无机化学课件氮族元素

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色不亚溶硝) 酸盐绝大部分无色,易溶于水,(AgNO2浅黄
金属活泼性差,对应亚硝酸盐稳定性差。
HNO3:
(1)、 制备—— 硝酸HNO3极不稳定,仅存在于冷 而稀的溶液中。
(2)、 结构—— sp2杂化,有个大π34键。
(3)、 性质: A.不稳定——硝酸HNO3溶液中带有黄色或红棕色 是由于见光或受热分解生成的NO2溶解而造成的。
如N2-CO-CNˉ-NO+; CH4-NH3; H2SO4-H3PO4等
2. 氮的主要化合物:
NH3
(i)制备 —— 实验室用铵盐与强碱共热;工业上用 N2+H2合成得到。
(ii)结构 —— 三角锥形,sp3不等性杂化形成三个σ键、 一对孤对电子。
(iii) 性质
氨气的物理性质:
无色、有剌激性气味的气体 比空气轻 极易溶于水(极性+氢键) 易液化(分子间作用力大)
加热 ;工业上用液化空气分馏得到。
自然界里氮主要以游离态存在于大气中,
其体积分数为78%,质量分数为_7_5_%___
(ii)氮气的物理性质、化学性质
无色气体,比空气稍轻,难溶于水,难液化
π
Nσ N
π
键能比较
NN 946KJ/mol
OO 493KJ/mol
Cl Cl 247KJ/mol
由于N≡N键键能大 ,键很牢固,分子结构稳定,
HNO2、NO2-:
(i) NO + NO2在冷水中可生成亚硝酸,HNO2极不 稳定,仅存在于冷而稀的溶液中。
(ii) NO2ˉ则比较稳定,但却是致癌物质,通常在 腐烂的菜叶中含有。
亚硝酸盐遇到仲胺可形成 亚硝酰,可引起消化系统癌症
(iii) HNO2、NO2ˉ的结构如下(V形,sp2杂化,有
个大π33、π34键)。在酸性条件下是常用的氧化剂:
N:sp2杂化 HNO2的结构
亚硝酸及其盐既具有氧化性 又具有还原性,以氧化性为主。
2HNO2 + 2I- + 2H + → 2NO + I2+ 2H2O
5NO2- + 2MnO4-+ 6H + → 5NO3- + 2Mn2+ + 3H2O NO2- + Cl2 + H2O → 2H + + 2Cl- + NO3-
性质稳定,所以常温下不与任何元素化合,可作保护
气。但在高温下,N2是活泼的非金属:
1、氮气与氢气反应
Haber F. 获1916年诺贝尔奖
高温、高压
N2 + 3H2
2 NH3 催化剂
2、氮气与氧气反应 N 2 O2 放电 2NO
2NO + O2 == 2NO2
无色
红棕色
3NO2 +H2O == 2HNO3 +NO
氮气及其化合物之间的转化关系:
Mg3N2
NH3
NH3·H2O
铵盐
空气 N2 NO
NO2 HNO3
硝酸盐
三. 磷单质及其主要化合物: 1. 磷单质 —— 有三种同素异形体:白磷、红磷和
黑磷,结构与性质各不相同,它们的结构分别为
白磷的分子结构:
P4 (正四面体,键角为60°)
60°
109°28′
红、黑磷的分子结构分别为:
第十四章 p区元素(二)
一. 氮族元素 二. 氧族元素
§13.1 氮族元素-----P516-547
氮族元素包括:
氮N、 磷P、 砷As、 锑Sb、 铋Bi
氮族元素的价层电子构型: 本节要求:
ns2np3
1. 熟悉氮族元素的性质规律 2. 熟悉N、P单质及主要化合物(NH3与铵盐、硝酸与 硝酸盐、磷酸和磷酸盐 )的结构特点和性质 3. 熟悉等电子体、奇数电子分子及其规律。
加热到416℃ ( 升华后冷却 )
白磷 —— 非极性分子,化学性质很活泼(如在空 气中能自燃),所以保存在水中,这与它比较大的张力 (键角为60°C)有关。
两种磷在物理性质上有很大的差异,但在化学 性质基本相同。
点燃
(1)与氧的反应:P + 5O2 → 2P2O5 (冒白烟)
(2)与氯气的反应:
点燃
(ii) 性质:
A. 一般都是离子化合物,易溶于水; B. 常温下,水溶液或固体都比较稳定;但加热也 容易分解,而且分解产物各异但有规律;K-Ca-Na、 Mg-Al-Zn-Fe-Sn-Pb-Cu、Hg-Ag-Pt-Au:
C. 在常温下,固体硝酸盐和水溶液 无氧化性; 但加热或酸性条件时表现出氧化性。
