NH3 – Ammonia

Tên cũ: amoniac · Còn gọi là: amonia; a-mô-ni-ắc; R717 (môi chất lạnh)

  • Base yếu, chất khử
  • Khí, không màu
  • Tan rất nhiều trong nước
  • M = 17

Ammonia (NH₃, tên cũ: amoniac; còn gọi: amonia) là base, chất khí không màu, tan rất nhiều trong nước; phân tử khối 17. Tính base yếu: Với nước (thuận nghịch): NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻; dung dịch làm quỳ tím hoá xanh, phenolphthalein hoá hồng.

Cấu tạo của NH3

Sự hình thành phân tử NH₃: N góp chung electron với H, H, HNguyên tử N (2, 5) góp chung electron với H (1) 1 cặp, H (1) 1 cặp, H (1) 1 cặp; mỗi nguyên tử đủ 8 electron lớp ngoài (H: 2) tạo liên kết cộng hoá trị → phân tử NH₃.NN (2, 5) — thiếu 3eN (2, 8) — đủ 8eHH (1) — thiếu 1eH (2) — đủ 2e như Hecặp e dùng chungHH (1) — thiếu 1eH (2) — đủ 2e như HeHH (1) — thiếu 1eH (2) — đủ 2e như Heliên kết cộng hoá trịCặp e riêng trên N nhận H⁺ → tính base
  • N
  • H
  • electron
  • Mô hình lớp electron (Bohr) — sơ đồ, không theo tỉ lệ thật
  1. 1 · Mỗi nguyên tử còn thiếu e ở lớp ngoài
  2. 2 · Góp chung electron thành cặp
  3. 3 · Mỗi nguyên tử đủ 8e (H: 2e) → phân tử NH₃

Thông số vật lý của NH3

Đại lượngGiá trịGhi chú
Phân tử khối17tính theo nguyên tử khối làm tròn trong SGK (N 14, H 1)
Khối lượng mol chính xác17,031 g/moltheo nguyên tử khối IUPAC (N 14,007, H 1,008)
Trạng thái, màukhí, không màu, mùi khai, xốc; nhẹ hơn không khí
Nhiệt độ nóng chảy−77,7 °CWikipedia/CRC: −77,73 °C (NIST tra cứu 194,95 K, Timmermans 1921)
Nhiệt độ sôi−33,3 °Cở 1 atm; dễ hoá lỏng nhờ liên kết hydrogen mạnh giữa các phân tử; nhiệt độ tới hạn 132,3 °C (NIST: 405,4 K, 113 bar) nên nén ở nhiệt độ thường là hoá lỏng — NH₃ chở dưới dạng lỏng trong bồn thép
Khối lượng riêng (khí)0,769 g/Lở 0 °C, 1 atm; bằng 0,59 lần không khí (M = 17 so với 29, quy ước SGK) — nhẹ nên thu bằng cách đẩy không khí, bình úp ngược
Khối lượng riêng (lỏng)0,682 g/cm³NH₃ lỏng ở −33,3 °C; dung dịch 25 % có D = 0,907 g/cm³, dung dịch bão hoà 35,6 % ở 15,6 °C có D = 0,88 g/mL
Độ tan trong nước53 g/100 mLở 20 °C (Wikipedia dẫn ACS: 530 g/L; 320 g/L ở 25 °C) — quy ra khoảng 700 thể tích khí (đktc) trong 1 thể tích nước, tan nhiều như vậy nhờ liên kết hydrogen với nước; giảm nhanh khi đun nóng nên đun dung dịch là NH₃ bay ra
Hằng số basepKb = 4,75ở 25 °C (Kb ≈ 1,8 × 10⁻⁵): base yếu, dung dịch 0,1 M có pH ≈ 11 (tính từ pKb) so với ≈ 13 của NaOH 0,1 M; pKa của NH₄⁺ = 9,24
Hình dạng phân tửchóp tam giác, góc H–N–H 106,7°N–H 101,2 pm; cặp electron riêng trên N đẩy ba liên kết lại gần nhau hơn góc tứ diện 109,5°; momen lưỡng cực 1,42 D
Giới hạn cháy trong không khí15–28 % thể tíchkhó cháy, nhiệt độ tự bốc cháy 651 °C; cháy trong oxygen: 4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O

Số liệu làm tròn cho phổ thông; nguồn ghi ở mục Tài liệu tham khảo.

