Khí không màu hóa nâu trong không khí là? Đây là một câu hỏi đơn giản nhưng cũng rất thú vị, vì nó liên quan đến một số chất khí quan trọng trong tự nhiên và trong công nghiệp. Chúng ta sẽ tìm hiểu câu trả lời trong bài viết sau đây.
Mục lục bài viết
1. Khí không màu hóa nâu trong không khí là?
Câu hỏi: Khí không màu hóa nâu trong không khí là?
A. N2O
B. NO2
C. NO
D. N2O5
– Đáp án: C. NO
– Giải thích:
+ Khí N2O là khí cười, có tác dụng gây mê và giảm đau. Khí này không màu, không mùi và không cháy. Khí N2O không phản ứng với không khí ở nhiệt độ thường, nên không thể hóa nâu.
+ Khí NO2 là khí độc, có mùi cay và cháy. Khí này có màu nâu đỏ, và có thể phân hủy thành NO và O2 khi nhiệt độ tăng lên. Khí NO2 phản ứng với nước tạo ra axit nitric và nitơ (III) oxit, làm ăn mòn kim loại và gây ô nhiễm môi trường.
+ Khí NO là khí độc, có mùi nhẹ và cháy. Khí không màu ở nhiệt độ thường, nhưng khi tiếp xúc với không khí, nó sẽ phản ứng với oxi tạo thành NO2, làm cho khí trở nên nâu. Khí NO cũng phản ứng với nước tạo ra axit nitơ (III) oxit, làm giảm pH của dung dịch.
Oxit là một hợp chất hóa học chứa ít nhất một nguyên tử oxy với bất kỳ nguyên tố nào khác. Oxit là di anion của oxy được biểu diễn dưới dạng O2−. Ở trạng thái này, oxy tồn tại ở trạng thái oxy hóa -2 và hoạt động như một anion mang điện tích âm.
NO được biết đến với cái tên oxit nitric hoặc nitơ monoxit, nó là một trong những oxit chính của nitơ. Oxit nitric là một gốc tự do đại diện cho việc nó không có các electron chưa ghép cặp. Nó cũng có thể được biết đến như một phân tử diatomic dị nhân. Oxit nitric được sử dụng làm chất trung gian quan trọng trong nhiều phản ứng hữu cơ. Oxit nitric tồn tại dưới dạng khí không màu.
Oxit nitric trở thành màu nâu khi thoát ra ngoài không khí cũng như khi tiếp xúc với không khí, do tính chất phản ứng của nó, nó phản ứng với oxy và tạo thành hợp chất nitơ dioxide có màu nâu và phản ứng có thể được biểu diễn như sau:
2NO+O2→NO2
Do đó do sự hình thành của nitơ dioxide oxit nitric trở thành màu nâu.
+ Khí N2O5 là oxit nitơ (V), là một chất rắn trắng ở nhiệt độ thường, tan trong nước tạo ra axit nitric, làm tăng pH của dung dịch. Khí N2O5 không tồn tại ở dạng khí ở điều kiện thường, nên không thể hóa nâu.
Vậy, khí không màu hóa nâu trong không khí là NO. Đáp án đúng là C.
2. Các đặc điểm của NO:
NO là một hợp chất hóa học có công thức là nitơ monoxit hay oxit nitric. NO là một khí không màu, không mùi, có tính tan cao trong nước và các dung môi hữu cơ, có vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh lý và bệnh lý của cơ thể người, cũng như trong môi trường và công nghiệp. Trong phần này, chúng ta sẽ giải thích chi tiết các tính chất của NO, bao gồm cấu trúc phân tử, liên kết hóa học, độ âm điện, độ phân cực, độ bền, phản ứng hóa học và ứng dụng của NO.
– Cấu trúc phân tử
NO có cấu trúc phân tử tuyến tính, với hai nguyên tử nitơ và oxy được liên kết với nhau bằng một liên kết đôi và một liên kết đơn. Liên kết đôi là liên kết sigma (σ), được tạo ra bởi sự chồng lấn của các orbital nguyên tử s và p. Liên kết đơn là liên kết pi (π), được tạo ra bởi sự chồng lấn của các orbital nguyên tử p. Do có hai loại liên kết khác nhau, NO được gọi là một phân tử không đồng nhất (heteronuclear).
– Độ âm điện và độ phân cực
Độ âm điện là khả năng của một nguyên tử thu hút các electron trong một liên kết hóa học. Độ âm điện của nitơ là 3.04, trong khi đó của oxy là 3.44 (theo thang Pauling). Do đó, oxy có độ âm điện cao hơn nitơ, nghĩa là oxy sẽ thu hút các electron trong liên kết hơn nitơ. Điều này dẫn đến sự chênh lệch về điện tích giữa hai nguyên tử, tạo ra một phân tử phân cực. Phân tử phân cực là phân tử có hai cực mang điện tích khác nhau, một cực dương và một cực âm. Trong trường hợp của NO, oxy sẽ mang điện tích âm hơn nitơ, do đó oxy là cực âm, còn nitơ là cực dương.
– Độ bền
NO là một phân tử không bền, có nghĩa là nó dễ dàng phân hủy thành các phân tử khác. Độ bền của NO phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và sự hiện diện của các chất xúc tác. Nhiệt độ cao và áp suất thấp sẽ làm giảm độ bền của NO, do đó nó sẽ phân hủy thành nitơ và oxy:
2NO → N2 + O2
Sự hiện diện của các chất xúc tác như kim loại hoặc các oxit kim loại cũng sẽ làm giảm độ bền của NO, do đó nó sẽ phản ứng với các chất xúc tác để tạo ra các sản phẩm khác như NO2, N2O hay N2O4.
