Nitrogen | Tính chất, vai trò và ứng dụng của nitrogen

Nitrogen là nguyên tố hóa học có vai trò quan trọng đối với sự sống và nhiều hoạt động sản xuất. Trong chương trình Hóa học 11, học sinh cần nắm được nitrogen là gì, cấu tạo nguyên tử nitrogen, phân tử nitrogen N₂, trạng thái tự nhiên, tính chất vật lí, tính chất hóa học, vai trò và ứng dụng của nitrogen. Trong tự nhiên, đơn chất nitrogen tồn tại chủ yếu dưới dạng khí N₂, chiếm khoảng 78% thể tích không khí; tuy nhiên, thực vật không thể trực tiếp sử dụng nguồn nitrogen này.

Bài viết hệ thống kiến thức về nguyên tố nitrogen, từ cấu tạo nguyên tử và phân tử N₂, trạng thái tự nhiên, tính chất vật lí, tính chất hóa học đến vai trò, ứng dụng và phương pháp sản xuất nitrogen trong công nghiệp.

Nitrogen là gì?

Nitrogen là nguyên tố hóa học phi kim có ký hiệu N, số hiệu nguyên tử Z = 7. Ở trạng thái đơn chất, nitrogen chủ yếu tồn tại dưới dạng phân tử N₂.

Cấu tạo nguyên tử nitrogen N₂

Nitrogen là nguyên tố hóa học có ký hiệu N, số hiệu nguyên tử Z = 7. Nguyên tử nitrogen có 7 electron, được phân bố theo cấu hình electron 1s²2s²2p³. Lớp electron ngoài cùng có 5 electron, quyết định nhiều đặc điểm liên kết của nguyên tố này. [1]

Trong bảng tuần hoàn, nitrogen nằm ở ô số 7, chu kỳ 2, nhóm 15 (VA). Nitrogen là một phi kim điển hình và có khả năng tạo nhiều hợp chất với các nguyên tố khác. [1]

Phân tử nitrogen

Ở trạng thái đơn chất, nitrogen tồn tại chủ yếu dưới dạng phân tử N₂ gồm hai nguyên tử nitrogen liên kết với nhau. Mỗi nguyên tử nitrogen góp ba electron độc thân để hình thành ba cặp electron dùng chung, tạo nên liên kết ba N≡N. Đây là một liên kết cộng hóa trị không cực. [1]

Phân tử N₂ có cấu tạo đối xứng nên không có cực. Liên kết ba giữa hai nguyên tử nitrogen rất bền, là một trong những nguyên nhân khiến N₂ tương đối trơ về mặt hóa học ở điều kiện thường. Nội dung này sẽ được phân tích rõ hơn ở phần tính chất hóa học của nitrogen. [1]

Nguyên tử khối, phân tử khối và khối lượng mol của nitrogen

Nguyên tử khối tương đối của nitrogen được lấy gần đúng là 14. Do phân tử nitrogen gồm hai nguyên tử N nên phân tử khối tương đối của N₂ được tính:
\[Mr​(N2​)=2×14=28\]

Tương ứng, khối lượng mol của N₂ là khoảng 28 g/mol. [1]

Như vậy, khi nói đến nguyên tố nitrogen, ký hiệu được sử dụng là N; còn đơn chất nitrogen tồn tại dưới dạng phân tử N₂. Việc phân biệt hai khái niệm này giúp tránh nhầm lẫn khi viết công thức và tính toán trong các phản ứng hóa học. [1]

Nitrogen hóa trị mấy?

Nitrogen có thể thể hiện nhiều hóa trị trong các hợp chất khác nhau. Trong chương trình phổ thông, nitrogen thường gặp với hóa trị III và V. Cần phân biệt hóa trị với số oxi hóa của nitrogen, vì nitrogen có thể có các số oxi hóa từ −3 đến +5 tùy hợp chất.