Thành phần nguyên tố của NH3

Nguyên tốNTKSố ng.tửKL% khối lượng
N 1411482,35 %
H 13317,65 %
Tổng417100 %

NTK = nguyên tử khối (làm tròn như trong bài tập phổ thông), KL = khối lượng. Ví dụ: %N = 14 ÷ 17 × 100 % = 82,4 %.

Tính nhanh: mol – khối lượng – nồng độ

Khối lượng
m = n × M = 0,25 × 17
4,25 g
Số phân tử
N = n × NA = 0,25 × 6,022 × 10²³
1,506 × 10²³
Nồng độ mol
CM = n / V = 0,25 / 0,25
1 M

M = phân tử khối (g/mol); NA = 6,022 × 10²³ là số Avogadro — số phân tử có trong 1 mol của bất kỳ chất nào; V là thể tích dung dịch tính bằng lít.

Điều chế NH3

Phòng thí nghiệm: đun nóng muối amoni với base: 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O; thu khí bằng cách đẩy không khí (úp ngược bình). Công nghiệp: tổng hợp từ N₂ và H₂: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ (xúc tác Fe, 450–500 °C, 200–300 atm — quá trình Haber).

Tính chất hoá học của NH3

Tính base yếu:

  • Với nước (thuận nghịch): NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻; dung dịch làm quỳ tím hoá xanh, phenolphthalein hoá hồng.
  • Với acid tạo muối amoni: NH₃ + HCl → NH₄Cl ("khói" trắng); tương tự với H₂SO₄ tạo (NH₄)₂SO₄.
  • Với dung dịch muối của kim loại có hydroxide không tan: AlCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O → Al(OH)₃↓ + 3NH₄Cl.

Tính khử (N⁻³): 4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O (cháy trong oxi); 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (xúc tác Pt, 850–900 °C); 2NH₃ + 3CuO → 3Cu + N₂ + 3H₂O.

Lỗi thường gặp với NH3

  • Viết NH₃ + H₂O → NH₄OH và coi "NH₄OH" là chất tồn tại. Trong dung dịch chỉ có cân bằng NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻, phần lớn vẫn là phân tử NH₃ hoà tan; không tách ra được hợp chất NH₄OH. Tên "ammonium hydroxide" trên nhãn chỉ là cách gọi dung dịch NH₃.
  • Coi NH₃ là base mạnh vì làm quỳ xanh, phenolphthalein hồng. NH₃ là base yếu (pKb = 4,75): dung dịch 0,1 M chỉ có pH ≈ 11, thấp hơn NaOH cùng nồng độ (≈ 13). Chỉ thị đổi màu với mọi base, không phân biệt mạnh yếu.
  • Cho AlCl₃ + NH₃ dư rồi để kết tủa tan như với NaOH dư. Al(OH)₃ chỉ tan trong base mạnh: AlCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3NH₄Cl, kết tủa không tan trong NH₃ dư. Vì vậy NH₃ dư là cách kết tủa hoàn toàn Al³⁺, còn NaOH dư hoà tan Al(OH)₃ thành NaAlO₂.
  • Thu NH₃ bằng cách đẩy nước. NH₃ tan cực nhiều trong nước nên chỉ thu bằng cách đẩy không khí, bình úp ngược (nhẹ hơn không khí) và phải làm khô bằng CaO, không dùng H₂SO₄ đặc hay P₂O₅ vì chúng tác dụng với NH₃.
  • Viết NH₃ cháy trong không khí thành NO, hoặc thành N₂ khi có Pt. Không có xúc tác, NH₃ rất khó cháy trong không khí; trong oxygen cháy cho N₂: 4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O. Chỉ khi có xúc tác Pt, nhiệt độ cao mới oxi hoá thành NO: 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (bước đầu sản xuất HNO₃).

