无机化学-氮族元素
无机化学第20讲 氮族元素
Ag 2NH3
Ag(NH )
3 2
Zn 4NH3
Co3 6NH3
2
BF3 NH3
Zn(NH ) Co(NH ) F3 BNH3
2 3 4 3 3 6
取代性：NH3中H原子可被其他原子或原子团取代 （氨解反应），如
4NH3 COCl 2 HgCl 2 2NH3 2Na 2NH3
17.3.2 氮的氧化物
N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等
一氧化氮NO：分子轨道式为
[kk( σ 2s ) (σ ) (σ 2p x ) (π 2p y ) (π 2p z ) (π
2 * 2s 2 2 2 2 * 2p y
) ]
1
NO 是单电子分子。一般含有单电子的分子是有颜 色的，而且不稳定，但 NO既是无色气体又较稳定， 因此，有人称之为“稳定的自由基”。
无机化学
17.2.3 砷、锑、铋
As
Sb
Bi
单质砷和锑各有灰、黄、黑三种同素异形体，而铋没有 结构呈正四面体的黄砷（As4）与黄锑（Sb4）不稳定，温度高 时分解为As2、Sb2 常温下灰砷和灰锑是稳定单质；常温常压下，单质砷、锑、铋 均为固体 砷是非金属，锑、铋是金属，但熔点较低且易挥发 一般金属熔化时导电性能降低，铋却相反，固体铋的导电性仅 为液体的48%左右。
氨的工业制备 N2 + 3H2
Fe 触煤 500℃ 300~700atm
2NH3
无机化学
铵盐
一般为无色晶体，绝大多数易 溶于水，易水解，受热易分解
H
N
H
H H
NH 的鉴定
石蕊试纸 (红→蓝)
4
无机化学课件氮族元素
(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
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）
NH4+ + [HgI4]2- + OH-
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
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。
无机化学教学15章氮族元素PPT课件
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应；而一氧化氮与氢气反应生成氨气，氮元素从+2价降低到-3价，发
生还原反应。
氮族元素的配位反应
01
02
03
配位键的形成
氮族元素可以与配位体形 成配位键，如氮元素与氢 离子形成配位键。
配位反应的规律
配位反应遵循电子配对原 则，即电子总数为偶数的 电子对。
配位反应的实例
硫酸铵与氢氧化钡反应生 成硫酸钡沉淀和氨气，其 中硫酸根离子中的硫与氢 离子形成配位键。
砷在历史上曾用于制造杀 虫剂、防腐剂和颜料等， 但现在已被禁止或限制使 用，因为其具有剧毒性和 致癌性。
无机化学教学15章氮族元 素ppt课件
02 氮族元素的物理性质
氮族元素的原子结构
氮族元素位于元素周期表第VA 族，包括氮（N）、磷（P）、
砷（As）、锑（Sb）和铋 （Bi）。
氮族元素的原子结构特点是价电 子数为5，最外层电子排布为 ns²np³。
总结
磷的含氧酸和含氧酸盐是无机化学中重要的化合物，它们在自然界 中广泛存在，并具有多种应用，如磷肥可用于农业生产。
砷的含氧酸和含氧酸盐
含氧酸
砷酸、亚砷酸、次砷酸等。
含氧酸盐
砷酸盐、亚砷酸盐、次砷酸盐等。
总结
砷的含氧酸和含氧酸盐在无机化学中具有一定的研究价值， 它们在自然界中广泛存在，并具有潜在的应用前景，如砷 化合物在药物和农药等领域的应用。
由于价电子数相同，氮族元素的 原子半径相近，具有相似的电子
结构和性质。
氮族元素的单质和化合物
氮族元素的单质包括氮气、磷 单质、砷单质等。
