25氮族元素氮磷

25氮族元素氮磷
备注： 机物。

(价态变)。

②、酸(
碱)性是指：与指示剂、与单质、与氧化物、与酸、与碱、与某些盐（价态不变）
二、氮族元素的性质：
氮族元素位于周期表第ⅤA 族。

其中N 、P 、As 为非金属，Sb 、Bi 为金属。

熔沸点：N 2＜P ＜As ，Sb ＞Bi
主要化合价：N ：－3，+1，+2，+3，+4，+5
P ：－3，+3 ，+5
As ：－3，+3，+5
稳定性：NH 3＞PH 3＞AsH 3
酸性：HNO 3＞H 3PO 4＞H 3AsO 4
强酸 中强酸 弱酸
碱性：Sb(OH)5＜Bi(OH)5
三、氮气
1、氮元素存在形态⎪⎩
⎪⎨⎧------ , , , NaNO ,KNO )5
4 %,78(33核酸蛋白质如有机物无机物化合态约为按体积计占空气游离态 空气中含大量N 2，是工业生产中N 2的主要来源。

思考：①工业上如何从空气中分离得到纯净N 2？
②实验室如何制取N 2？
2、氮气的制法
工业制法： N 2，得液氧。

方法二： 实验室制法： 方法一：NaNO 24Cl （饱和）=== NaCl + N 2↑+ 2H 2O
方法二：3CuO + 2NH 3 === N 2 + 3Cu + 3H 23、N 2物理性质：无色无嗅气体，难溶于水，难液化，密度比空气略小——与空气密度相近，只能用排水法收集N 2。

思考：分子量相同的物质：28：N 2 、CO 、C 2H 4 44：CO 2、C 3H 8、N 2O
98：H 2SO 4、H 3PO 4 120：M g S O 4、N a H S O 4、CaSO 3、KHSO 3
4、氮气的分子结构：
①元素的性质取决于元素的原子结构。

氮原子半径小，最外层电子数多，吸引电子的能力很强，所以氮元素是一种较活泼的非金属元素。

②氮气的稳定性取决于氮分子的结构。

电子式为：
结构式为：N ≡N 键能很大，约946kJ/mol ，一般大于其他双原子分子。

所以氮分子的结构很稳定。

通常情况下，氮气的化学性质不活泼，在某些情况下，可代替稀有气体作保护气。

…
… ： ： N N 2 N 2（分离）
空气 (用氢氧化钠溶液吸收)
白色烟雾 5、化学性质： （氮的固定）
(1)稳定性——很难与其它物质发生化学反应，为什么？(因为N=N 叁键键能很大，很难打断该共价键)
(2)一定条件下(高温或放电)具有氧化性与还原性：
①与金属反应：3Mg + N 2 ==== Mg 3N 2 (其它金属Ca 、Sr 、Ba 、Li 、Al 也有类似反应)
注意：Mg 3N 2是白色固体，离子化合物。

电子式为：g M ]N [g M ]N [g M .......
.........+2-3+2-3+2
Mg 3N 2能发生水解反应，不属于盐类。

水解反应为： Mg 3N 2 + 6H 2O === 3Mg(OH) 2↓+ 2NH 3↑
②与O 2反应： N 2 + O 2 ==== 2NO (固氮途径之一) 2NO + O 2 === 2NO 2（红棕色）
③与氢气反应：N 2+3H 2===2NH 3 催化剂采用铁触媒，温度500℃，压强：20—50Mpa
5、用途：合成氨，制造硝酸，氮肥，炸药。

焊接金属保护气，贮存粮食，水果的保护气。

四、磷
1
2①、与O 2的反应：4P + 5O 2 2P 2O 5（白烟）
P 2O 5 + H 2O （冷水）=== 2HPO 3（有毒） P 2O 5 + 3H 2O （热水）=== 2H 3PO 4（无毒） ②、与Cl 2的反应：2P + 3Cl 2 (不足) 2PCl 3 2P + 5Cl 2 (过量) 2PCl 5
中，少量时可保存在水中。

3、用途：白磷用于制高纯度磷酸
红磷用于制造安全火柴，农药，烟幕弹和燃烧弹。

思考：氮元素的非金属性强于磷，为什么单质的活泼性磷远远强于氮？
提示：P 和N 虽为同族元素，元素性质一般是指原子的性质，氮原子的非金属性强于磷原子的非金属性。

但是两种单质的性质却相反。

由于受分子结构的影响，N 2中存在N ≡N 三键，键能大，不容易断裂，所以在通常条件下N 2的化学性质很稳定，只有在加热、点燃、放电、催化剂等存在的条件下才能与某些物质反应；而白磷的正四面体中，P —P 键键能较小，容易反应。