Ứng dụng của NH3

Ứng dụngDựa trên tính chất nào
Phân đạm: urê, ammonium nitrate, ammonium sulfate (phần lớn NH₃ sản xuất ra)NH₃ là nguồn nitrogen ở dạng cây hấp thụ được; tính base cho phản ứng với acid tạo muối: NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃; 2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄; với CO₂ ở nhiệt độ và áp suất cao tạo urê: 2NH₃ + CO₂ → (NH₂)₂CO + H₂O
Sản xuất nitric acid (quá trình Ostwald)Tính khử của N⁻³: 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (xúc tác Pt), rồi 2NO + O₂ → 2NO₂ và 4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃
Môi chất lạnh (R717) trong kho lạnh, nhà máy đá, sân trượt băngNH₃ hoá lỏng dễ dưới áp suất và khi bay hơi thu nhiệt lớn (liên kết hydrogen giữa các phân tử); không phá tầng ozone, không gây hiệu ứng nhà kính như CFC, HFC — nhưng độc nên chỉ dùng trong hệ thống công nghiệp
Chất tẩy rửa gia dụng (dung dịch 5–10 %), tẩy dầu mỡ, lau kínhDung dịch có tính base yếu, xà phòng hoá nhẹ dầu mỡ và bay hơi hết không để lại vệt; không được trộn với nước Javel hay thuốc tẩy chứa chlorine vì sinh khí độc
Xử lý khí thải: khử NOₓ (SCR), hấp thụ SO₂NH₃ khử NO, NO₂ thành N₂ trên xúc tác ở ống xả động cơ diesel, lò đốt; với SO₂ trong khói than tạo (NH₄)₂SO₄ dùng làm phân bón

Nhận biết NH3

Mùi khai đặc trưng; làm quỳ tím ẩm hoá xanh; tạo "khói" trắng khi gặp đũa thuỷ tinh nhúng HCl đặc.

An toàn và bảo quản NH3

GHS04 – Khí nénGHS05 – Ăn mònGHS06 – Độc cấp tínhGHS09 – Nguy hại cho môi trường

Khí nén (GHS04), ăn mòn (GHS05), độc (GHS06), nguy hại môi trường (GHS09) — H221: khí dễ cháy; H331: độc khi hít phải; H314: gây bỏng da và tổn thương mắt nghiêm trọng; H400: rất độc với sinh vật thuỷ sinh

Nhãn trên là phân loại hài hoà của ammonia khan (khí, lỏng nén; ECHA C&L, chỉ số 007-001-00-5). Dung dịch ammonia có phân loại hài hoà riêng theo nồng độ (chỉ số 007-001-01-2): ăn mòn H314 và H400 với hình đồ GHS05, GHS09 cho dung dịch đậm đặc (loại 25 % dùng trong phòng thí nghiệm); dung dịch loãng 5–10 % chỉ ở mức kích ứng. Hơi NH₃ ngửi thấy từ 5 ppm, giới hạn nơi làm việc 25 ppm (8 giờ), 35 ppm (15 phút); ngưỡng nguy hiểm tức thời (IDLH) 300 ppm; trên 500 ppm có thể gây tử vong do bỏng đường hô hấp, phù phổi. NH₃ lỏng bay hơi gây bỏng lạnh. Khí cháy được trong không khí ở 15–28 % và nổ trong không gian kín; tuyệt đối không trộn dung dịch NH₃ với nước Javel, thuốc tẩy chứa chlorine hay iodine (tạo hợp chất độc, dễ nổ như NI₃).