氮族元素的化合物种类繁多， 包括氧化物、氢化物、含氧酸 及其盐等。
无机化学-氮族元素-硫化物
磷化物 (phosphide)
n M + m P MnPm M4P ----- MP15
M:P > 1 富金属 M:P = 1 单磷
M:P < 1 富磷
AlP (ZnS) SnP (NaCl) VP (NiAs)
较富金属、单磷 化物熔点低，稳 定性差，多为半 导体
每个P周围有7-9个M
很惰性、硬、脆、难熔，高的电导与热导
4.7 氮化物、磷化物、砷化物、铋化物
氮在高温时能与许多金属或非金属反应而生成氮化物, 如：
3Mg+N2 ＝Mg3N2
2B+N2 ＝ 2BN NhomakorabeaIA、IIA族元素的氮化物的特征： • 离子型。
• 在高温时由金属与N2直接化合，也可用加热氨基化合物 的方法制备。
3Mg+N2 ＝Mg3N2
3Ba(NH2)2 = Ba3N2 +4NH3
单碱锑化物如LiSb，NaSb，KSb，RbSb等具有稳定光 电发射性能，其中以CsSb阴极的灵敏度最高，是最 有实用价值的光电发射材料，广泛应用于紫外和可 见光区的光电探测器中。 多碱锑化物中NaKSb具有耐高温的特性。
6
• 化学活性大，遇水即分解为氨与相应的碱。 Li3N+3H2O ＝ 3LiOH + NH3
1
IIIA、IVA族的氮化物的特征：
• 共价型。 • BN、AlN、Si3N4、Ge3N4是固态的聚合物，其中BN、 AlN为巨型分子具有金刚石型结构，熔点很高(2273— 3273K)，它们一般是绝缘体或半导体。
4
砷化物 (arsenide)
NiAs
GaAs
NiAs6 八面体 AsNi6 三棱柱
宋天佑版无机化学氮族元素
宋天佑版无机化学氮族元素无机化学是研究无机化合物的性质、合成、结构和反应的学科，其中氮族元素是无机化学中一个重要的元素族群。
氮族元素包括氮、磷、砷、锑、和铋，它们的特点是具有类似电子构型和化学性质。
首先，我们来讨论氮元素。
氮是地壳中的第七大元素，占地壳总质量的0.025%，在空气中的含量约为78%。
氮的电子构型为1s²2s²2p³，有5个外层电子。
氮是一种非金属元素，没有明显的金属光泽。
氮分子是由两个氮原子通过共用电子对形成的双原子分子，其化学式为N₂。
在常温常压下，氮气是一种无色、无味、无臭的气体。
氮元素具有较高的电负性，因此它喜欢与其他元素形成共价键。
它与氢原子结合形成氨气（NH₃），与氧原子结合形成氧化氮（N₂O、NO、NO₂等），与卤素原子结合形成卤化氮（NF₃、NOCl、NCl₃等）等。
此外，氮还可以形成与氧原子和氢原子交替排列的环状结构，如硝酸盐（NO₃⁻）和亚硝酸盐（NO₂⁻），这些化合物在环境中起到重要的生物和化学过程。
相比之下，磷（P）是地壳中的第14大元素，其电子构型为1s²2s²2p⁶3s²3p³。
磷是一种多态元素，常见的有白磷（P₄）、红磷和黑磷。
白磷是一种有毒的、具有刺激性气味的固体。
磷还形成一系列的氧化物和氧酸盐，如氧化磷（P₂O₅）、磷酸盐（H₃PO₄）等。
磷还可以形成有机磷化合物，如磷酸二酯和磷酰氯等，它们在生物和化学中发挥着重要的作用。
砷（As）、锑（Sb）和铋（Bi）是氮族元素中的其他元素。
砷是地壳中的第20大元素，电子构型为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³。
砷是一种具有多种化合价的元素，它的主要氧化态有-3、+3和+5、锑是地壳中的第51大元素，电子构型为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p³。
无机化学[第十四章氮族元素]课程预习
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第十四章氮族元素知识点归纳一、氮的单质单质氮在常况下是一种无色无味的气体，在标准状况下密度为1．25g／dm3。