Trạng thái tự nhiên của nitrogen

Nitrogen trong khí quyển

Trong tự nhiên, nitrogen tồn tại chủ yếu dưới dạng đơn chất N₂ trong khí quyển. Theo NOAA, trong không khí khô, N₂ chiếm khoảng 78,084% thể tích, lớn hơn nhiều so với oxygen và các khí khác. Vì vậy, nitrogen là thành phần chiếm tỉ lệ lớn nhất trong khí quyển Trái Đất. [1] [5]

Nitrogen trong khí quyển là nguồn dự trữ nitrogen rất lớn của tự nhiên. Tuy nhiên, do phân tử N₂ có liên kết ba bền vững, phần lớn sinh vật, trong đó có thực vật, không thể sử dụng trực tiếp N₂ từ không khí để tổng hợp các chất dinh dưỡng cần thiết. [1] [4]

Nitrogen trong các hợp chất vô cơ

Nitrogen còn tồn tại trong tự nhiên dưới dạng hợp chất, đặc biệt là các hợp chất nitrate. Một ví dụ là sodium nitrate (NaNO₃), một muối nitrate được tìm thấy trong một số mỏ khoáng. Các hợp chất chứa nitrogen này góp phần tạo nên nguồn nitrogen trong đất và tham gia vào chu trình nitrogen trong tự nhiên. [1] [4]

Trong đất, nitrogen có thể tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau và được chuyển hóa qua nhiều quá trình. Những dạng nitrogen thích hợp sẽ trở thành nguồn dinh dưỡng cho cây trồng, từ đó nitrogen tiếp tục được đưa vào các thành phần của sinh vật. [1] [4]

Nitrogen trong cơ thể sinh vật

Nitrogen là thành phần quan trọng của nhiều hợp chất hữu cơ trong cơ thể sinh vật. Nguyên tố này có mặt trong amino acid và protein, đồng thời tham gia cấu tạo nucleic acid như DNA và RNA. Nitrogen cũng xuất hiện trong một số hợp chất có vai trò sinh học quan trọng khác. [1] [4]

Sự có mặt của nitrogen trong protein và nucleic acid cho thấy nguyên tố này không chỉ tồn tại phổ biến trong khí quyển mà còn giữ vai trò thiết yếu đối với sự sống. Trong tự nhiên, nitrogen liên tục được chuyển hóa giữa khí quyển, đất và sinh vật thông qua các quá trình của chu trình nitrogen. [4]

Như vậy, nitrogen có mặt ở nhiều dạng khác nhau trong tự nhiên, từ N₂ trong khí quyển đến các hợp chất nitrate trong đất và các hợp chất hữu cơ trong cơ thể sinh vật. Sự chuyển hóa giữa những dạng này giúp nitrogen được luân chuyển và cung cấp cho các quá trình sống. [1] [4]

Tính chất vật lý của nitrogen

Trạng thái và đặc điểm của nitrogen

Ở điều kiện thường, nitrogen là chất khí không màu, không mùi, không vị, ít tan trong nước, không duy trì sự cháy và sự hô hấp. N₂ là một chất khí khá nhẹ, có khối lượng mol khoảng 28 g/mol. Với \(M_{N_2}=28\) g/mol và khối lượng mol trung bình của không khí khoảng 29 g/mol:

\(d_{N_2/kk}=\frac{28}{29}\approx0,97\)

Vì vậy, tỉ khối của khí nitrogen so với không khí khoảng 0,97, vì vậy N₂ nhẹ hơn không khí một chút.

Nitrogen có thể được hóa lỏng và hóa rắn khi nhiệt độ giảm xuống rất thấp. Nhiệt độ sôi của nitrogen khoảng −196 °C, còn nhiệt độ nóng chảy khoảng −210 °C. Vì vậy, ở điều kiện thường, nitrogen tồn tại ở trạng thái khí. [1] [2]

Độ tan của nitrogen trong nước

Nitrogen ít tan trong nước. Khí nitrogen ít tan trong nước do N₂ là phân tử không phân cực, trong khi H₂O là phân tử phân cực nên tương tác giữa các phân tử N₂ và H₂O tương đối yếu. Tuy nhiên, nitrogen vẫn có khả năng hòa tan một lượng nhỏ trong nước và tham gia vào sự trao đổi khí giữa nước với khí quyển. [1] [4]