五、磷酸
1、磷酸的物理性质：
纯磷酸是无色透明的晶体，熔点为42.35℃，难挥发，与水任意比混溶，具有吸湿性。

常用的浓磷酸是无色粘稠的溶液，浓度为83%—98%。

2、磷酸的化学性质：
①、稳定，不易分解，非氧化性酸。

②、是三元中强酸，具有酸的通性，与碱反应可以生成一氢盐、二氢盐或正盐。

利用磷酸难挥发，没强氧化性，可与盐反应制取挥发性的还原性强的酸。

H 3PO 4+3NaBrNa 3PO 4+3HBr ↑
3、制法：工业上用磨细磷酸钙与硫酸反应。

C a 3(P O 4)2 +3H 2SO 4 ==3CaSO 4+2H 3PO 4 或用P 2O 5 与热水反应可制纯磷酸
六、磷酸盐：
1、溶解规律：磷酸的钠盐、钾盐、铵盐及磷酸二氢盐一般都易溶，磷酸的一氢盐、正盐多数难溶。

2、化学性质：酸式盐 + 碱 → 正盐 正盐 + 酸 → 酸式盐
点燃 点燃 点燃 放电
3、磷酸根离子的检验：加碱中和，滴入硝酸银，产生黄色沉淀，加硝酸沉淀溶解。

七、氮的氧化物
氮有多种价态的氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O5，其中N2O3和N2O5分别是HNO2和HNO3的酸酐。

思考：HCOOH失水生成CO，CO能否称为酸酐？为什么？
（不能称为酸酐，因为它是羟基与碳原子相连的氢原子脱水所形成的物质。

1、一氧化氮、二氧化氮的性质：
NO是无色无味的有毒气体，不溶于水。

NO2是红棕色，有刺激性气味的有毒气体，易溶于水。

方程式为：3NO2 + H2O === 2HNO3 + NO
当NO、NO2、O2之间互相混合溶于水时，有如下反应：（设容器中溶质不向外扩散，求所得溶液的物质的量浓度）
4NO2 + O2 + 2H2O === 4HNO3 4NO + 3O2 + 2H2O === 4HNO3
NO + NO2 + O2 + H2O === 2HNO3
NO2和N2O4能够相互转化：2NO2（红棕色） N2O4（无色）；△H＜0
NO2是一种强氧化剂，能使湿润的淀粉—KI试纸变蓝。

2、一氧化氮、二氧化氮的实验室制法：
3Cu + 8HNO3(稀) ===Cu(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O
Cu + 4HNO3 (浓) ===Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 2H2O
制NO、NO2的装置类似于Cl2的制取装置，NO用排水法收集，NO2用向上排空气法收集。

注意：隐含反应N2O4 NO2的应用
①测定N2O4、NO2分子量时，如何选择条件？测NO2的分子量时总比46大，测N2O4的分子量时总
比92小。

②收集1mol NO2在标况下的体积应小于22.4L；质量总大于46g。

③将NO、O2等体积混合后，所得混合气体中含NO2、O2、N2O4，平均分子量大于41.33，压强比
原来的3/4还小。

④在此混合体系中增加NO2或N2O4都相当于增加压强，使平衡向生成N2O4的方向移动。

思考：1、NO和CO2的混合气体，通过足量的Na2O2后，剩余气体体积为原来的一半，则NO和CO2的体积比为（ D ）
A．1:1 B．1:3 C．2:1 D．≤1:1的任意比
2、“雷雨发庄稼”包含哪些科学道理？涉及哪些化学反应方程式？
提示：雷雨闪电时可把空气中的氮气转化为氮的化合物（固氮反应），落到地面上形成
氮肥，有利于作物的生长。

其主要化学变化有：N2→NO→NO2→HNO3→硝酸盐。

八、光化学烟雾：
1、汽车尾气排放的氮氧化合物、碳氢化合物是造成光化学烟雾的主要原因。

如NO2在紫外线照射
下，会发生一系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾——光化学烟雾，刺激人体的呼吸器官，使人生病甚至死亡。

2、当前城市空气质量恶劣的重要原因是汽车尾气的超标排放，你能否应用氮元素单质和化合物之
间的转化关系，设计除去汽车尾气中的CO和氮氧化物（如NO、NO2等）的理论构想？其中包括：确定无害化过程及其产物和选择无害化试剂及反应条件等。

[思考]
①将有害物质转化为什么物质即可完成无害化过程？
②应依据什么化学原理完成无害化过程？
③完成无害化过程中，无害化试剂的选择原则是什么？
④对无害化过程反应条件的确定原则是什么？
⑤写出无害化过程的化学方程式。

