Skip to content · ⁨Bỏ qua nội dung⁩

Nitrogen and sulfur · ⁨Nitơ và lưu huỳnh⁩

A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩ · Topic 12 · ⁨Chủ đề 12⁩

Video lesson for this topic · ⁨Bài học video cho chủ đề này⁩ Open the video page · ⁨Mở trang video⁩
7:40

Nitơ và lưu huỳnh

Hít một hơi thở. Gần bốn phần năm những gì vừa đi vào phổi bạn là nitơ — và nó bị đẩy ra ngoài ngay lập tức, hoàn toàn không thay đổi. Nitơ là…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Giọng đọc tiếng Anh · phụ đề tiếng Anh + 中文 được ghi trực tiếp⁩

12.1

Why nitrogen is unreactive · ⁨Tại sao nitơ không phản ứng⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English
  1. explain the lack of reactivity of nitrogen, with reference to triple bond strength and lack of polarity
  2. describe and explain: (a) the basicity of ammonia, using the Brønsted–Lowry theory (b) the structure of the ammonium ion and its formation by an acid–base reaction (c) the displacement of ammonia from ammonium salts by an acid–base reaction
  3. state and explain the natural and man-made occurrences of oxides of nitrogen and their catalytic removal from the exhaust gases of internal combustion engines
  4. understand that atmospheric oxides of nitrogen ($\text{NO}$ and $\text{NO}_2$) can react with unburned hydrocarbons to form peroxyacetyl nitrate, PAN, which is a component of photochemical smog
  5. describe the role of $\text{NO}$ and $\text{NO}_2$ in the formation of acid rain both directly and in their catalytic role in the oxidation of atmospheric sulfur dioxide
Tiếng Việt
  1. giải thích sự thiếu hoạt động của nitơ, liên quan đến độ bền của liên kết ba và sự không phân cực
  2. mô tả và giải thích: (a) tính bazơ của amoniac, sử dụng thuyết Brønsted–Lowry (b) cấu trúc của ion amoni và sự hình thành của nó qua phản ứng axit-bazơ (c) sự thay thế amoniac khỏi muối amoni bằng phản ứng axit-bazơ
  3. nêu và giải thích các nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo của các oxit nitơ và quá trình loại bỏ xúc tác của chúng từ khí thải của động cơ đốt trong
  4. hiểu rằng các oxit nitơ trong khí quyển ($\text{NO}$ và $\text{NO}_2$) có thể phản ứng với hydrocarbon chưa cháy hết để tạo thành peroxyacetyl nitrate, PAN, là một thành phần của khói quang hóa
  5. mô tả vai trò của $\text{NO}$ và $\text{NO}_2$ trong sự hình thành mưa axit cả trực tiếp và trong vai trò xúc tác của chúng trong quá trình oxy hóa lưu huỳnh đioxyd trong khí quyển

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Nguồn: Chương trình Cambridge International⁩

English

Nitrogen gas, $\text{N}_2$, makes up most of the air but reacts with very little. There are two reasons:

  • the two nitrogen atoms are joined by a triple bond 三键, which has a very high bond energy 键能. A lot of energy is needed to break it.
  • the molecule has no polarity 极性 — it is perfectly symmetrical, so nothing pulls other molecules towards it.
Tiếng Việt

Khí nitơ, $\text{N}_2$, chiếm phần lớn không khí nhưng rất ít phản ứng. Có hai lý do:

  • Hai nguyên tử nitơ liên kết với nhau bằng liên kết ba, có năng lượng liên kết rất cao. Cần nhiều năng lượng để phá vỡ nó.
  • Phân tử này không có tính phân cực — nó đối xứng hoàn hảo, nên không có lực nào kéo các phân tử khác lại gần.
Hai nguyên tử nitơ liên kết bởi liên kết ba, mỗi nguyên tử có một cặp electron tự do, được gán nhãn là liên kết mạnh và phân tử đối xứng, không phân cực
Nitơ không phản ứng vì hai lý do: liên kết ba rất mạnh, và phân tử đối xứng, không phân cực
Explore · ⁨Khám phá⁩