工业上生产氮一般是由分馏液态空气在15．2MPa压力下装入钢瓶备用,或做成液氮存在于液瓶中,实验室中制备少量氮气。
N2分子是已知的双原子分子中最稳定的.在高温高压并有催化剂存在的条件下，氮气可以和氢气反应生成氨：二、氦的成键特征N原子价最子层结构为2s2p3,即有3个成单电子和一个孤电子对，在形成化合物时，其成键特征如下:（1）形成离子键N原子有较高的电负性，它同电负性较低的金属形成一些二元氮化物即能够获得部分负电荷而形成N3-离子。
（2）形成共价键N电子同电负性较高的非金属形成化合物时它总是以不同的共价键同其他原子相结合，这些共价键一般有以下几种:三、氮的氢化物1．氨（1）氨的制备氨是氮的最重要化合物之一，在工业上氨的制备是用氮气和氢气在高温高压和催化剂存在下合成的：（2）氨分子的结构在NH3中，氨采取不等性sp3杂化，有一对孤电子对，分子呈三角锥形结构，键角为107。
18’。
这种结构使得NH3分子有较强的极性。
(3)氨的物理性质和化学性质NH3具有相对高的凝固点、溶解热、蒸发热、溶解度和介电常数，氨极易溶于水。
在水中的溶解度比任何气体都大，237K时1 dm3的水能溶解1200dm3的氨。
氨的主要化学性质有:①还原性KH3和NH4+离子中N的氧化价为+3，因此它们在一定条件下只能有失去电子的倾向而显还原性。
常温下，氨在水溶液中能被Cl2，H2O2，KMnO4等氧化。
例如：③加合反应氨中氮原子上的孤电子对能与其他离子或分子形成配位键,结果形成了各种形式的氨合物，氨能与许多金属离子形成氨配合物如［Ag(NH3)2］+。
④弱碱性氨极易溶于水,它在水中主要是形成水合分子，同时在水中只有一部分水合氨分子发生电离作用。
NH3·H2O的K b=1．8×10—5，可与酸发生中和反应.(4）铵盐氨和酸作用可得到相应的铵盐,铵盐一般是无色晶体，易溶于水，而且是强电解质。
无机化学氮族、碳族和硼族元素
氮族元素的单质
氮的单质主要包括氮气（N2） 和氮的化合物，如氮化物、叠氮
化物等。
磷的单质有红磷、白磷和黑磷等 不同同素异形体，磷的化学性质 活泼，易与多种元素形成化合物。
砷的单质有灰砷、黑砷和白砷等， 砷的化学性质相对稳定，但能与
碳族元素的应用
碳族元素在工业上的应用
碳族元素在钢铁、有色金属、玻璃和陶瓷等传统产业中发挥着重要作用，如用于制造合金 钢、耐火材料和光学玻璃等。
碳族元素在新能源领域的应用
碳族元素在太阳能电池、燃料电池和锂离子电池等新能源技术中具有重要应用，如石墨烯 材料在锂离子电池负极材料中的应用。
碳族元素在医学上的应用
某些碳族元素化合物具有抗癌、抗炎和抗菌等生物活性，可用于药物研发和临床治疗。
硼族元素的应用
1 2 3
硼族元素在工业上的应用
硼族元素在冶金、陶瓷和玻璃等领域有广泛应用， 如用于制造特种钢、高温陶瓷和光学玻璃等。
硼族元素在新材料领域的应用
硼族元素在新型功能材料、复合材料和纳米材料 等领域具有重要应用，如碳化硼陶瓷在防弹装甲 和核能领域的应用。
这些元素在自然界中主要以氧 化物或卤化物的形式存在，具 有亲氧或亲卤的特性。
硼族元素在电子工业、航空航 天、军事等领域有广泛应用。
Байду номын сангаас
硼族元素的单质
硼单质
01
硼是一种非金属元素，具有高硬度和耐腐蚀性，广泛用于玻璃、
陶瓷、冶金等领域。
铝单质
02
铝是一种轻质、有延展性和导电性的金属，广泛应用于航空、
建筑、汽车等领域。
无机化学第17章氮族元素
无机化学第17章氮族元素第17章是关于氮族元素的无机化学知识。
氮族元素是元素周期表中第15族的元素，包括氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)和铋(Bi)。
这些元素在化学中具有许多重要的性质和应用。
