氮族元素的性质、分类和应用

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➢ 浓HNO3与非金属反应还原产物多数为NO S +2HNO3 ( 浓 ) = H2SO4 + 2NO
➢ 稀HNO3与还原剂反应,产物为NO。 Hg +HNO3(稀)= Hg(NO3) 2+2NO+4H2O
3、硝酸及其盐
2°硝酸的性质 c.氧化性 :
尽管浓硝酸具有很强的氧化性,但Au在浓硝酸中 仍然很稳定。
2)膦的性质
无色剧毒气体,溶解度比氨气小100/26,水中显 超弱碱性10-25
A) 配位能力 :配位能力PH3大于NH3 B)还原能力 :还原性强,PH3一定温度下,可在
空气中燃烧 ;PH3无论在酸性的条件下还是在碱性 条件下均表现较强的还原性, 可把一些金属从它的 盐中还原出来.
3)PH3的制备(可结合NH3的制备考虑 )
红磷。
2 磷的化学性质
1)和非金属单质反应
和S反应: 4P + 3S--- P4S3 (黄色固体) P4S5是制火柴的原料。许多与磷反应的过 程,都是以P4为基础。
2)和金属反应
P + Al----AlP 2P + 3Zn --- Zn3P2
被具有氧化性的金属离子氧化,如 2P + 5CuSO4 + 8H2O --- 5Cu + 2H3PO4 + 5H2SO4 生成的Cu又可以和P直接化合成Cu3P
➢ 还原性阳离子: NH4NO3--- N2O + H2O ➢ 带结晶水的硝酸盐受热发生水解反应
➢ 一般硝酸盐分解都有O2放出,故可助燃。
3、硝酸及其盐
4°硝酸的制备
➢ 工业上用NH3氧化法制HNO3
➢ 实验室制法: 硝酸有挥发性,可用NaNO3和浓硫酸反应制取
§2. 磷和磷的化合物
一.单质 1 、同素异形体
HNO3 沸点:356K,达到沸点后 HNO3逐渐分解,
见光也分解,所以避光保存。
2NHO3
N2O5 + H2O (发烟)
N2O5 是HNO3 的酸酐
3、硝酸及其盐
2°硝酸的性质 c.氧化性 :
➢ 浓硝酸与金属反应的还原产物多数是NO2,NO2对 HNO3的氧化反应有催化作用。 Cu + 4 HNO3 = Cu (NO3)2 + 2NO2 +2 H2O
离子形成配合物 :
3、联氨的制备
用NaClO氧化过量NH3水制取N2H4
(三)、羟氨
NH2OH看成是NH3中的H被OH取代,仍有孤对电 子,可以配位。
NH2OH显弱碱性
其氧化还原性能和联氨相似,由于动力学原因作氧 化剂时反应速度慢,在酸中碱中均是还原剂。
2NH2OH + 2AgBr =2Ag + N2 + 2HBr + H2O
2、氨的化学性质
2°还原性
NH3中N(-3价)只能作还原剂,在氧气中燃 烧生成N2和 H2O,Pt催化时产物是NO 和H2O, 氯和溴也能将NH3氧化 。
2、氨的化学性质
2°还原性
高温下氨的还原性增强
氨气还原CuO
被HNO2氧化
2、氨的化学性质
3°取代反应
NH3中的H可依次被取代,生成-NH2(氨基)、 -NH(亚氨基)和氮化物的衍生物
不论在酸中、碱中,联氨可以作氧化剂,但反应 都非常慢;故通常将联氨用作是一个好的还原剂。
2、联氨的性质
2°氧化还原性
N2H4是一种火箭燃料:
当有 Pb, Ni作催化剂时,发生如下的反应 :
N2H4 = N2 + 2H2 3N2H4 = N2 + 4NH3
2、联氨的性质
3°生成配合物
因为N2H4中N有孤电子对,所以可与金属
P4O10 + 6H2SO4= 6SO3 + 4H3PO4
2. 亚磷酸和次磷酸
1)分子结构
H3PO3分子中的 P 采取 SP3 杂化, 三条杂 化轨道中的一条与H结合另两条轨道与OH 结合,形成3个σ键,与端基氧形成一个配位键, 两个d-Pπ 配键.