– Phản ứng hóa học của NO
NO có khả năng phản ứng với nhiều chất khác nhau, bao gồm không khí, nước, axit, bazơ, oxi hoá chất và khử chất. Một số phản ứng tiêu biểu của NO là:
– Phản ứng với không khí: NO có thể phản ứng với oxy trong không khí để tạo ra NO2, một chất gây ô nhiễm không khí và gây ra mưa axit:
NO + 1/2O2 → NO2
– Phản ứng với nước: NO có thể phản ứng với nước để tạo ra axit nitơ (HNO3) và nitơ monoxit (N2O):
3NO + H2O → 2HNO3 + N2O
– Phản ứng với axit: NO có thể phản ứng với các axit mạnh như HCl, H2SO4 hay HNO3 để tạo ra các muối nitrat:
NO + 2HCl → NOCl + H2O + Cl-
NO + H2SO4 → NOHSO4
NO + HNO3 → NO2 + H2O
– Phản ứng với bazơ: NO có thể phản ứng với các bazơ mạnh như NaOH, KOH hay NH3 để tạo ra các muối nitrit:
NO + NaOH → NaNO2 + H2O
NO + KOH → KNO2 + H2O
NO + 2NH3 → N2 + 3H2O
– Phản ứng oxi hoá khử: NO có thể đóng vai trò là chất oxi hoá hoặc chất khử trong các phản ứng oxi hoá khử. Ví dụ, NO có thể oxi hoá sắt thành sắt (III) và bị khử thành nitơ:
6Fe + 6NO → 6Fe(NO)3
6Fe(NO)3 → 6Fe(NO3)3 + N2
* Ứng dụng của NO
NO có nhiều ứng dụng trong y học, môi trường và công nghiệp. Một số ứng dụng tiêu biểu của NO là:
– Trong y học:
+ Là một chất truyền tin sinh học, có khả năng điều tiết các quá trình sinh lý như sự giãn nở của các mạch máu, sự co cơ trơn, sự tiết dịch tiêu hoá, sự bài tiết nước tiểu và sự miễn dịch.
+ Chống viêm, chống đông máu và chống bào tử.
+ Sử dụng trong điều trị một số bệnh như tăng huyết áp phổi, suy hô hấp và bệnh tim.
– Trong môi trường: NO là một chất gây hiệu ứng nhà kính, góp phần làm tăng nhiệt độ trái đất. NO cũng là một thành phần của khí thải động cơ đốt trong, gây ô nhiễm không khí và gây ra mưa axit. Do đó, việc giảm lượng NO trong khí thải là một trong những nhiệm vụ quan trọng của công nghệ xử lý khí thải.
– Trong công nghiệp:
+ Sản xuất axit nitric (HNO3), một chất quan trọng trong ngành hóa chất.
+ Sản xuất thuốc nổ, phân bón và thuốc nhuộm.
+ Hàn kim loại, làm lạnh và tạo ra các chất bán dẫn.
3. Bài tập vận dụng:
Bài 1: Tính khối lượng NO được tạo ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg xăng.
Lời giải:
– Phương trình phản ứng đốt cháy hoàn toàn xăng có thể viết như sau:
C8H18 + 12.5O2 -> 8CO2 + 9H2O
– Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có:
m(C8H18) + m(O2) = m(CO2) + m(H2O)
– Biết rằng khối lượng mol của C8H18 là 114 g/mol, của O2 là 32 g/mol, của CO2 là 44 g/mol và của H2O là 18 g/mol, ta có thể tính được khối lượng O2 cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg xăng là:
m(O2) = (1000/114) * 12.5 * 32 = 2807 g
– Tuy nhiên, trong không khí có khoảng 78% là N2, do đó khi đốt cháy xăng cũng sẽ có phản ứng giữa N2 và O2 tạo ra NO:
N2 + O2 -> 2NO
– Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có:
m(N2) + m(O2) = m(NO)
– Biết rằng khối lượng mol của N2 là 28 g/mol và của NO là 30 g/mol, ta có thể tính được khối lượng NO được tạo ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg xăng là:
m(NO) = (2807/32) * (78/100) * (30/28) = 1223 g
Bài 2: Tính chất của NO
a) Cho biết công thức phân tử, công thức cấu tạo và cấu hình electron của NO.
b) Cho biết số oxi hóa của N và O trong NO.
c) Cho biết tính chất vật lý của NO.
d) Cho biết tính chất hóa học của NO.
Lời giải:
a) Công thức phân tử của NO là N=O, công thức cấu tạo là O=N, cấu hình electron là [He]2s2 2p3 (N) + [He]2s2 2p4 (O).
b) Số oxi hóa của N trong NO là +2, số oxi hóa của O trong NO là -2.
c) Tính chất vật lý của NO:
– Khối lượng phân tử: 30 g/mol
– Nhiệt độ sôi: -151.8 °C
– Nhiệt độ nóng chảy: -163.6 °C
– Mật độ: 1.34 g/L (ở 0 °C và 1 atm)
– Tan ít trong nước
d) Tính chất hóa học của NO:
– Là một chất oxi hóa mạnh, có thể phản ứng với các kim loại, phi kim, axit và bazơ.
– Phản ứng với O2 tạo ra NO2, một chất gây ô nhiễm không khí.
– Phản ứng với H2O tạo ra HNO3, một axit mạnh.
– Phản ứng với CO tạo ra N2 và CO2.
– Phản ứng với NH3 tạo ra N2 và H2O.