The shape of ammonia · ⁨Hình dạng của amoniac⁩

Ammonia has three bonding pairs and one lone pair — the lone pair pushes the bonds down into a pyramidal shape (about 107°). · ⁨Amoniac có ba cặp liên kết và một cặp electron tự do — cặp electron tự do đẩy các liên kết xuống thành hình chóp tam giác (khoảng 107°).⁩

12.1

Ammonia and the ammonium ion · ⁨Amonia và ion amoni⁩

English

Basicity of ammonia

The basicity 碱性 of ammonia (its ability to act as a base) comes from the lone pair 孤对电子 of electrons on the nitrogen atom. Using the Brønsted–Lowry theory, ammonia is a base because this lone pair can accept a proton 质子 ($\text{H}^+$):

$$\text{NH}_3 + \text{H}^+ \rightarrow \text{NH}_4^+$$

The ammonium ion

When the lone pair forms a bond to $\text{H}^+$, it makes the ammonium ion 铵离子, $\text{NH}_4^+$. Because both shared electrons came from the nitrogen, this new bond is a coordinate bond 配位键. The ion has four identical N–H bonds and a tetrahedral shape.

Displacement of ammonia from its salts

If you warm an ammonium salt with a base (such as sodium hydroxide), you push out ammonia gas. This is an acid–base displacement 置换:

$$\text{NH}_4\text{Cl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

The sharp smell of ammonia, and damp red litmus turning blue, is a test for an ammonium salt.

Tiếng Việt
Một tổ hợp hóa công nghiệp lớn
Amonia được chuyển hóa thành phân bón nitơ tại các nhà máy công nghiệp với quy mô khổng lồ.

Tính bazơ của ammonia

Tính bazơ của ammonia (khả năng đóng vai trò là bazơ) đến từ cặp electron tự do trên nguyên tử nitơ. Theo thuyết Brønsted–Lowry, ammonia là bazơ vì cặp electron tự do này có thể nhận một proton ($\text{H}^+$):

$$\text{NH}_3 + \text{H}^+ \rightarrow \text{NH}_4^+$$
Amonia với cặp electron tự do trên nitơ nhận ion hydro để tạo ion amoni tứ diện
Amonia đóng vai trò là bazơ vì cặp electron tự do trên nitơ nhận proton, tạo ra ion amoni

Ion amoni

Khi cặp electron tự do tạo liên kết với $\text{H}^+$, nó tạo ra ion amoni, $\text{NH}_4^+$. Vì cả hai electron dùng chung đều đến từ nitơ, liên kết mới này là liên kết phối trí. Ion có bốn liên kết N–H giống hệt nhau và hình dạng tứ diện.

Thetagão ammonia khỏi muối của nó

Nếu bạn đun nóng muối amoni với bazơ (như natri hiđroxit), khí amonia sẽ bị đẩy ra. Đây là phản ứng thay thế axit-bazơ:

$$\text{NH}_4\text{Cl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

Mùi hắc của amonia và giấy quỳ ẩm chuyển sang màu xanh là phép thử để xác định muối amoni.

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
triple bond/ˈtrɪpl bɒnd/ ba liên kết
bond energy/bɒnd ˈenədʒi/ năng lượng liên kết
polarity/pəʊˈlærɪti/ tính cực
basicity/beɪˈsɪsɪti/ tính bazơ
lone pair/ləʊn peə/ cặp electron tự do
proton/ˈprəʊtɒn/ proton
ammonium ion/æˈməʊnɪəm ˈaɪɒn/ ion amoni
coordinate bond/kəʊˈɔːdɪnət bɒnd/ liên kết phối trí
displacement/dɪˈspleɪsmənt/ chuyển vị
internal combustion engine/ɪnˈtɜːnl kəmˈbʌstʃn ˈendʒɪn/ động cơ đốt trong
12.1