在本章中，我们将讨论氮族元素的化学性质、反应、化合物以及它们在生物体系中的重要性。
首先，我们将介绍氮族元素的一些共同性质。
氮族元素的原子半径逐渐增加，而电负性逐渐降低。
氮族元素的价壳层电子配置为ns2np3，其中n代表价壳层的主量子数。
氮族元素通常形成3价阳离子（如NH4+），5价阴离子（如NO3-）和3价中性化合物（如NH3）。
从氮到铋，这种趋势是明显的。
此外，氮族元素的氧化态范围很广，从-3到+5都有。
这种多样性使得氮族元素在化学反应中能够发挥多种不同的角色。
氮族元素最重要的元素之一是氮。
氮气（N2）是地球大气中占据最大比例的气体成分之一、氮气在室温和常压下是稳定的，但它可以通过高温和高压的条件下与氢气反应，形成氨气（NH3）。
氨气是一种重要的化学物质，在肥料、农药和化肥生产中应用广泛。
此外，氨气也是合成其他化学品（如硝酸和尿素）的重要原料。
尤其是，氨气还可以和各种酸反应，形成盐。
这些氨盐可以通过酸碱反应来制备氨化合物，例如铵盐（如氨铵硝酸盐）和亚硝酸（如亚硝基氨）。
亚硝酸是氮族元素的另外一个重要化合物，在食品加工和防腐剂中有广泛应用。
另一个重要的氮族元素是磷。
磷在生物体中起着重要的作用，例如在DNA和RNA的结构中起着关键的作用。
磷也是肥料和家庭清洁剂中的重要成分。
磷的化合物也可以通过与氧气的反应制备。
磷酸盐（如三钠磷酸盐）是广泛存在于自然界中的一个重要矿物。
此外，砷是氮族元素中的另一个重要元素。
砷化氢（AsH3）是砷的重要化合物之一，它是一种无色、有毒的气体。
砷酸盐在过去被广泛应用，但由于砷的毒性，它们现在被禁止在许多国家使用。
锑和铋是氮族元素中较重的元素，它们在化学上与轻量级元素相似。
锑的最常见氧化态是+3，而铋的最常见氧化态是+3和+5、锑和铋的化合物在电子和光学领域有许多应用。
无机化学第十四章 氮族元素
第十四章氮族元素§本章摘要§1.氮和氮的化合物单质氮的氢化物氮的含氧化合物2.磷和磷的化合物单质磷的氢化物磷的含氧化合物磷的卤化物和硫化物3.砷、锑、铋单质砷锑铋的氢化物砷、锑、铋的氧化物及其水§1. 氮和氮的化合物一.单质1 氮气的化学性质常温下N2很稳定，表现出惰性，高温下活泼些。
1°和非金属的反应N 2 + 3H2－－2NH3催化剂，一定T.P下反应，高中讨论过。
2°和金属单质的反应高温下和Mg、Ca、Sr、Ba反应3Ca + N2---Ca3N2（ Ca:410℃,Sr:380℃ ,Ba:260 ℃)和Li反应250℃就很快了6Li + N2 --- 2Li3N二氮的氢化物1、氨(NH3)1°NH3的分子结构2 °液氨的性质(和H2O相比较)：-33.4℃液化，可作非水溶剂。
它是路易斯碱。
故液氨和H2O一样，很难电离和Na反应，H2O 和Na反应迅速，NH3和Na反应极慢，放置时反应如下：H 2逸出后，蒸干得白色固体NaNH2，即氨基钠。
NH3（l）能溶解碱金属，稀溶液显蓝色氨合电子是金属液氨溶液显蓝色的原因，也是金属液氨溶液显强的还原性和导电性的依据。
它的导电性超过任何电解质溶液，类似金属。
3°氨的化学性质A)络合反应氨分子中有一个孤电子对，所以可与许多金属离子配位形成络离子。
B: 杂化，与3个F形成三个键，B中还有一个空的2P轨道，NH3的孤电子对填到B的2P空轨道中。
2、联氨 N2H41°结构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。
2°联氨的性质纯的联氨是无色液体, m.p.1.4 ℃, b.p.113.5 ℃。
A)显碱性其碱性的机理与NH3一样是二元弱碱，比NH3略弱。
B)氧化还原性N2H4N显－2价，既有氧化性又有还原性不论在酸中、碱中，联氨作氧化剂，反应都非常慢，故只是一个好的还原剂。
无机化学-氮族元素
对比: 稀酸介质中, NO3-无此反应(不氧化I-), 说明 氧化性NO3- ＜ NO2-.