Nitrogen lỏng

Khi được làm lạnh đến nhiệt độ rất thấp, nitrogen chuyển từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng. Nitrogen lỏng có nhiệt độ rất thấp nên được sử dụng để làm lạnh và bảo quản một số loại mẫu vật, thực phẩm hoặc vật liệu trong những điều kiện thích hợp. [1] [4]

Sự chuyển trạng thái của nitrogen có thể khái quát như sau: N₂(g) ⇌ N₂(l) ⇌ N₂(s)

Trong đó, nitrogen chuyển từ khí sang lỏng khi được làm lạnh đến nhiệt độ sôi và tiếp tục chuyển sang rắn khi nhiệt độ giảm sâu hơn. [1] [2]

Như vậy, nitrogen có những tính chất vật lý đặc trưng như tồn tại ở trạng thái khí, không màu, không mùi, không vị và ít tan trong nước. Đặc biệt, nhiệt độ hóa lỏng rất thấp của nitrogen là cơ sở cho việc sử dụng nitrogen lỏng trong nhiều ứng dụng thực tế. [1] [2]

Tính chất hóa học của nitrogen

Tính trơ tương đối của nitrogen

Ở điều kiện thường, nitrogen tương đối trơ về mặt hóa học. Nguyên nhân chủ yếu là trong phân tử N₂, hai nguyên tử nitrogen liên kết với nhau bằng liên kết ba N≡N rất bền. Vì vậy, để các nguyên tử nitrogen tham gia phản ứng, cần cung cấp năng lượng thích hợp để làm yếu hoặc phá vỡ liên kết này. [1] [4]

Tuy nhiên, nitrogen không hoàn toàn trơ. Khi có điều kiện thích hợp, N₂ vẫn có thể phản ứng với một số chất như hydrogen và oxygen. Những phản ứng này cho thấy nitrogen có khả năng tham gia nhiều quá trình hóa học quan trọng. [1]

Nitrogen tác dụng với hydrogen

Ở điều kiện thích hợp về nhiệt độ, áp suất và xúc tác, nitrogen phản ứng với hydrogen tạo thành ammonia: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃

Trong phản ứng này, số oxi hóa của nitrogen thay đổi từ 0 trong N₂ xuống −3 trong NH₃. Nitrogen bị khử nên N₂ đóng vai trò là chất oxi hóa. [1]

Phản ứng giữa nitrogen và hydrogen là phản ứng thuận nghịch. Trong công nghiệp, phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ, áp suất thích hợp và có xúc tác để tăng tốc độ tạo ammonia. Ammonia là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất nhiều loại phân đạm và hóa chất. [1] [4]

Nitrogen tác dụng với oxygen

Ở nhiệt độ rất cao, nitrogen có thể phản ứng với oxygen tạo thành nitrogen monoxide: N₂ + O₂ ⇌ 2NO

Trong phản ứng này, số oxi hóa của nitrogen tăng từ 0 lên +2. Nitrogen bị oxi hóa nên N₂ đóng vai trò là chất khử. [1]

Qua hai phản ứng với hydrogen và oxygen, có thể thấy nitrogen thể hiện cả tính oxi hóa và tính khử. Vai trò của N₂ phụ thuộc vào chất tham gia phản ứng và sự thay đổi số oxi hóa của nitrogen trong sản phẩm. [1]

So sánh tính oxi hóa và tính khử của nitrogen

Hai phản ứng trên cũng cho thấy mối liên hệ giữa tính chất hóa học và cấu tạo phân tử nitrogen. Liên kết ba bền vững khiến N₂ khó phản ứng ở điều kiện thường, nhưng khi có điều kiện thích hợp, nitrogen vẫn có thể tham gia các phản ứng oxi hóa – khử. [1] [4]

Tóm lại, nitrogen có tính oxi hóa và tính khử, nhưng tương đối kém hoạt động ở điều kiện thường. Khả năng phản ứng của N₂ trở nên rõ rệt hơn khi có nhiệt độ, áp suất hoặc điều kiện phản ứng thích hợp. Những đặc điểm này là cơ sở để nitrogen được ứng dụng trong sản xuất ammonia và nhiều lĩnh vực khác. [1] [4]