Hít phải: ra chỗ thoáng, ngược chiều gió, giữ ấm, đến cơ sở y tế nếu ho, khó thở. Vào mắt: rửa nước liên tục ít nhất 15 phút, mở to mí — NH₃ thấm nhanh vào giác mạc. Dính da, bỏng lạnh do NH₃ lỏng: cởi quần áo dính, rửa nước nhiều. Rò rỉ nhỏ trong phòng thí nghiệm: làm trong tủ hút, xịt sương nước để hấp thụ khí (NH₃ tan rất nhiều), trung hoà dung dịch đổ tràn bằng acid loãng rồi rửa nước.

Bảo quản: NH₃ khan trong bình thép chịu áp, nơi mát, thoáng, xa acid, chất oxi hoá, halogen và muối bạc, thuỷ ngân. Dung dịch NH₃ đậm đặc: lọ đậy kín, để nơi mát vì áp suất hơi tăng theo nhiệt độ, mở nắp trong tủ hút; để hở nồng độ giảm dần do NH₃ bay hơi.

Phản ứng tiêu biểu của NH3 (23)

Xem tất cả 23 phản ứng →

Tự luyện về NH3

Gom từ bài tập của các phản ứng có ammonia và câu hỏi riêng cho chất.

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

A. chất khửB. chất oxi hoáC. môi trườngD. xúc tác

Đáp án B. N⁰ → N⁻³ nhận 3e mỗi nguyên tử (N₂ nhận 6e); H₂ là chất khử.

2. Hiện tượng khi hai bình khí NH₃ và HCl được mở nắp và đưa lại gần nhau là

A. xuất hiện khói trắngB. xuất hiện khí màu nâu đỏC. có tiếng nổD. không có hiện tượng

Đáp án A. NH₃ + HCl → NH₄Cl: các hạt tinh thể NH₄Cl rất nhỏ tạo "khói" trắng.

3. Hệ số của O₂ trong phương trình NH₃ + O₂ → NO + H₂O (cân bằng, tối giản) là

A. 3B. 4C. 5D. 7

Đáp án C. Mỗi N⁻³ → N⁺² nhường 5e, mỗi O₂ nhận 4e → 4 NH₃ (20e) ứng với 5 O₂: 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O.

4. Trong thí nghiệm "vòi phun", nước có pha phenolphthalein phun mạnh vào bình đựng khí NH₃ và chuyển màu hồng. Hiện tượng phun nước chứng tỏ

A. NH₃ có tính baseB. NH₃ tan rất nhiều trong nướcC. NH₃ nhẹ hơn không khíD. NH₃ có tính khử

Đáp án B. NH₃ tan gần hết vào vài giọt nước làm áp suất trong bình giảm mạnh, áp suất khí quyển đẩy nước phun vào. Màu hồng mới chứng tỏ tính base; tan nhiều và tính base là hai hiện tượng khác nhau của cùng thí nghiệm.

5. Nhỏ từ từ đến dư dung dịch NH₃ vào dung dịch AlCl₃. Hiện tượng quan sát được là

A. có kết tủa keo trắng, sau đó tan hếtB. có kết tủa keo trắng, không tanC. không có hiện tượngD. có khí không màu thoát ra

Đáp án B. AlCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3NH₄Cl tạo kết tủa keo trắng. NH₃ là base yếu nên không hoà tan được Al(OH)₃ (chỉ base mạnh như NaOH dư mới hoà tan thành NaAlO₂).

6. Cho các chất làm khô: CaO, H₂SO₄ đặc, P₂O₅. Số chất dùng được để làm khô khí NH₃ là

A. 0B. 1C. 2D. 3

Đáp án B. Chỉ CaO (basic oxide) không phản ứng với NH₃. H₂SO₄ đặc là acid, P₂O₅ là acidic oxide, đều tác dụng với NH₃ (2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄) nên không dùng được.

Câu hỏi thường gặp về NH3

Amoniac là axit hay bazơ?