NO2- + Fe2+ + 2H+ = NO + Fe3+ + H2O HNO2还原性： 5NO2- + 2KMnO4 + 6H+ = 5NO3- + 2Mn2+ + 3H2O
•亚硝酸盐
制备：碱吸收法
NO2 NO NaOH 2NaNO2 H2O
挥发性非氧化性酸铵盐
NH4 Cl NH3 (g) HCl(g) (NH4 ) 2 CO 3 2 NH3 (g) CO 2 (g) H 2 O(g) NH4 HCO3 NH3 (g) CO 2 (g) H 2 O(g) 非挥发性，非氧化性酸铵盐
性质：① 绝大部分无色, 易溶于水, (AgNO2浅黄色不溶) 极毒是致癌物
② 氧化还原性 主
2 NO2 2 I - 4 H 2 NO I 2 2 H 2O NO2 Fe2 2 H NO Fe3 H 2O
5NO2 2MnO4 6H 5NO3 2Mn 2 3H2O
2NH4 Cl Ca(OH)2 CaCl 2 2H2 O 2NH3 (g)
工业：N50~500C 30MPaFe
目前研究: 等离子技术合成氨
N2+ 解离、吸附 2N(a) 表面反应 NH3 解离、吸附 + H2 等离子体 H2 2H(a) N2 微波
(NH4 ) 3 PO4 3NH3 (g) H 3 PO4 (NH4 ) 2 SO 4 NH3 (g) NH 4 HSO 4
氧化性酸铵盐
无机化学反应式-氮族元素
Hg(NH2)Cl↓(氨基氯化汞)+ NH4Cl(氨基氯化 2NH3 + HgCl2 汞)
4NH3 + COCl 4NH3 + SOCl2 4NH3 + SO2Cl2
CO(NH2)2 + 2NH4Cl SO(NH2)2(硫酰胺)+ 2NH4Cl SO2(NH2)2(硫酸二胺)+ 2NH4Cl (CH2)6N4 + 6H2O
3Ba(H2PO2)2 + 2PH3↑ 6H3PO4 + 5HCl 3H2PO4 + 5NO↑(磷酸的制法之一) 4H3PO4 + 6SO3 4H3PO4 + 6N2O5
P2O4
P2O4 + 3H2O P(OH)3 + H3PO4
H3PO2(次磷酸 次磷酸) 次磷酸
4H3PO2 H3PO2 + Zn + 2H2SO4(稀) 2H3PO4 + 2PH3 2ZnSO4 + PH3↑+ 2H2O
AsH3(胂) 胂
4AsH3 AsH3 + 4X2 + 4H2O 2AsH3 + 3O2 AsH3 + 2O2 AsH3 + 3KOH 2K3As + 6H2O 2AsH3 + 6KOH(热,干燥) As4 + 6H2↑ H3AsO4 + 8HX(X2 表示 Cl2、Br2、I2) As2O3 + 3H2O H3AsO4(最终氧化物) K3As↓(固体) + 3H2O As2H2↓(固体) + 6KOH + 2H2↑ 2K3AsO3 + 6H2↑ 5H3AsO4 + 4Br2 + 4H2O(HIO3 也有类 5AsH3 + 8HBrO3 似的反应)
14 无机化学 第十四章 氮族元素
ns2 np3
1、最高氧化态为+5价。
其中，Bi(V)不稳定，是强氧化剂
2、基态原子都有半充满的p轨道，与同周期 前后的元素相比，有较大的电离能数据。
除氮外，其它元素的电负性都不太大。因此，本
族元素易和电负性较大的元素形成共价型的化合
物。如: NF3、PCl5、AsF5、SbF5 。
3、最低氧化态为-3价。
：
H
下列化合物热稳定性最高的是（
(A)NaN3 (B)AgN3 (C) Pb(N3)2
）。
(D)Ba(N3)2
用何种原理 来解释？
制备
NaN3+H2SO4===HN3+NaHSO4 N2H4+HNO2===2H2O+HN3
比较HN3、N2H4、 NH2OH的酸碱 性、还原性、 稳定性的大小？
根据HN3有弱酸性，可用强酸和对应的盐制备：
从而降低了弱酸与强酸之间 强度差异,称NH3为强、弱酸 的拉平溶剂。
Na+ +xNH3
e- + yNH3
e(NH3)y-
碱金属可以溶解在液氨中， 并呈现特征颜色
化 （1）还原性： 学 4NH3 + 3O2 (纯氧) === 2N2+6H2O 4NH3 + 5O2 === 4NO + 6H2O 性 2NH3 + 3CuO === 3Cu + N2 + 3H2O 质
由于NH4+与K+（或Rb+）的电荷相等，半径相近，因 此同类型的K+盐（或Rb+盐）与NH4+盐性质相似。
例如： KCl 、 NH4Cl 、 K2SO4 、 (NH4)2SO4 应该具有差不多 的晶格能。
无机化学-氮族元素-单质
Bi2S3 Bismuthinite
(辉铋矿)
Bi2O3
12