Ứng dụng của nitrogen

Nitrogen được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nhờ tính tương đối trơ của N₂ ở điều kiện thường. Trong công nghiệp, nitrogen có thể được sử dụng để tạo môi trường hạn chế sự tiếp xúc của các chất với oxygen, từ đó giúp bảo vệ nguyên liệu và sản phẩm trong một số quá trình sản xuất. [1] [4]

Nitrogen còn được sử dụng trong công nghệ thực phẩm, bảo quản và đóng gói một số sản phẩm. Việc thay thế hoặc giảm lượng oxygen trong môi trường bảo quản có thể hạn chế quá trình oxi hóa, góp phần duy trì chất lượng sản phẩm. [1]

Ở trạng thái lỏng, nitrogen có nhiệt độ rất thấp nên được sử dụng làm chất làm lạnh. Nitrogen lỏng có thể được dùng để làm lạnh nhanh và bảo quản một số mẫu vật, vật liệu hoặc sản phẩm trong những điều kiện phù hợp. [1] [4]

Sản xuất nitrogen trong công nghiệp

Trong công nghiệp, nitrogen được sản xuất chủ yếu từ không khí. Không khí sau khi được làm sạch và hóa lỏng sẽ được tách các thành phần bằng phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng dựa trên sự khác nhau về nhiệt độ sôi của các chất. [1]

Có thể khái quát quá trình sản xuất nitrogen như sau:

Không khí → làm sạch → hóa lỏng → chưng cất phân đoạn → nitrogen

Phương pháp này cho phép thu được nitrogen với độ tinh khiết phù hợp cho nhiều mục đích sử dụng trong công nghiệp. Ngoài nitrogen, quá trình tách không khí còn có thể thu được các khí khác như oxygen và argon. [1]

Vai trò của nitrogen đối với thực vật

Nitrogen là nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu đối với thực vật. Trong cây, nitrogen là thành phần của nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng như amino acid, protein và nucleic acid. Vì vậy, nitrogen có liên quan trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây. [1] [3]

Tuy nitrogen chiếm khoảng 78% thể tích khí quyển, phần lớn thực vật không thể sử dụng trực tiếp N₂ trong không khí. Cây chủ yếu hấp thụ nitrogen từ đất dưới những dạng ion thích hợp, trong đó có nitrate (NO₃⁻) và ammonium (NH₄⁺). [1] [3]

Nguồn cung cấp nitrogen cho thực vật

Một nguồn nitrogen quan trọng trong tự nhiên là quá trình cố định nitrogen. Một số vi sinh vật có khả năng chuyển hóa nitrogen phân tử trong khí quyển thành những dạng nitrogen mà hệ sinh thái có thể tiếp tục sử dụng. Sau nhiều quá trình chuyển hóa, nitrogen có thể được cây hấp thụ và đi vào các hợp chất hữu cơ trong cơ thể thực vật. [1] [3]

Nitrogen trong đất cũng liên tục được chuyển hóa giữa các dạng khác nhau. Khi thực vật và sinh vật chết hoặc chất thải hữu cơ bị phân hủy, nitrogen trở lại đất và tiếp tục tham gia vào các quá trình chuyển hóa. Nhờ đó, nitrogen được luân chuyển giữa khí quyển, đất và sinh vật trong tự nhiên. [3]

Chu trình nitrogen trong tự nhiên

Chu trình nitrogen mô tả quá trình nitrogen được chuyển hóa và luân chuyển giữa khí quyển, đất và sinh vật. Trong đó, nitrogen từ khí quyển được cố định thành các dạng phù hợp, đi vào đất, được thực vật hấp thụ và tiếp tục tham gia cấu tạo các hợp chất hữu cơ.

Có thể khái quát chu trình nitrogen trong tự nhiên như sau:

N₂ trong khí quyển → cố định nitrogen → các dạng nitrogen trong đất → cây hấp thụ → hình thành hợp chất hữu cơ → phân hủy và chuyển hóa → nitrogen trở lại môi trường.