思考后回答：性质方面的原因是：氧气的氧化性强于氮气；结构方面的原因是：氮分子中氮原子间具有三条共价键。

①无害化过程应为： CO→CO2； NO→N2； NO2→N2。

②分析：对①应加入氧化剂；对②、③应加入还原剂。

③讨论：选择氧化剂和还原剂的原则：
尾气中的其他成分；无毒无害、成本适度的其他物质。

④对反应条件进行选择：反应条件最好应为常温、常压。

对常温、常压不能进行的反应，应适当地选择催化剂，使其在常温、常压下进行。

⑤经反复探讨确定下列理论构想：
①2CO+2NO 2CO2 +N2；（选NO是因为：它是初级有害物质）
②6NO+4NH36H2O +5N2；③6NO2 +8NH312H2O +7N2。

选择NH3是根据负3价氮被氧化,氮氧化物被还原,均生成氮气的反应原理和无毒害原则。

九、NO X+O2+H2O计算的技巧
氮的氧化物和O2的混和气体溶于水的计算有两种重要技巧，其一是循环反应叠加法，其二是电子得失守恒法。

下面实例谈谈两种方法的具体应用。

1、关系式法：
①对于NO2、NO分别与O2混合与水反应的计算，首先写出以下方程式：
3NO2+H2O====2HNO3+NO 2NO+O2====2NO2
将以上两式叠加得以下计算关系式：
4NO2+O2+2H2O====4HNO3 4NO+3O2+2H2O====4HNO3
计算时要注意过量判断及剩余气体的成分。

②NO、NO2、O2混合溶于水
将以上两式再叠加可得：NO2+NO+O2+H2O====2HNO3
若n（N）∶n（O）=2∶5，则混合气体刚好溶于水；n（N）∶n（O）>2∶5，NO过剩；若n（N）∶n（O）<2∶5，O2过剩。

③当NO、NO2的混合气体缓慢通入过量的NaOH溶液中，发生如下反应：3NO2+H2O====2HNO3+NO，
NO2+NO+2NaOH====2NaNO2+H2O，将以上两个反应合并得：2NO2+2NaOH====NaNO3+NaNO2+H2O
当V（NO）>V（NO2）时，反应后余NO，体积为V（NO）－V（NO2）。

当V（NO2）≥V（NO）时，最后无气体剩余。

2、电子守恒法：
当NO2或NO转化为HNO3时要失去电子，若上述两种气体与O2混合，O2得电子，且得失电子数必然相等，这是电子守恒法解答此类题目的依据。

3、实例
①、NO2溶于水的有关计算
一个容积为18mL装满NO2气体的试管，倒立于装满水的水槽中，经过一段时间后，反应已进行完全，液面上升一段距离，问：试管中剩余哪种气体？体积为多少？（6mLNO）
②．NO和NO2混合气体溶于水的计算
将10mLNO和NO2混合气体缓慢通入倒立于水槽中的盛满水的试管中，充分反应后，有5mL剩余气体，求原混合气体NO和NO2的体积比。

（1：3）
③．NO2和O2混合气体溶于水的有关计算
将20mL NO2和O2的混合气体通入水中剩余5mL气体，则原混合气体中NO2和O2各为多少毫升？
（剩5mL O2 NO2 12 mL O2 8 mL 剩5mL NO NO2 19 mL O2 1 mL）
④．NO和O2混合气体溶于水的有关计算
将盛有20mLNO气体的试管倒置于盛有水的水槽中，向试管中缓慢通入一定量的氧气后，试管中还有6mL剩余气体，求向试管中通入的氧气是多少毫升？
（剩6 mLNO 10.5mL 剩6mL O2 21mL ）
⑤．NO、NO2和O2混合气体溶于水的有关计算
将盛有24mLNO、NO2的混合气体通入倒立于水槽中盛满水的量筒内，然后再向其中通入12mL O2，充分反应后，量筒中剩余气体3mL，求在相同情况下，原混合气体中NO和NO2的体积各是多少毫升？
（剩3mLO2 NO 6mL NO2 18mL 剩3mLNO NO 16.5mL NO2 7.5mL ）
⑥．与其它知识综合
在相同条件下，将CO2和O2组成的混合气体18mL，先通过足量的Na2O2使其充分反应后，再将余下的气体慢慢通入一倒立在水中充入了20mLNO的试管中，一边通气，一边振荡，使其充分反应。

试管内尚余气体2mL，计算混合气体中CO2和O2的体积各是多少？
（剩2mLO2 CO2 2mL O2 16mL 剩2mLNO VCO2=VO2=9mL ）。