4.1.3 单质的反应性
P4 ＋ 6H2 = 4PH3 2P ＋ 3X2 = 2PX3 （PX3 ＋ X2 = PX5）
P4 + 10 I2 + 16 H2O = 4 H3PO4 + 20 HI
P4＋3NaOH＋3H2O = PH3 ＋ 3NaH2PO2
第五章、氮族元素
1
主要内容
➢ 单质 ➢ 氢化物 ➢ 氧化物 ➢ 硫化物 ➢ 卤化物 ➢ 氮族重元素的三价与五价
➢ 氮化物、磷化物、砷化物、铋化物
2
ⅤA
N P As Sb Bi ns2np3
氮族元素概述
氮半径小，易形成双键、叁键
N P As Sb Bi
氧化值 +5 +5 +5 +5 (+5)
| +3 +3 +3 +3
9
4.1.2 单质的制备
N2的制备
蒸馏
膜分离
10
单质P的制备
Fluoroapatite 氟磷灰石 1,200–1,500 oC
4 Ca5(PO4)3F + 18 SiO2 + 30 C → 3 P4 + 30 CO + 18 CaSiO3 + 2 CaF2
2 Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 + 10 C 1,500 oC → 6CaSiO3 + 10 CO + P4
g(oNladA.”uCl4)
changes
within
minutes
to
the
deep
无机化学 第四章 氮族元素
Pt 4NH3 5O2 (空气) 4 NO 6H2 O
氯和溴也能将NH3氧化成单质：
高温下氨的还原性增强，可发生下列反应： 氨气还原CuO 被HNO2氧化
(2) 铵盐(Ammonium) ： A: 铵盐一般为无色晶体，绝大多数易溶于水， 属强电解质 r: NH4+～K+～Rb+ pm: 143 133 147
固氮酶MoFe7S8 蛋白结构示意图
ATP 脱磷酸化生成ADP与N2 还原为NH4+两种过程的偶联
化学固氮：
通过过渡金属的分子氮配合物活化 N≡N 键： ● 1965年 [Ru(NH3)5(H2O)]2+(aq) + N2(g) → [Ru(NH3)5(N2)]2+(aq) + H2O(l) ● 1995年 2 Mo(NRAr)3 + N2 常压, < 室温 [(ArRN)3Mo—N=N—Mo(NRAr)3] 2 (ArRN)3Mo≡N ● 1998年 常压 W(PMe2Ph)4(N2)2 + [RuCl(2-H2)(dppp)]X NH3 (产率达55%)
(5) 叠氮酸 (Hydrazoic Acid)
a、结构
N3- 结构，与CO2等电子体 CO2中 C为sp杂化 ：O
C
O：
2个Π
4 3
HN3结构
b、氢叠氮酸的性质：
N3- 拟卤离子，反应类似于卤素离子
①弱酸性。一元弱酸，HN3的水溶液与碱
或活泼金属作用生成叠氮化物。 ②氧化还原性。N的氧化数为-1/3，处在中 间氧化态。 ③HN3在水溶液中会发生歧化而分解。 ④不稳定易分解。受到撞击发生爆炸。
无机化学：氮族元素-3
3.羟氨
NH2OH(aq) + H2O ＝ NH3OH+ + OH－ KӨ = 1.9 10-33
酸性溶液
NH3OH+ + 2 H+ + 2 e－ ＝ NH4+ + H2O N2 + 2 H2O + 2 H+ + 2 e－ ＝ 2 NH2OH
EӨ = 1.35V EӨ = -1.87V
碱性溶液
NH2OH + 2 H2O + 2 e－＝NH3·H2O + 2 OH－ EӨ = 0.42V N2 + 4 H2O + 2 e－ ＝ 2 NH2OH + 2 OH－ EӨ = -3.04V
2HN3===3N2+H2 rH=-593.6kJ/mol 因为HN3的挥发性高，可用稀H2SO4与NaN3作用制 备HN3：
NaN3+H2SO4===NaHSO4+HN3 HN3的水溶液为一元弱酸（Ka=1.9×10-5)
活泼金属如碱金属和钡等的叠化物，加热时不爆炸， 分解为氮和金属。
2NaN3(s)===2Na(l)+3N2(g) 加热LiN3则转变为氮化物。象Ag、Cu、Pb、Hg等 的叠氮化物加热就发生爆炸。
二、亚硝酸及其盐
将等物质的量的NO和NO2混合物溶解在冰水中或向亚硝酸 盐的冷溶液中加酸时，生成亚硝酸：
NO+NO2+H2O=冷=冻=2HNO2
NaNO2+H2SO4=冷=冻=HNO2+NaHSO4 亚硝酸，淡灰蓝色、很不稳定，仅存在于冷的稀溶 液中，微热甚至冷时便分解为NO、NO2和H2O。 亚硝酸是一种弱酸，但比醋酸略强，
大学化学《无机化学-氮族元素》课件
13.2 氮的氢化物 1.氨 (NH3)
.. （1）结构：