Như vậy, nitrogen vừa có giá trị lớn trong sản xuất và bảo quản, vừa giữ vai trò thiết yếu đối với sự sống. Việc hiểu quá trình nitrogen được chuyển hóa trong tự nhiên cũng giúp giải thích tại sao việc cung cấp nitrogen hợp lý là một yếu tố quan trọng đối với sinh trưởng của cây trồng. [1] [3]

Bài tập vận dụng về nitrogen

Phần bài tập dưới đây được phân theo những nội dung trọng tâm của bài: cấu tạo và đặc điểm của phân tử N₂, tính chất vật lý, tính chất hóa học, ứng dụng và vai trò của nitrogen đối với thực vật. Mỗi dạng gồm các câu hỏi trắc nghiệm nhiều lựa chọn, đúng – sai và trả lời ngắn, kèm đáp án để học sinh thuận tiện tự kiểm tra.

Dạng 1. Cấu tạo và đặc điểm của phân tử nitrogen

Bài 1. Trắc nghiệm nhiều lựa chọn

Câu 1. Số hiệu nguyên tử của nitrogen là

A. 5.
B. 7.
C. 14.
D. 15.

Đáp án: B.

Câu 2. Công thức của đơn chất nitrogen là

A. N.
B. N₂.
C. N₃.
D. NO₂.

Đáp án: B.

Câu 3. Liên kết giữa hai nguyên tử nitrogen trong phân tử N₂ là

A. liên kết đơn.
B. liên kết đôi.
C. liên kết ba.
D. liên kết ion.

Đáp án: C.

Bài 2. Đúng – Sai

Xác định mỗi phát biểu sau là đúng hay sai.

a) Nguyên tử nitrogen có 7 electron.
b) Cấu hình electron của nitrogen là 1s²2s²2p³.
c) Phân tử N₂ gồm hai nguyên tử nitrogen liên kết bằng một liên kết đôi.
d) Liên kết ba N≡N góp phần làm nitrogen tương đối trơ ở điều kiện thường.

Đáp án:
a) Đúng.
b) Đúng.
c) Sai.
d) Đúng.

Bài 3. Trả lời ngắn

Câu 1. Tính phân tử khối tương đối của N₂, biết nguyên tử khối của nitrogen là 14.

Đáp án: 28.

Câu 2. Khối lượng mol của N₂ là bao nhiêu?

Đáp án: 28 g/mol.

Dạng 2. Tính chất vật lý của nitrogen

Bài 1. Trắc nghiệm nhiều lựa chọn

Câu 1. Ở điều kiện thường, nitrogen là chất

A. rắn màu trắng.
B. lỏng không màu.
C. khí không màu, không mùi.
D. khí màu vàng, có mùi đặc trưng.

Đáp án: C.

Câu 2. So với không khí, nitrogen

A. nặng hơn nhiều.
B. nhẹ hơn một chút.
C. có khối lượng mol bằng không khí.
D. nhẹ hơn rất nhiều.

Đáp án: B.

Câu 3. Đặc điểm nào sau đây phù hợp với nitrogen?

A. Tan nhiều trong nước.
B. Có nhiệt độ sôi cao.
C. Ít tan trong nước.
D. Dễ hóa lỏng ở nhiệt độ thường.

Đáp án: C.

Câu 4. Nitrogen có duy trì sự cháy không?

A. Có, và làm sự cháy mạnh hơn.
B. Có, nhưng chỉ ở nhiệt độ thấp.
C. Không duy trì sự cháy.
D. Chỉ duy trì sự cháy trong oxygen.

Đáp án: C.

Câu 5. Khí nitrogen ít tan trong nước chủ yếu do

A. N₂ là phân tử không phân cực, tương tác với H₂O yếu.
B. N₂ có khối lượng mol lớn.
C. N₂ dễ phản ứng với nước.
D. N₂ có nhiệt độ sôi cao.

Đáp án: A.

Bài 2. Đúng – Sai

a) Nitrogen là chất khí không màu, không mùi, không vị ở điều kiện thường.
b) Nitrogen tan nhiều trong nước.
c) Nitrogen có thể hóa lỏng khi được làm lạnh đến nhiệt độ rất thấp.
d) Nitrogen lỏng có nhiệt độ rất thấp và có thể được sử dụng làm chất làm lạnh.

Đáp án:
a) Đúng.
b) Sai.
c) Đúng.
d) Đúng.