H3PO3 : 无色固体, m.p. 346K, 溶解度: 82g H3PO3 /100g H2O
A)直接化合 2P4 + 6H2 ---4PH3(g)
B) 磷盐加强碱
C) 磷化物的水解
D) 白磷在碱中歧化
2、联膦
用水解法制的PH3其中含有P2H4,因此可以 自燃,纯的P2H4是白色液体。
2 P2H4 + 7O2 ---2P2O5+ 4H2O 产生鬼火
三 磷的含氧化合物
1.氧化物 1)P2O3 和 P2O5
1、氮的氧化物
4°NO2 ( NO2 棕红色气体)
1、氮的氧化物
5°N2O4 是一种混合酸酐
1、氮的氧化物
6°N2O5
白色固体,是HNO3 的酸酐,气体分子的结构:
2、亚硝酸(HNO2)及其盐
1 °亚硝酸的分子结构
一般来说,反式结构稳定性大于顺式。因 为双键O于OH在两侧, 彼此间排斥利小,稳 定。HNO2分子中,N采取SP2不等性杂化.
N2H4可以看成是NH3中的一个H被NH2取代, 联氨又叫肼,N上仍有孤对电子。
(二)联氨 N2H4
2、联氨的性质 (纯的联氨是无色液体 ) 1°显碱性
其碱性的机理与NH3一样
是二元弱碱,比NH3略弱。
2、联氨的性质
2°氧化还原性
N2H4 N显-2价,既有氧化性又有还原性
2、联氨的性质
2°氧化还原性
氮化物受碰撞容易爆炸,如NaN3在受碰撞之后 会发生爆炸
2、氨的化学性质
4°铵盐的热分解反应
铵盐不稳定,易分解成氨气和相应的酸
特殊:
3、氨的制备
工业:单质直接化合法
实验室制法 :
氮化物水解可得NH3:
Ca3N2 + 6H2O =3Ca(OH)2 + 2NH3
(二)联氨 N2H4
1、结构
一般谈到单质磷,经常指白磷,它是△fGθm=0, △fHθm=0的那种磷 白磷是分子晶体,立方晶系,分子间靠范德华力结 合,分子式P4,4个磷原子位于四面体的四个顶点。
红磷的结构目前还不十分清楚,有人认为红 磷是链状结构。
白磷放置或加热可以转变成红磷
白磷 黑磷具有片状结构,并有导电性,活泼性小于
2 、氮气的制备
工业上:分馏液态空气制N2 实验室中制N2,加热亚硝酸铵溶液:
NH4NO2=2H2O + N2 (加热)
二 、氮的氢化物
(一)、氨(NH3) 1、NH3的分子结构
(一)、氨(NH3)
2、氨的化学性质
1°络合反应
NH3中有一个孤电子对,所以可与许多金属 离子配位形成络离子.
但Au可溶于王水中:浓HNO3:浓盐酸=1:3 (体积比)
3、硝酸及其盐
c.氧化性 :
这时HNO3稍浓时即可将Au溶解,故王水的氧 化能力没比HNO3增强,而是王水使金属的电势下 降,于是王水可溶Au、 Pt等贵金属。 Au + HNO3 + 4HCl --- HAuCl4 + NO + 2H2O 与Pt反应,生成H2PtCl6
2)氧化物的性质
P2O4有光泽无色晶体,耐高温 。
P4O10和水作用
水少时: P4O10 + 2H2O ---(HPO3)4 环偏磷酸 水多时: 4HPO3 + 2H2O --- 2H4P2O7 焦磷酸 当有硝酸催化,H2O量大于P4O10 的6倍时,很快
生成H3PO4 P4O10 + 6H2O=4 H3PO4 (加热,HNO3催化) P4O10是强脱水剂,从吸水效率(每立方米含水克 数)可看出吸水能力。它可以使H2SO4脱水
2AgN3 = 2Ag + 3N2 PbN6可以做雷管的引火物。
(四)、叠氮酸(HN3 无色液体)
2、 制法
三 、氮的含氧化合物
1、氮的氧化物 (书660) 1°N2O 无色气体
1、氮的氧化物
2°NO 无色气体
SP杂化,顺磁性
1、氮的氧化物
3 ° N2O3
N2O3是HNO2的酸酐 273K时N2O3 为蓝色液体
氮族元素的性质、分类和应用
N 氮:大气中的N2,动植物体内的含氮物质, 智利硝石NaNO3。0.03% 第18位
P 磷:动植物体内的含磷物质,磷酸钙 Ca3(PO4)2·H2O,其它磷酸盐矿物。 0.11% 第12位
As砷、Sb锑、Bi铋:以硫化物的形式存在。
§1. 氮和氮的化合物
一.单质 N2 N2是空气的重要成份之一,无色无臭无
2、亚硝酸(HNO2)及其盐
2°化学性质 ➢ A.稳定性 ➢ B.弱酸性 ➢ C.氧化还原性 ➢ D.难溶盐和络合物
2°亚硝酸(HNO2)及其盐化学性质
A.稳定性