N
107.3o
N：sp3杂化，三角锥形
H
Hห้องสมุดไป่ตู้
H
（2） 制备:
实验室：
2NH 4Cl Ca(OH) 2 CaCl 2 2H 2O 2NH 3 (g)
工 业： N2 3H2 450~5 00C 30MPa Fe2NH3
（3）NH3的性质：
（4）用碱吸收
2NO 2 2NaOH NaNO 3 NaNO 2 H2O
13.5 氮的含氧酸及其盐 1.亚硝酸
结构：
N：sp2杂化后
π
制备：NaNO2 H2SO 4 冷 NaHSO 4 HNO2
NO NO2 H2O 冷冻2HNO2
性质：（1）不稳定
2HNO 2 H2O N2O3
（2）弱酸
(蓝色)
H2O NO NO 2
HNO2 H NO2 _
Ka 7.210_ 4
2HNO2 + 2I－ + 2H+ == 2NO + I2+ 2H2O 5NO2 － + 2MnO4－+ 6H+ == 5NO3－ + 2Mn2+ + 3H2O
NO2－+Cl2+H2O == 2H++ 2Cl－+NO3－
a 易溶于水，易形成一元弱碱
NH3 H2O
NH3 H2O
NH 4
_
OH
b 强还原性
4NH3 3O2 (纯) 2N2 6H2O 4NH3 5O2 (空气) Pt 4NO 6H2O
c 加合反应
H NH3 NH4 Ag NH3 [Ag(NH3 )2 ]
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四、氮的氢化物
1、氨
⑴制备
高温、高压
N2+3H2
催化剂
2NH3
2NH4 Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3↑+2H2O
(NH4)2SO4+CaO=CaSO4+2NH3↑+H2O
N
H
H
氮化物水解：
H
Mg同3族N2氢+化6H物2O中=N3HM3具g(有OH最)高2↓的+2溶N沸H点3↑ 、凝固点、熔解热、
铵盐在晶型、颜色、溶解度等方面都与相应 的钾盐、铷盐类似。有相同的沉淀试剂，均为 无⑴色易晶水状解化合强物酸，的易铵溶盐于水水解，显强酸电性解质。
NH4++H2O
NH3·H2O+H+
⑵ 热稳定性差 受热易分解
固态铵盐→NH3↑+ 酸（或酸式铵）
挥发酸
NH4Cl=NH3↑+ HCl↑
（H2CO3 ，HCl） NH4HCO3=NH3↑+CO2↑+H2O
[KK(2s )2 (*2s )2 (2py )2 (2pz )2 (2p )2 ]
3、性质 ⑴与非金属反应 ⑵ 与金属反应
高温、高压
N2+3H2
催化剂
2NH3
N2+O2 放电 2NO
ⅠA 6Li+N2=2Li3N(常温），余不直接作用。
ⅡA 3Ca+N2=Ca3N2 （加热）
B、Al 白热条件 2B+N2=2BN（大分子化合物）
4、制备 工业分馏液态空气：少量的O2可通过红热的铜丝或CrCl2除 去，痕量水用P2O5吸收。 实验室：NH4Cl（饱和）+NaNO2→NH4NO2+NaCl
NH4NO2→N2↑+2H2O (NH4)2Cr2O7=N2↑+Cr2O3+4H2O (火山爆发） 8NH3+3Br2(aq)=N2↑+6NH4Br * 2NH3+3CuO= N2↑+3H2O+3Cu（除N2中的NH3）
蒸发热.(?) 介电常数大，溶解度大。
2NH3(l)
NH4++NH2-xNH3(l)+Na
Na++е（NH3）x-
液氨能溶解碱金属、Ca、Sr、Ba等生成兰色溶液。将溶液蒸 干，就可得到原来的金属。氨合电子是金属液氨溶液显兰色的 原因，也是它具有强还原性和导电性的根据。
⑷化性
A 加合反应 : NH3·H2O ; NH3·H+ ; Ag(NH3)2+ ; * CaCL2·8NH3 ; Cu(NH3)42+
共价、离子半径
依次增大
第一电离能 (kJ·mol-1) 1402.3 1011.8 944 831.6 703.3
电负性
3.04 2.19 2.18 2.05 2.02
（非）金属性 非金属 准金属 金属
本族元素特点：
P→Bi +Ⅴ氧化态的氧化性依次增强，即稳定性减弱； +Ⅲ氧化态的还原性依次减弱，即稳定性增强。 H3PO4非常稳定；NaBiO3+Mn2+→Bi（Ⅲ） +MnO4H3PO3有较强的还原性， BiCI3稳定 As、Sb : +Ⅲ +Ⅴ
BCN Al Si P Ga Ge As In Sn Sb Tl Pb Bi
ns2np1~3
ns2(n-1)d10np1~3 6s24f145d106p1~3
ns和np的钻穿效应差异增大,6s电子被稳定.
1.惰性电子对效应 同族元素自上而下，低氧 化态物质比高氧化态物质稳定的现象。
2.电离能
元素(二） Li Be B C N O F
电负性较小的Sb、Bi能形成部分氧化数为 +3的离子化合物Sb2(SO4)3;Bi(NO3)3.但金属 性很弱，溶液中强烈水解，阳离子是SbO+， BiO+，无游离的Sb3+，Bi3+。
SbCl3+H2O→SbOCl↓+2HCI
§15-2 氮和它的化合物
一、氮的成键特征和价键结构 二、氮元素的氧化态-吉布斯自由能图 三、氮在自然界的分布和单质氮 四、氮的氢化物 五、氮的含氧化物 六、氮的卤化物
B 取代反应 :
NH2
NH
N
氨基
亚氨基
氮化物
NaNH2
Ag2NH
Li3N
2Na+2NH3=2NaNH2+H2↑（623K）
C 还原反应
4NH3+3O2（纯）=6H2O+2N2 空气中不燃烧
4NH3+5O2
Pt 800-1000℃
4NO+6H2O
2.铵盐
r(NH4+)=148pm ;r(Rb+)=148pm ;r(K+)=1 33pm
难挥发酸 (H2SO4，H3PO4)
（NH4）2SO4=NH3↑+NH4HSO4 (NH4)3PO4=3NH3↑+H3PO4
氧化性酸
NH4NO2=N2↑+2H2O NH4NO3=N2O↑+2H2O=N2↑+1/2O2↑ +2H2O 2NH4CIO4=CI2↑+2O2↑+N2↑+4H2O (NH4)2Cr2O7 =N2↑+Cr2O3+4H2O
电离能(I1)
520
900
801
1086
140 2
131 4
168 1
元素（三） Na Mg AL Si P S CL
电离能(I1)
496 738 578
787
101 100 125 201
3.易形成共价化合物
N、P半径较小，可形成少数氧化数为-3的 固态离子化合物。Li3N ; Ca3P2 ; Mg3N2等， 但遇水强烈水解，溶液中无N3-，P3-离子。
一、氮的成键特征和价键结构
氮原子的成键特征和价键结构
结构基础 杂化态 σ键 π键 孤电子对 分子形态 化合物举例
共N
sp3
40 30
0 1
正四面体 NH4+ 三角锥 NH3、NF3
价N
31 sp2
0
键
21
1
三角形 角形
O-
O-N
O
NO
CL
N≡
离子键N3-
22
0
Байду номын сангаасsp
12
1
直线形 [O N O]+ 直线形 ：N≡N：
离子型氮化物，Li3N;Ca3N2;Mg3N2等
配 ： N：→
位
键≡N：→
配位化合物；氨合物；胺合物； 过渡金属氮分子配位化合物
二、氮元素的氧化态-吉布斯自由能图
三、氮在自然界的分布和单质氮
1、自然界分布：主以单质存在于空气中。土壤中含一些铵盐、 硝酸盐，也是组成动植物体中蛋白质的重要元素。
2、结构： ∶N≡N∶
第十五章 氮族元素
§15-1 氮族元素的通性 §15-2 氮和它的化合物 §15-3 磷和它的化合物 §15-4 砷、锑、铋 §15-5 盐类的热分解
§15-1 氮族元素的通性
元素符号
N P As Sb Bi
价电层结构 2s22p3 3s23p3 4s24p3 5s25p3 6s26p3
主氧化数 -3→+5 -+33，,++15，-3，+5+3，+3,+5 +3,+5