Oxides of nitrogen and air pollution · ⁨Oxit nitơ và ô nhiễm không khí⁩

English

Where they come from

Oxides of nitrogen ($\text{NO}$ and $\text{NO}_2$, together called $\text{NO}_x$) come from two sources:

  • natural: lightning gives enough energy for nitrogen and oxygen in the air to combine.
  • man-made: the high temperature inside an internal combustion engine 内燃机 makes nitrogen and oxygen react:
$$\text{N}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{NO}$$

Removing them from car exhaust

A catalytic converter 催化转化器 cleans the exhaust gases 尾气. It lets the harmful gases react together to form harmless ones:

$$2\text{NO} + 2\text{CO} \rightarrow \text{N}_2 + 2\text{CO}_2$$

Photochemical smog

In sunlight, $\text{NO}$ and $\text{NO}_2$ react with unburned hydrocarbons to form peroxyacetyl nitrate (PAN). PAN is a harmful part of photochemical smog 光化学烟雾, the brown haze seen over busy cities.

Acid rain

The oxides of nitrogen also help make acid rain 酸雨 in two ways:

  • directly: $\text{NO}_2$ dissolves in rain to form nitric acid.
  • as a catalyst: $\text{NO}_2$ speeds up the oxidation of atmospheric sulfur dioxide 二氧化硫 ($\text{SO}_2$) into $\text{SO}_3$, which then forms sulfuric acid in the rain.

Worked example. A white solid is warmed with aqueous $\text{NaOH}$, and a gas is released that turns damp red litmus blue. Identify the gas and the ion in the solid, and explain the reaction. The only common gas that turns damp red litmus blue is ammonia, $\text{NH}_3$, so the solid contains the ammonium ion, $\text{NH}_4^{+}$. The hydroxide ion is the stronger base, so it takes the proton back from the ammonium ion:

$$\text{NH}_4^{+} + \text{OH}^{-} \rightarrow \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

This is the standard test for $\text{NH}_4^{+}$. Always say the litmus is damp: the ammonia must dissolve in the water before it can show its basicity, so dry litmus would give no colour change at all.

Tiếng Việt

Nguồn gốc

Oxit nitơ ($\text{NO}$ và $\text{NO}_2$, gọi chung là $\text{NO}_x$) đến từ hai nguồn:

  • tự nhiên: sét cung cấp đủ năng lượng để nitơ và oxy trong không khí kết hợp.
  • nhân tạo: nhiệt độ cao bên trong động cơ đốt trong khiến nitơ và oxy phản ứng:
$$\text{N}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{NO}$$

Loại bỏ chúng khỏi khí xả xe

Bộ chuyển đổi xúc tác lọc sạch khí thải. Nó cho phép các khí độc hại phản ứng với nhau để tạo thành các khí vô hại:

$$2\text{NO} + 2\text{CO} \rightarrow \text{N}_2 + 2\text{CO}_2$$
Khí độc hại NO và CO đi qua khối xúc tác và thoát ra dưới dạng nitơ và carbon dioxide vô hại
Trong bộ chuyển đổi xúc tác, các khí độc hại NO và CO phản ứng trên bề mặt xúc tác để tạo ra N$_2$ và CO$_2$ vô hại

Khói quang hóa

Dưới ánh sáng mặt trời, $\text{NO}$ và $\text{NO}_2$ phản ứng với hydrocarbon chưa cháy hết để tạo peroxyacetyl nitrat (PAN). PAN là thành phần gây hại của khói quang hóa, lớp sương mù màu nâu thấy rõ ở các thành phố đông đúc.

