Điều chế và tính chất của khí Ammonia (Thí nghiệm đài phun nước)

Phương trình / Quy luật áp dụng: 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2H₂O + 2NH₃↑

Giải thích chuẩn SGK: Hai bộ thí nghiệm kinh điển của bài Ammonia và muối Ammonium được đặt cạnh nhau trên cùng một bàn thực hành: một bộ điều chế và thu khí NH₃, một bộ dùng bình NH₃ đó thực hiện thí nghiệm tia nước.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm ôn tập: Cấu trúc 4 phần của hệ thống điều chế khí trong phòng thí nghiệm: "Điều chế — Làm sạch/Làm khô — Thu khí — Xử lý khí thải".

Phương trình / Quy luật áp dụng: 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ Δ CaCl₂ + 2H₂O + 2NH₃↑

Giải thích chuẩn SGK: Khi đun nóng chất rắn, hơi nước thoát ra sẽ ngưng tụ ở phần miệng ống nghiệm nguội hơn; nếu miệng ống hướng lên, nước ngưng tụ sẽ chảy ngược về đáy ống đang nóng đỏ gây nứt vỡ ống nghiệm. Do đó phải lắp miệng ống nghiệm hơi chúc xuống dưới.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi thường gặp: Tại sao khi đun nóng chất rắn thì miệng ống nghiệm phải lắp hơi chúc xuống dưới (lý do an toàn); tác dụng của nút bông ở miệng ống thu khí.

Phương trình / Quy luật áp dụng: NH₃ + HCl = NH₄Cl

Giải thích chuẩn SGK: Ammonia là khí có tính base, tác dụng với acid tạo thành muối ammonium (2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄); H₂SO₄ đặc là chất làm khô có tính acid nên sẽ hấp thụ hết khí NH₃. Vì vậy chỉ được dùng chất làm khô có tính kiềm như vôi tôi - xút (CaO + NaOH) hoặc CaO mới nung, KOH rắn.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi thường gặp: Tại sao không thể dùng H₂SO₄ đặc (hoặc P₂O₅, CaCl₂ khan) để làm khô khí NH₃; khí có tính base cần dùng chất làm khô nào.

Phương trình / Quy luật áp dụng: M(NH₃) = 17 < 29 (Không khí)

Giải thích chuẩn SGK: Khí ammonia nhẹ hơn không khí (M = 17 < 29), khi úp ngược bình thì NH₃ tập trung ở phần đáy bình phía trên và đẩy không khí nặng hơn đi xuống thoát ra ngoài; nếu đặt ngửa bình thì NH₃ sẽ bay lên thoát mất.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi thường gặp: Phương pháp thu khí NH₃ trong phòng thí nghiệm và giải thích lý do; so sánh khối lượng mol của NH₃ với không khí (17 so với 29).

Phương trình / Quy luật áp dụng: φ = 0.95 × (1 − e^(−t/2.5))

Giải thích chuẩn SGK: Thu khí bằng phương pháp đẩy không khí là quá trình NH₃ dần dần đẩy không khí ra khỏi bình, nên phần trăm thể tích NH₃ tăng theo thời gian (nhanh trước, chậm sau); thu càng đủ thời gian thì nồng độ NH₃ càng tiệm cận mức tối đa (~95 %).

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Trọng tâm ôn tập: Hiệu quả và độ tinh khiết khi thu khí bằng phương pháp đẩy không khí; ảnh hưởng của lượng không khí lẫn trong bình đến mực nước dâng sau thí nghiệm.

Phương trình / Quy luật áp dụng: NH₃ + HCl = NH₄Cl

Giải thích chuẩn SGK: Khí ammonia khi gặp khí hydrogen chloride phản ứng nhanh tạo thành các tinh thể ammonium chloride (NH₄Cl) dạng khói trắng; dung dịch ammonia có tính base yếu làm giấy quỳ đỏ ẩm hóa xanh và dung dịch phenolphthalein hóa hồng/đỏ — đó là cơ sở để nhận biết và thử đầy khí NH₃.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi thường gặp: Cách nhận biết và thử đầy khí NH₃ (giấy quỳ đỏ/tím ẩm hóa xanh, gặp HCl đặc tạo khói trắng); phân biệt hiện tượng "khói" (hạt rắn) và "sương" (giọt lỏng).