白磷(水) 红磷
N
P
As
Sb
Bi
一. 氮族元素的概述:
1、氮主要以单质形态存在空气中。除土壤中含有一些铵 盐、硝酸盐外,氮以无机化合物形式存在于自然界是很少的。 氮普遍存在于有机体中,它是组成动植物蛋白质的重要元素。
2、磷在自然界中总是以磷酸盐的形式出现的,例: Ca3(PO4)2——磷酸钙,Ca5F(PO4)3——磷灰石。磷是生物体 不可缺少的元素之一。在植物体中磷主要含于种子的蛋白质中, 在动物体中,则含于脑、血液和神经组织的蛋白质中,骨骼中 也含有磷。磷有多种同素异形体,最常见的是白磷和红磷。
盐溶液显酸性(水解) 与碱溶液的反应:
NH4+ + OH- == NH3 + H2O
(iii) NH4+ 的鉴别: A. 若NH4+量多,可用加强碱加热,用湿润的蓝 色石蕊试纸(变兰)检验气体;
B. 若NH4+量少,加Nessler试剂(K2[HgI4]的KOH 溶液)检验(通常为红棕色)
ห้องสมุดไป่ตู้
NH4+ + [HgI4]2- + OH-
Hg
[O
NH2]I
Hg
联氨(肼)、羟胺
OH-
NH2OH 无色固体
-NH2
N2H4 无色液体
奇数电子分子与NO、NO2:
(i)奇数电子分子—— 分子中各原子的价电子总数 为奇数的分子,即含有未成对电子,是顺磁性分子。
NO: (σ2s)2 (σ*2s)2 (σ2px)2 (π2py)2 (π2pz)2 (π*2py)1 顺磁性
(iii) 王水的氧化性:浓HNO3:浓HCl为3:1 叫做 王水,它的氧化性比硝酸更强,可溶解金、铂等不活 泼金属(实际上是多种氧化剂+配位剂Clˉ在起作用)
D.硝化反应—— 与有机化合物发生反应,生成 硝基化合物(RNO2).
硝酸盐NO3ˉ: (i) 结构: 正三角形,sp2杂化,有个大π36键
(ii) 固体铵盐受热易分解——不稳定性
分解产物与组成铵盐的酸的性质有关:
1、分为挥发性酸HCl(NH3+HCl) 2、不易挥发性酸H2SO4、H3PO4(氨+酸或酸式盐) 3、氧化性酸HNO3(氮气或一氧化二氮)
NH4Cl == NH3 + HCl
NH4HCO3 == NH3 + H2O + CO2 NH4NO3 △ N2O + 2H2O 或4NH4NO3 △ 3N2 + NO2 + 8H2O
(iii)氮气的用途:
(1)合成氨、制硝酸、制氮肥、炸药
(2)做保护气:焊接金属、填充灯泡、保存食品
(3)医学上,液氮做冷冻剂、在冷冻麻醉下做手术 (4)高科技领域:用液氮制造低温环境, 有些超 导材料获得超导性能。
等电子体:
—— 具有相同电子数的分子或离子 等电子体一般具有相似的结构和性质,因为它们 的分子量和分子间的作用力相近。
在新疆与青海交界处有一山谷,人称“魔鬼谷”。经 常电闪雷鸣,狂风暴雨,把人畜击毙。然而谷内却是牧草 茂盛,四季常青。这是为什么?
硝酸随雨水淋撒到土壤中,并与土壤中的矿物质
作用生成能被植物吸收的硝酸盐——雷雨发庄稼
3、氮气与镁反应
点燃
3Mg N 2
Mg3 N 2
(只能在干态存在)
Mg3N2是离子化合物
奇数电子分子一般具有性质:有颜色、不稳定而易聚合
(ii) NO、NO2都是奇数电子分子,NO在液态和固 态时,易聚合为双聚分子;而NO2在冷却时,有红棕色 逐步变为无色,因为它聚合为无色的N2O4。
NO可作配体(与Fe2+配位,生成棕色环配合物)
(iii) NO2在酸性条件下是强氧化剂,能氧化SO2, 能使湿润的KI淀粉试纸变蓝。而在碱性条件下易歧化。
3、砷、锑、铋在地壳中的含量不大,它们可以以游离态 存在自然界中,但主要以硫化物矿存在。例如:雄黄(As4S4) 雌黄(As2S3)辉锑矿(Sb2S3)辉铋矿(Bi2S3)。
雄黄(石黄、鸡冠石、黄金石)
元素名称 元素符号 电子层结构 周期表位置 原子半径 主要化合价
(非)金属性
气态氢化物 稳定性
C. 氧化还原反应:NH3的N为-3价,可被强氧化剂 (如O2)氧化。
溶于水、与水的反应 喷泉实验
NH3+H2O (大部分) NH3·H2O (小部分) NH4++OH-
与酸的反应 NH3+HCl
NH4Cl (白烟)
与氧化剂反应