Góc nhìn từ trên cao của một thành phố lớn với lớp sương mù xám-nâu rõ rệt bao phủ các tòa nhà dưới bầu trời xanh trong phía trên
Khói quang hóa trên một成大 thành phố. Lớp màu nâu bị mắc kẹt thấp, đúng nơi khí thải giao thông — ánh sáng mặt trời biến các oxit nitơ và hydrocarbon chưa cháy hết thành lớp sương mù bạn có thể nhìn thấy

Mưa axit

Các oxit nitơ cũng góp phần tạo ra mưa axit theo hai cách:

  • trực tiếp: $\text{NO}_2$ tan trong mưa để tạo axit nitric.
  • như một xúc tác: $\text{NO}_2$ đẩy nhanh quá trình oxi hóa sunfuro dioxide trong khí quyển ($\text{SO}_2$) thành $\text{SO}_3$, sau đó tạo axit sunfuric trong mưa.
Sơ đồ dòng chảy: NO2 tạo axit nitric và SO2 tạo axit sunfuric, với NO2 cũng xúc tác cho đường đi của lưu huỳnh, cả hai đều dẫn đến mưa axit
Oxit nitơ và lưu huỳnh tạo ra mưa axit: NO$_2$ tạo axit nitric trực tiếp và cũng xúc tác cho quá trình oxi hóa SO$_2$ thành axit sunfuric

Ví dụ minh họa. Một chất rắn màu trắng được làm nóng với dung dịch $\text{NaOH}$, và một khí được giải phóng khiến giấy quỳ đỏ ẩm chuyển sang màu xanh. Xác định khí đó và ion trong chất rắn, đồng thời giải thích phản ứng. Khí phổ biến duy nhất khiến giấy quỳ đỏ ẩm xanh là ammonia, $\text{NH}_3$, do đó chất rắn chứa ion amoni, $\text{NH}_4^{+}$. Ion hydroxide là bazơ mạnh hơn, nên nó thu lại proton từ ion amoni:

$$\text{NH}_4^{+} + \text{OH}^{-} \rightarrow \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

Đây là phép thử chuẩn cho $\text{NH}_4^{+}$. Luôn phải nói rằng giấy quỳ là ẩm: ammonia cần tan trong nước trước khi thể hiện tính bazơ, nên nếu dùng giấy quỳ khô sẽ không có sự đổi màu nào.

Explore · ⁨Khám phá⁩

NOx pollution route · ⁨lộ trình ô nhiễm NOx⁩

Trace nitrogen oxides from hot engines to environmental harm. · ⁨Vết oxy nitơ từ động cơ nóng dẫn đến thiệt hại môi trường.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
catalytic converter/ˌkætəˈlɪtɪk kənˈvɜːtə/ bộ chuyển đổi xúc tác
exhaust gases/eɡˈzɔːst ˈɡæsɪz/ khí thải
photochemical smog/ˌfəʊtəʊˈkemɪkl smɒɡ/ khói quang hóa
acid rain/ˈæsɪd reɪn/ mưa axit
sulfur dioxide/ˈsʌlfɜː daɪˈɒksaɪd/ sulfur dioxide
12.1

Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

English
  • $\text{N}_2$ is unreactive because of its strong triple bond (very high bond energy) — state this exactly.
  • Ammonia is a base and a ligand because of its lone pair; the ammonium ion forms by a dative bond.
  • Explain how oxides of nitrogen form (high temperature in engines) and their link to acid rain and photochemical smog.
  • Give balanced equations and correct observations for reactions of ammonia and the ammonium ion.
Tiếng Việt
  • $\text{N}_2$ không phản ứng do liên kết ba rất bền (năng lượng liên kết rất cao) — hãy nêu điều này một cách chính xác.
  • Ammonia là bazơ và là ligand nhờ cặp electron tự do; ion amoni hình thành qua liên kết cho - nhận.
  • Giải thích cách oxit nitơ hình thành (ở nhiệt độ cao trong động cơ) và mối liên hệ của chúng với mưa axit và khói quang hóa.
  • Viết phương trình cân bằng và mô tả hiện tượng đúng cho các phản ứng của ammonia và ion amoni.

Interactive lessons on this topic · ⁨Bài học tương tác về chủ đề này⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Làm theo từng bước, kèm theo bài tập kiểm tra ngay lập tức.⁩

Past Papers · ⁨Đề thi cũ⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩ · ⁨Nhiều chủ đề hơn trong A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨Đăng nhập hoặc tạo tài khoản⁩

IGCSE, A-Level & AP