Phương trình / Quy luật áp dụng: NH₃ + H₂O ⇌ NH₃·H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻

Giải thích chuẩn SGK: Khí ammonia tan rất nhiều trong nước (ở điều kiện thường, 1 lít nước hòa tan được khoảng 700–800 lít khí NH₃). Khi bơm vài giọt nước vào bình cầu, hầu hết khí NH₃ trong bình tan nhanh vào nước làm áp suất trong bình giảm đột ngột xuống thấp hơn nhiều so với áp suất khí quyển; áp suất khí quyển liền đẩy nước từ cốc qua ống thủy tinh phun vào bình tạo thành tia nước. Dung dịch NH₃ có tính base yếu nên làm phenolphthalein hóa hồng/đỏ.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi thường gặp: Giải thích nguyên lý thí nghiệm tia nước của NH₃ (Tan rất nhiều trong nước → Áp suất trong bình giảm đột ngột → Áp suất khí quyển đẩy nước lên); giải thích tại sao tia nước có màu hồng/đỏ.

Phương trình / Quy luật áp dụng: NH₃ + H₂O ⇌ NH₃·H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻

Giải thích chuẩn SGK: Các phân tử NH₃ tan rất mạnh vào nước và tác dụng một phần với nước theo cân bằng: NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻; số lượng phân tử khí trong bình cầu giảm đột ngột kéo theo áp suất giảm mạnh, nhờ đó áp suất khí quyển đẩy nước tràn vào bình.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi thường gặp: Giải thích thí nghiệm tia nước dưới góc độ phân tử và áp suất khí; viết phương trình chứng minh dung dịch ammonia có tính base yếu.

Phương trình / Quy luật áp dụng: 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → 2NH₃↑ + CaCl₂ + 2H₂O

Giải thích chuẩn SGK: Tổng kết khảo sát: Điều chế đúng và thu khí thật tinh khiết thì tia nước mới phun cao — 4 điều kiện (đun nóng, hướng miệng ống, chất làm khô, cách úp bình thu khí) cộng với 1 thao tác kích hoạt (bóp ống nhỏ giọt) không thể thiếu bước nào.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Cấu trúc trả lời điểm tối đa: Đun nóng + Miệng ống hơi chúc xuống + Vôi tôi - xút + Úp miệng bình thu khí + Thu đầy bình + Bóp ống nhỏ giọt.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Ammonia tan rất nhiều trong nước làm số phân tử khí và áp suất trong bình giảm đột ngột, áp suất khí quyển đẩy nước phun vào bình cầu. Ở điều kiện thường, 1 thể tích nước hòa tan được khoảng 700–800 thể tích khí NH₃; ngay khi có vài giọt nước vào bình, hầu hết khí NH₃ tan vào nước làm số phân tử khí và áp suất trong bình giảm đột ngột, áp suất khí quyển bên ngoài đẩy nước từ cốc phun mạnh vào bình cầu. Tỉ khối nhỏ hơn không khí là cơ sở để chọn cách thu khí (úp bình), không phải nguyên nhân tạo tia nước.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Dung dịch ammonia có tính kiềm (base yếu), làm dung dịch phenolphthalein hóa hồng/đỏ. Theo SGK Hóa học 11: Khí ammonia khi tan trong nước phản ứng một phần với nước tạo ra ion OH⁻ (NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻) nên dung dịch ammonia có tính base yếu, làm dung dịch phenolphthalein chuyển sang màu hồng/đỏ và làm giấy quỳ tím/đỏ ẩm chuyển sang màu xanh.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Ngăn hơi nước ngưng tụ ở miệng ống chảy ngược về đáy ống đang nóng đỏ gây nứt vỡ ống nghiệm. Khi đun nóng chất rắn, hơi nước sinh ra hoặc có sẵn trong hóa chất sẽ ngưng tụ ở phần miệng ống nguội hơn; nếu miệng ống hướng lên trên, nước ngưng tụ sẽ chảy ngược về đáy ống đang nóng đỏ làm vỡ ống nghiệm.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Đẩy không khí (đặt úp bình) vì NH₃ nhẹ hơn không khí. Ammonia là chất khí không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí (M(NH₃) = 17 < 29) nên được thu bằng phương pháp đẩy không khí với miệng bình úp ngược xuống dưới; vì NH₃ tan rất nhiều trong nước nên không thể thu bằng phương pháp đẩy nước.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Vôi tôi xút (CaO + NaOH). Ammonia là khí có tính base, phản ứng với acid tạo thành muối ammonium (và tạo phức với CaCl₂), nên H₂SO₄ đặc sẽ hấp thụ hết khí NH₃. Do đó chỉ có thể dùng chất làm khô có tính kiềm như vôi tôi - xút (hỗn hợp CaO và NaOH) hoặc CaO, KOH rắn.