Bài 3. Trả lời ngắn

Câu 1. Khối lượng mol của N₂ là 28 g/mol, trong khi khối lượng mol trung bình của không khí khoảng 29 g/mol. N₂ nặng hay nhẹ hơn không khí?

Đáp án: N₂ nhẹ hơn không khí một chút.

Câu 2. Nitrogen có nhiệt độ sôi khoảng bao nhiêu độ C?

Đáp án: Khoảng −196 °C.

Dạng 3. Tính chất hóa học của nitrogen

Bài 1. Trắc nghiệm nhiều lựa chọn

Câu 1. Nguyên nhân chủ yếu khiến N₂ tương đối trơ ở điều kiện thường là

A. nitrogen có khối lượng mol nhỏ.
B. phân tử N₂ có liên kết ba bền vững.
C. nitrogen không có electron hóa trị.
D. nitrogen không thể tạo hợp chất.

Đáp án: B.

Câu 2. Phản ứng nào sau đây tạo thành ammonia?

A. N₂ + O₂ ⇌ 2NO.
B. N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃.
C. N₂ + O₂ → NO₂.
D. N₂ + H₂O → NH₃.

Đáp án: B.

Câu 3. Trong phản ứng N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃, nitrogen đóng vai trò

A. chất khử.
B. chất oxi hóa.
C. chất xúc tác.
D. dung môi.

Đáp án: B.

Câu 4. Trong phản ứng N₂ + O₂ ⇌ 2NO, nitrogen

A. bị khử và N₂ là chất oxi hóa.
B. bị oxi hóa và N₂ là chất khử.
C. không thay đổi số oxi hóa.
D. vừa bị oxi hóa vừa bị khử.

Đáp án: B.

Bài 2. Đúng – Sai

a) Nitrogen hoàn toàn không phản ứng với các chất khác ở mọi điều kiện.
b) N₂ phản ứng với H₂ trong điều kiện thích hợp tạo NH₃.
c) Trong phản ứng tạo NH₃, nitrogen có số oxi hóa thay đổi từ 0 xuống −3.
d) Trong phản ứng tạo NO, nitrogen có số oxi hóa thay đổi từ 0 lên +2.

Đáp án:
a) Sai.
b) Đúng.
c) Đúng.
d) Đúng.

Bài 3. Trả lời ngắn

Câu 1. Hoàn thành phương trình:

N₂ + 3H₂ ⇌ ?

Đáp án: 2NH₃.

Câu 2. Trong phản ứng N₂ + O₂ ⇌ 2NO, số oxi hóa của nitrogen thay đổi như thế nào?

Đáp án: Từ 0 lên +2.

Câu 3. Nitrogen thể hiện tính oxi hóa hay tính khử khi tác dụng với hydrogen?

Đáp án: Tính oxi hóa.

Dạng 4. Ứng dụng và vai trò của nitrogen

Bài 1. Trắc nghiệm nhiều lựa chọn

Câu 1. Ứng dụng nào sau đây không phải của nitrogen?

A. Tạo môi trường trơ trong một số quá trình công nghiệp.
B. Tổng hợp ammonia.
C. Làm lạnh và bảo quản mẫu vật.
D. Sản xuất phân lân.

Đáp án: D.

Câu 2. Nitrogen lỏng được sử dụng phổ biến để

A. làm chất đốt.
B. làm chất oxi hóa.
C. làm lạnh và bảo quản trong điều kiện thích hợp.
D. sản xuất oxygen.

Đáp án: C.

Câu 3. Phương pháp chủ yếu để sản xuất nitrogen trong công nghiệp là

A. điện phân nước.
B. nhiệt phân nitrogen.
C. chưng cất phân đoạn không khí lỏng.
D. cho ammonia tác dụng với oxygen.

Đáp án: C.

Câu 4. Dạng nitrogen mà cây trồng có thể hấp thụ từ đất gồm

A. N₂.
B. NO₂ và N₂.
C. NO₃⁻ và NH₄⁺.
D. NH₃ và N₂.

Đáp án: C.

Câu 5. Nitrogen trong không khí có vai trò nào sau đây?