Là base (tên cũ: bazơ), và là base yếu: phân tử NH₃ có cặp electron riêng trên N nhận được H⁺, trong nước chỉ một phần nhỏ tạo NH₄⁺ và OH⁻ (NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻, pKb = 4,75). Dung dịch làm quỳ tím hoá xanh, phenolphthalein hoá hồng, trung hoà acid tạo muối ammonium: NH₃ + HCl → NH₄Cl.

Amoniac có độc không?

Có: ammonia khan xếp loại độc khi hít phải (H331), ăn mòn (H314). Hơi NH₃ tan vào niêm mạc mắt, mũi, phổi tạo dung dịch base gây bỏng rát; nồng độ cao gây phù phổi, mù mắt (ngưỡng ở mục An toàn). Mùi khai xộc lên từ vài ppm là tín hiệu cảnh báo sớm. Dung dịch loãng dùng trong nhà ít nguy hiểm hơn nhưng không được trộn với nước Javel.

Amoniac có tan trong nước không? Vì sao tan nhiều?

Tan cực nhiều: ở 20 °C, 100 mL nước hoà tan khoảng 53 g NH₃, tương đương khoảng 700 thể tích khí. Nguyên nhân là phân tử NH₃ phân cực mạnh và tạo được liên kết hydrogen với nước (N có cặp electron riêng, liên kết N–H phân cực). Thí nghiệm "vòi phun": nhỏ vài giọt nước vào bình đầy NH₃, khí tan hết làm áp suất giảm, nước có phenolphthalein phun mạnh vào bình và hoá hồng.

Thu khí NH₃ bằng cách nào?

Đẩy không khí, bình úp ngược: NH₃ nhẹ hơn không khí (0,59 lần) nên dồn lên đáy bình úp. Không thu bằng cách đẩy nước vì NH₃ tan rất nhiều. Làm khô bằng CaO (vôi sống) chứ không dùng H₂SO₄ đặc hay P₂O₅ vì chúng tác dụng với NH₃. Nhận biết bình đã đầy bằng quỳ tím ẩm hoá xanh ở miệng bình.

Vì sao nước tiểu, nhà vệ sinh có mùi khai?

Mùi khai là mùi của NH₃. Urê trong nước tiểu bị vi khuẩn thuỷ phân: (NH₂)₂CO + H₂O → 2NH₃ + CO₂, nên nước tiểu để lâu, chuồng trại, nhà vệ sinh bẩn bốc mùi khai. Cơ thể thải nitrogen dưới dạng urê tan trong nước chính vì NH₃ độc với tế bào.

Dung dịch amoniac có phải là NH₄OH không?

Không hẳn. "NH₄OH" (ammonium hydroxide) là tên thương mại của dung dịch NH₃ trong nước, ví dụ loại 25 % dùng trong phòng thí nghiệm hay 5–10 % dùng lau kính; không tồn tại hợp chất NH₄OH riêng biệt. Trong dung dịch chỉ có NH₃ hoà tan và một phần nhỏ ion NH₄⁺, OH⁻. Đun nóng dung dịch thì NH₃ bay ra hết.

NH3 và NaOH

NH3NaOH
Loại chấtbase yếu, phân tử cộng hoá trịbase mạnh, hợp chất ion
Trạng thái ở 25 °Ckhí, mùi khai (dung dịch bán sẵn 5–25 %)rắn trắng, hút ẩm
Trong nướccân bằng: NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ (pKb 4,75)phân li hoàn toàn: NaOH → Na⁺ + OH⁻
pH dung dịch 0,1 M≈ 11≈ 13
Với HClNH₃ + HCl → NH₄Cl (khói trắng khi hai khí gặp nhau)NaOH + HCl → NaCl + H₂O
Với AlCl₃ dư basekết tủa Al(OH)₃ không tan trong NH₃ dưkết tủa tan trong NaOH dư thành NaAlO₂
Đun nóng dung dịchNH₃ bay ra, dung dịch loãng dầnkhông bay hơi, cô cạn được NaOH rắn
Tính khửcó (N⁻³): 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (Pt)không
Phân loại nguy hiểmđộc khi hít (H331), ăn mòn (H314), khí dễ cháy (H221)ăn mòn (H314)