4NH3+5O2
催化剂 4NO+6H2O
(氨氧化法制硝酸)
2NH3+3Cl2
最高价氧物 对应水化物
酸性





N
P
As
Sb
Bi
ns2np3
VA族,第二周期-----第六周期
+1—+5 -3
逐渐增大
+3、+5 -3
+3、-3 +5
+3、+5
+3、+5
递变性:非金属性逐渐减弱,金属性逐渐增强
NH3
PH3 AsH3
SbH3 BiH3
逐渐减弱
HNO3
H3PO4 H3AsO4
逐渐减弱
1. 由非金属(N、P、As)向金属(Sb、Bi )过渡
2. 氧化值一般为+3、+5,且从上到下+5价化合 物稳定性降低,而+3价化合物的稳定性增强(惰性电子
对效应) 。 3. 形成的化合物主要是共价化合物。
二. 氮单质及其主要化合物:
1. N2、等电子体
(i)制备 —— 实验室用NH4NO2(或NaNO2+NH4Cl)
白磷、红磷的物理性质
白磷
红磷
色、态
白色蜡状
红棕色粉末
溶解性 毒性
着火点
不溶于水,溶于CS2 剧毒
40℃ , 易自燃
不溶于水和CS2 无毒 240℃
保存 用途 分子结构
相互转化
密封,保存于冷水中
密封,防止吸湿
制高纯度磷酸
制安全火柴、火药
P4 正四面体 键角60°
结构复杂
白磷
隔绝空气加热到260℃ 红磷
2P + 3Cl2 (不足) = 2PCl3 (液体)
汽车尾气的主要有害成份为氮的氧化物
洛杉矶光化学烟雾事件
洛杉矶位于美国西南海岸,西面临海,三面环山,是 个阳光明媚,气候温暖,风景宜人的地方。
然而好景不长,从40年代初开始,每年从夏季至早秋, 只要是晴朗的日子,城市上空就会出现一种弥漫天空的浅 蓝色烟雾,使整座城市上空变得浑浊不清。这种烟雾使人 眼睛发红,咽喉疼痛,呼吸憋闷、头昏、头痛。1943年以 后,烟雾更加肆虐,以致远离城市100千米以外的海拔2000 米高山上的大片松林也因此枯死,柑橘减产。仅1950- 1951年,美国因大气污染造成的损失就达15亿美元。1955 年,因呼吸系统衰竭死亡的65岁以上的老人达400多人; 1970年,约有75%以上的市民患上了红眼病。这就是最早 出现的新型大气污染事件——光化学烟雾污染事件。
B.强酸性: 三大强酸之一,具有酸的通性。
C.强氧化性——
(i)与非金属单质反应通常生成最高氧化态的含 氧酸或酸酐;
非金属单质 + HNO3 → 相应的高价酸 + NO
(ii)与金属反应产物比较复杂,主要跟硝酸的 浓度、金属的活泼性有关:一般浓硝酸还原为NO2, 而稀硝酸为NO;浓度稀的硝酸与活泼金属反应可 生成N2O、NH4+。
N2+6HCl (NH3不足)
2NH3+3CuO
3Cu+N2+3H2O
氨气用途 制纤维、塑料、染料
氨 制铵盐、
制纯碱
制尿素
制硝酸
制医用稀氨水、 用做致冷剂
氮的固定
豆 科 植 物 的 根 瘤 菌
氮 、 氧 直 接 化 合
将空气中游离的氮转变为化合态氮的 方法,统称氮的固定
铵盐NH4+ :
(i) 与碱金属的钾盐性质相似(K+、NH4+半径相近) —— 如溶解性
氨气的化学性质:
可发生三类反应:
A. 加合反应:NH3作为一种典型的Lewis碱,可与许多 金属离子(如Ag+、Cu2+、Co3+、Ni2+)形成配合物;与某些盐 晶体加合(如8NH3+CaCl2 → CaCl2·8NH3 )
B. 取代反应:NH3中的氢可被活泼的金属取代生成氨 基化合物(-NH2)和氢气。
4NO2 + H2S →4NO + SO3 + H2O 10NO2+2MnO4-+2H2O → 2Mn2++10NO3-+4H+
2NO+3I2+4H2O → 2NO3-+ 8H++6I-
2NO2 + 2NaOH
NaNO2 + NaNO3 +H2O
光化学烟雾 氮氧化物(NOx)主要是指NO和NO2。NO和NO2都是对人体 有害的气体。氮氧化物和碳氢化合物在大气环境中受强烈的太 阳紫外线照射后产生一种新的二次污染物——光化学烟雾,在 这种复杂的光化学反应过程中,主要生成光化学氧化剂(主要 是O3)及其他多种复杂的化合物,统称光化学烟雾。
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