A. Cung cấp đạm tự nhiên cho cây trồng.
B. Tham gia quá trình quang hợp.
C. Tham gia tạo mây.
D. Làm tăng lượng oxygen trong không khí.

Đáp án: A.

Bài 2. Đúng – Sai

a) Nitrogen chiếm khoảng 78% thể tích khí quyển.
b) Cây trồng có thể trực tiếp sử dụng phần lớn N₂ trong khí quyển.
c) Nitrogen là thành phần của amino acid, protein và nucleic acid.
d) Một số vi sinh vật có khả năng cố định nitrogen từ khí quyển.

Đáp án:
a) Đúng.
b) Sai.
c) Đúng.
d) Đúng.

Bài 3. Trả lời ngắn

Câu 1. Vì sao nitrogen được sử dụng để tạo môi trường bảo vệ trong một số quá trình công nghiệp?

Đáp án: Vì N₂ tương đối trơ ở điều kiện thường, giúp hạn chế sự tiếp xúc của chất hoặc sản phẩm với oxygen.

Câu 2. Kể tên hai dạng ion nitrogen mà cây có thể hấp thụ từ đất.

Đáp án: NO₃⁻ và NH₄⁺.

Câu 3. Vì sao nitrogen trong khí quyển không phải là nguồn nitrogen mà cây có thể sử dụng trực tiếp?

Đáp án: Vì cây trồng nhìn chung không thể trực tiếp sử dụng N₂; nitrogen cần được chuyển hóa thành các dạng thích hợp để cây hấp thụ.

Bài tập tổng hợp

Câu 1. Cho các phát biểu sau:

(1) N₂ có liên kết ba bền vững.
(2) N₂ phản ứng với H₂ tạo NH₃ trong điều kiện thích hợp.
(3) N₂ chỉ thể hiện tính oxi hóa.
(4) Nitrogen lỏng có thể dùng để làm lạnh.

Có bao nhiêu phát biểu đúng?

Đáp án: 3 phát biểu đúng.

Câu 2. Một học sinh cho rằng: “Nitrogen chiếm khoảng 78% thể tích không khí nên cây trồng không cần bổ sung phân nitrogen”. Nhận xét nào sau đây phù hợp nhất?

A. Nhận xét đúng vì cây hấp thụ trực tiếp N₂.
B. Nhận xét đúng vì nitrogen không có vai trò đối với cây.
C. Nhận xét sai vì cây không thể trực tiếp sử dụng N₂ và cần nitrogen ở những dạng thích hợp.
D. Nhận xét sai vì nitrogen không tồn tại trong khí quyển.

Đáp án: C.

Câu 3. Viết phương trình hóa học của nitrogen khi tác dụng với oxygen ở nhiệt độ rất cao.

Đáp án: N₂ + O₂ ⇌ 2NO.

Câu 4. Giải thích ngắn gọn vì sao nitrogen vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử.

Đáp án: Khi tác dụng với hydrogen, nitrogen có số oxi hóa giảm từ 0 xuống −3 nên N₂ là chất oxi hóa. Khi tác dụng với oxygen, nitrogen có số oxi hóa tăng từ 0 lên +2 nên N₂ là chất khử.

Nitrogen là nguyên tố quan trọng, tồn tại chủ yếu dưới dạng N₂ và chiếm khoảng 78% thể tích khí quyển. Phân tử N₂ có liên kết ba bền vững nên tương đối trơ ở điều kiện thường, nhưng vẫn có thể tham gia các phản ứng với hydrogen và oxygen trong điều kiện thích hợp.

Nitrogen cũng được ứng dụng trong công nghiệp, làm lạnh và bảo quản, đồng thời giữ vai trò thiết yếu đối với sự sinh trưởng của thực vật.

Việc nắm vững cấu tạo, tính chất và ứng dụng của nitrogen giúp học sinh hiểu rõ hơn về sự chuyển hóa nitrogen trong tự nhiên và vai trò của nguyên tố này đối với sự sống. Để tiếp tục củng cố kiến thức và luyện tập các dạng bài, học sinh có thể tham khảo thêm chuyên mục Bài giảng Hóa học 11 tại ZIM Academy.