SO₄) được sản xuất theo phương pháp tiếp xúc. Giai đoạn quan trọng nhất là oxi hóa sulfur dioxide (SO₂) thành sulfur trioxide (SO₃) bằng oxygen: 2SO₂ (g) + O₂ (g) ⇌ 2SO₃ (g). Phản ứng này là thuận nghịch và tỏa nhiệt. Để đạt hiệu suất cao, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ tối ưu khoảng 450-500 °C, áp suất thường (hoặc hơi cao hơn áp suất khí quyển để đẩy khí đi), và sử dụng chất xúc tác vanadium(V) oxide (V₂O₅).

Giải thích: Sulfur có thể tác dụng với hầu hết các kim loại khi đun nóng, tạo thành sulfide kim loại. Tuy nhiên, thủy ngân (Hg) là một ngoại lệ, nó có thể phản ứng trực tiếp với sulfur ở nhiệt độ thường để tạo thành thủy ngân(II) sulfide (HgS). Phản ứng này được ứng dụng để xử lý thủy ngân bị đổ vãi.

Giải thích: Trong phản ứng này, SO₂ đóng vai trò là chất khử, bị oxi hóa từ số oxi hóa +4 lên +6 (trong SO₄^2-). KMnO₄ (chứa Mn ở số oxi hóa +7) đóng vai trò là chất oxi hóa, bị khử xuống Mn²⁺ (số oxi hóa +2). Môi trường axit (H₂SO₄) cung cấp ion H⁺ để cân bằng phản ứng. Phương trình hóa học đã cân bằng là: 5SO₂ + 2KMnO₄ + 2H₂O → K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 2H₂SO₄

Giải thích: Khi pha loãng sulfuric acid đặc, cần phải rót từ từ axit đặc vào nước và khuấy nhẹ. Axit sulfuric đặc rất háo nước và tỏa nhiệt mạnh khi hòa tan vào nước. Nếu rót nước vào axit đặc, nước sẽ nổi lên trên axit và sôi đột ngột do nhiệt tỏa ra, có thể bắn axit ra ngoài gây nguy hiểm. Rót axit vào nước giúp nhiệt tỏa ra được nước hấp thụ dần và phân tán đều hơn.

Giải thích: Phương trình hóa học của phản ứng: Cu + 2H₂SO₄ (đặc, nóng) → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O Số mol Cu: n_Cu = 1,6 gam / 64 g/mol = 0,025 mol Theo phương trình phản ứng, 1 mol Cu tạo ra 1 mol SO₂. Vậy số mol SO₂ tạo thành là: n_SO2 = n_Cu = 0,025 mol Thể tích khí SO₂ ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc): V_SO2 = n_SO2 × 22,4 lít/mol = 0,025 × 22,4 = 0,56 lít. Vậy, thể tích khí sulfur dioxide thoát ra là 0,56 lít.

Giải thích: Sulfur dioxide (SO₂) là một trong những nguyên nhân chính gây mưa axit. Trong không khí, SO₂ có thể tan trong nước tạo thành axit sunfurơ (H₂SO₃) (đáp án B chưa đầy đủ). Tuy nhiên, vai trò quan trọng hơn của SO₂ là bị oxi hóa bởi oxygen (O₂) trong không khí, đặc biệt khi có mặt hơi nước và các chất xúc tác (như bụi kim loại), để tạo thành axit sunfuric (H₂SO₄). H₂SO₄ là một axit mạnh, hòa tan vào nước mưa làm tăng tính axit của nước, gây ra hiện tượng mưa axit. Phản ứng tổng quát có thể được viết là: 2SO₂ + O₂ + 2H₂O → 2H₂SO₄.