Khí Nito Là Gì? Điều Chế N2 Trong Phòng Thí Nghiệm

Trong tự nhiên, khí Nitơ (N₂) chiếm đến 78% khí quyển của trái đất, thể tích lớn nhất trong không khí. Những nghiên cứu điều chế N₂ trong phòng thí nghiệm góp phần thực hiện quy trình để nghiên cứu điều chế ra Nitơ (N₂) tinh khiết, phục vụ các nhu cầu trong cuộc sống.

Khái niệm về khí Nitơ

Nitơ (N₂) trên thực tế xuất hiện xung quanh chúng ta, chúng không màu, không mùi nên chúng ta ít có thể cảm nhận được. Nhờ có Nitơ (N₂), rất nhiều sinh vật trên trái đất mới có thể sinh trưởng và phát triển.

Nitơ chiếm thể tích lớn trong không khí

Cây trồng trên trái đất không thể sống thiếu Nitơ (N₂), nếu thiếu Nitơ (N₂) thì cây trồng sẽ cho năng suất thấp, phát triển còi cọc. Tuy nhiên chúng cần Nitơ ở mức độ vừa phải, nếu quá nhiều có thể gây phản tác dụng, sinh hại cho môi trường.

Tính chất vật lý của Nitơ (N₂)

Nitơ (N₂) là một chất khí vô cùng nhiều trong tự nhiên, tuy nhiên nó lại không gây độc hại cho cơ thể con người ở điều kiện bình thường. 

• Độ hòa tan trong nước của Nitơ (N₂) là: 23,2 cm/lít
• Điểm nóng chảy là: 63,2K (-210 độ C)
• Điểm sôi là: 77,2K (-195.79 độ C)

Nitơ (N₂) có những tính chất hóa học nào?

Ở trạng thái bình thường Nitơ (N₂) là khí trơ, khó có thể phản ứng và không hỗ trợ quá trình đốt cháy hay sinh nhiệt. Do Nitơ (N₂) có cấu trúc phân tử khá bền (liên kết ba) nên cũng rất khó để bẻ gãy. Liên kết này được gọi là entanpi, do entanpi phân ly liên kết rất cao, khí N₂ hầu như không có phản ứng nào với hầu hết các thuốc thử.

Nitơ ở trạng thái lỏng khi rót có khói trắng

Tác dụng với kim loại

Để hiểu rõ hơn về tính chất hóa học của nó, người ta thường phải cho Nitơ (N₂) tác dụng với các kim loại mạnh ở nhiệt độ cực kỳ cao. Sản phẩm thu được là các hợp chất muối Lithium nitride.

Một số phản ứng đặc trưng:

6Li + N₂ → 2Li₃N₂

3Ca + 2N → Ca₃N₂

3Mg + N₂ → Mg₃N₂

2Al + N₂ → 2AlN

Tác dụng với oxi

Nitơ (N₂) khi tác dụng với Oxy trong điều kiện có hồ quang điện khoảng 3273K sẽ tạo thành oxit nitric:

N + O → 2NO

Tác dụng với Hidro

Nitơ (N₂) cũng có phản ứng với H₂ trong điều kiện 725K, áp suất 200 atm và chất xúc tác sắt + molypden.

N + 3H → 2NH

Tác dụng với hợp chất cacbua

Nitơ (N₂) tác dụng với Alumina và Canxi cacbua sinh ra muối.

Al₂O₃ + N₂ + 3C → 2AlN + 3CO

CaC₂ + N₂ → CaCN₂ + C

Đây là phản ứng để sản xuất các loại phân bón.

||Tham khảo: Các chất lưỡng tính thường gặp và các cách giải bài tập

Cách điều chế khí Nito N₂ trong phòng thí nghiệm

Người ta điều chế khí Nitơ như thế nào?

Phương pháp điều chế Nitơ (N₂) trong phòng thí nghiệm chúng ta thường sẽ dùng các hợp chất muối amoni. Đun nóng dung dịch amoni clorua và natri nitrit sẽ thu được khí Nitơ (N₂) thoát ra.

Phương trình điều chế N₂ trong phòng thí nghiệm:

NH₄Cl + Na₂NO → NaCl + 2H₂O + N₂ 

Trong phản ứng này sẽ sinh ra nhiều tạp chất. Để loại bỏ các loại khí tạp chất, chúng ta cho dòng khí đi qua dung dịch H₂SO_{4 đặc} + kali dicromat.

Ngoài cách điều chế N₂ trong phòng thí nghiệm phổ biến trên thì chúng ta có thể sử dụng cách phân hủy muối amoni dicromat. Khi phân hủy muối sẽ có những tinh thể màu đỏ nổ, phát ra tia sáng kèm theo khí Nitơ (N₂) thoát ra.

(NH₄)₂Cr₂O₇ → N₂ + 4H₂O + Cr₂O₃

Oxy hóa khí Amoniac cũng là cách để thu được Nitơ (N₂). Cho một lượng Amoniac + đồng oxit hoặc Clo, dưới tác dụng của nhiệt sẽ thu được khí Nitơ (N₂).

Phương trình:

2NH₃ + 3CuO → N₂ + 3H₂O + 3Cu

8NH₃ + 3Cl₂ → N₂ + 6NH₄Cl

Phân hủy Natri Azide cũng là cách để chúng ta có thể thu được khí N₂ nhanh chóng.

Phương trình:

2NaN₃ → 2Na + 3N₂

Ba (N₃)₂ → Ba + 3N₂

Điều chế N₂ trong phòng thí nghiệm chỉ điều chế ra lượng ít Nitơ phục vụ cho mục đích nghiên cứu cấu tạo chất. Còn trong công nghiệp, người ta điều chế Nitơ (N₂) dựa vào việc hóa lỏng không khí. Tách Nitơ lỏng sau đó đựng vào các thùng chứa riêng biệt.

Các ứng dụng của Nitơ (N₂) 

Làm khói lạnh trên kem

Nitơ (N₂) có rất nhiều trong tự nhiên, là một đơn chất vô cùng quan trọng đối với các hoạt động chuyển hóa. Vì thế, nó đã được nghiên cứu điều chế sử dụng trong các lĩnh vực sản xuất. Cụ thể ứng dụng của Nitơ (N₂) gồm có:

• Sản xuất amoniac, canxi xyanua, axit nitric,…
• Cung cấp khí trơ trong hoạt động luyện kim
• Làm lạnh và bảo quản thực phẩm, vật liệu sinh học, phẫu thuật lạnh
• Pha loãng hỗ trợ hóa chất trong phản ứng
• Phát triển ngành điện tử, sản xuất chất bán dẫn, mạch điện

||Tham khảo thêm: Bari Clorua là gì? BaCl2 có kết tủa không? Kết Tủa Màu gì?

Các thông tin trên đã giải đáp cho bạn đọc cụ thể cách điều chế N₂ trong phòng thí nghiệm nhất. Đây là một kiến thức vô cùng quan trọng của chương trình hóa phổ thông. Hãy ghi nhớ để làm bài thi một cách tốt nhất nhé.

||Bài viết liên quan khác:

• Magie Sunfat là chất gì? MgSO4 có kết tủa không? Màu gì?
• Điều Chế HNO3 Trong Phòng Thí Nghiệm | Sơ đồ, phương trình
• Cách điều chế CO trong phòng thí nghiệm chuẩn nhất
• Điều Chế Metan Trong Phòng Thí Nghiệm | Phương trình (CH4)