亚硝酸盐受热易分解,是一个歧化反应。 但是在碱性介质中稳定,亚硝酸盐可稳定存在。
HNO2
H2O + NO2 +NO
2°亚硝酸(HNO2)及其盐化学性质
+ 3O2 —
+2O2—
P4分子中受弯曲应力的P-P键在O2分子的 进攻下很易断裂,在每对P原子间嵌入一个氧 原子,形成一个稠环分子的P4O6分子,接近 球形,彼此之间易滚动,故P2O3分子有滑腻 感。白色吸潮性蜡状固体。
每个P上有孤对电子,还可以再结合氧,形 成P4O10,又简称五氧化二磷。
(四)、叠氮酸(Leabharlann BaiduN3 无色液体)
1、性质 :N3-也是一种拟卤离子
a 酸性:它是氮的氢化物中唯一的酸性物质
b: 重金属难溶盐:AgN3, PbN6, HgN3 均为难溶盐(白) c: 稳定性:活泼金属的叠氮酸盐较稳定
HN3不稳定,受热爆炸分解 2HN3 =H2 + 3N2 Pb, Ag等叠氮酸盐不稳定,易爆炸
是黄色沉淀物。
2、亚硝酸(HNO2)及其盐
3°制备
将NO和NO2的混合物通入冰水中,得HNO2
NO2 + NO + H2O
2HNO2
温度高时,HNO2不稳定 ,受热分解。
3、硝酸及其盐
1°硝酸及其硝酸根的结构
3、硝酸及其盐
2°硝酸的性质
b: 不稳定性
4HNO3
4NO2 + 2H2O + O2
H3PO3是二元中强酸,
次磷酸分子中只含有一个羟基 所以它是一 元中强酸
2)化学性质
A)还原性 H3PO3和H3PO2都是强还原剂
在H+中:
在OH-中:
卤素单质、重金属盐:AgNO3、HgCl2或 CuCl2、NiCl2的溶液都能被H3PO2及其盐还 原, 所以次磷酸盐用于化学镀。
B) 歧化反应
从次磷酸在碱性介质中的元素电势图可以看 出,次磷酸在碱性 介质中不稳定,易歧化。
纯的亚磷酸或它的浓溶液,强热下也发生歧
化分解。
4H3PO3 --- 3H3PO4 + PH3
加热
3. 磷酸
1°分子结构 P:sp3不等性杂化,双键有d-pπ配键
2 °磷酸的性质
纯的磷酸是固体, m.p. 42℃, b.p. 213℃, 高沸点的酸,市售的85% 的H3PO4,相当 于15mol/L,粘稠溶液,与形成氢键有关。
3、硝酸及其盐
3°硝酸盐的热分解
➢ 阳离子离子电场较弱,亚硝酸尚可稳定存在,故硝酸盐 热分解产物为亚硝酸盐。
➢ 电位在阳离子Mg2+...Cu2+之间的硝酸盐电场强些, 亚硝酸盐不稳定,也要分解,放出NO2和O2 。
➢ 阳离子Hg, Ag, Au氧化物不稳定,分解
3、硝酸及其盐
3°硝酸盐的热分解
3 )和高价金属离子反应
11P + 15CuSO4 + 24H2O --Cu3P + 6H3PO4 + 15H2SO4
误食白磷中毒,可以服CuSO4做解药。
3、制备
磷蒸气通入水中凝固成白磷
二 磷的氢化物
1、磷化氢 (磷化氢又叫做膦 ) 1) 结构
为三角锥形,因为电负性P小于N,在PH3分 子中P-H成键,键角在90℃左右,这一结构 使PH3于NH3在性质上有较大的差异。 书677
B.弱酸性
C.氧化还原性
HNO2中的N为+3价,所以既有氧化性,又有还原性 在酸性介质中:
HNO2/NO =0.99 V, 有较强的氧化能力。
2°亚硝酸(HNO2)及其盐化学性质
D.难溶盐和络合物
除浅黄色的AgNO2不易溶解外,其余盐类 一般易溶。
在亚硝酸和亚硝酸钾的溶液中加入钴盐,
生成
络离子,其钾盐K3[Co(NO2)6]
A、酸性
B、 非氧化性的酸
氧化性弱的原因: (1)中央原子氧化数是5,比同周期的HClO4(VII), H2SO4(VI)都低,氧化性减小。 (2)中心原子和氧之间的键能大。Si, P, S, Cl 次 序依次减小,故H3PO4(和H2SiO3)氧化性不强。
毒,溶解度小。N2分子中,两个N之间成三 键,1个σ2个π,N2是已知的双原子分子中 最稳定的之一。
1 .氮气的化学性质
1°和非金属的反应
N2 + 3H2 --2NH3 催化剂,一定下反应
2°和金属单质的反应
高温下和Mg、Ca、Ba、Li反应: 3Ca + N2---Ca3N2 ( Ca:410℃,Ba:260 ℃) 6Li + N2 --- 2Li3N (Li反应250℃就很快了)
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