Tài liệu tham khảo

  1. Bộ GD&ĐT, Hoá học 11 (Kết nối tri thức), NXB Giáo dục Việt Nam, 2023 — bài 5 Ammonia. Muối ammonium (cấu tạo, tính base, tính khử, tổng hợp Haber, ứng dụng), bài 6 Một số hợp chất của nitrogen với oxygen (quá trình Ostwald).
  2. Bộ GD&ĐT, Hoá học 10 (Kết nối tri thức), NXB Giáo dục Việt Nam, 2022 — bài 12 Liên kết cộng hoá trị (phân tử NH₃), bài 13 Liên kết hydrogen và tương tác van der Waals (NH₃ tan nhiều trong nước, nhiệt độ sôi).
  3. NIST Chemistry WebBook, "Ammonia", Phase change data, webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C7664417 — nhiệt độ nóng chảy 194,95 K, nhiệt độ tới hạn 405,4 K, áp suất tới hạn 113,00 bar.
  4. Wikipedia, "Ammonia" (infobox dẫn CRC Handbook, ACS, PubChem/HSDB, NIOSH; mục Physical properties, Structure, Combustion, Uses, Safety), en.wikipedia.org — nhiệt độ nóng chảy −77,73 °C, nhiệt độ sôi −33,34 °C, khối lượng riêng 0,769 kg/m³ (đktc) và 0,6819 g/cm³ (lỏng −33,3 °C), nhẹ hơn không khí 0,589 lần, độ tan 530 g/L (20 °C) và 320 g/L (25 °C), pKb 4,75, pKa NH₄⁺ 9,24, góc 106,7°, momen lưỡng cực 1,42 D, giới hạn cháy 15–28 %, tự bốc cháy 651 °C, ngưỡng mùi 5 ppm, giới hạn 25/35 ppm (OSHA), IDLH 300 ppm, gây chết trên 500 ppm (Sax), dung dịch 25 % D 0,907 g/cm³, bảng phân loại dung dịch theo nồng độ (5–10 %, 10–25 %, trên 25 %), không trộn với halogen, muối bạc, thuỷ ngân, iodide; ứng dụng phân bón (88 % ở Mỹ 2019), môi chất lạnh, SCR, hấp thụ SO₂.
  5. Wikipedia, "Ammonia (data page)" (dẫn CRC Handbook 94th), en.wikipedia.org — liên kết N–H 101,2 pm, góc H–N–H 106,7°.
  6. Wikipedia, "Ammonia solution" (mục Properties dẫn Ullmann's Encyclopedia; mục Cleaning products), en.wikipedia.org — dung dịch bão hoà ở 15,6 °C chứa 35,6 % NH₃, D 0,88 g/mL, ≈ 18 mol/L; ammonia gia dụng 5–10 %.
  7. ECHA CHEM, C&L Inventory: ammonia, anhydrous, EC 231-635-3, chỉ số 007-001-00-5, chem.echa.europa.eu — phân loại hài hoà Flam. Gas 2 (H221), Press. Gas, Acute Tox. 3 (H331), Skin Corr. 1B (H314), Aquatic Acute 1 (H400), hình đồ GHS04, GHS05, GHS06, GHS09; ammonia …% (dung dịch), EC 215-647-6, chỉ số 007-001-01-2 — Skin Corr. 1B (H314), Aquatic Acute 1 (H400), hình đồ GHS05, GHS09.
  8. ECHA CHEM, C&L Inventory: sodium hydroxide, EC 215-185-5, chỉ số 011-002-00-6 — Skin Corr. 1A (H314), GHS05 (bảng so sánh).

Cùng nhóm base

Xem tất cả hợp chất →

Cập nhật: