工科大学化学----无机结构基础 《无机化学》第17章 《氮族元素》 课件

2P + 3X2 = 2PX3 PX3 + 3X2 = 2PX5 4P + 3S = P4S3 (P4S6, P4S10)
白磷和碱作用，发生歧化反应，生成膦和次磷酸盐。 P4 + 3NaOH + 3H2O = PH3 + 3NaH2PO4
白磷能将 Au、Ag、Cu 等从它的盐溶液中还原出来。 11P+ 15CuSO4 + 24H2O = 5Cu3P + 6H3PO4 + 15H2SO4 2P+ 5CuSO4 + 8H2O = 5Cu + 2H3PO4 + 5H2SO4
一个杂化轨道被孤对电子占据，不能成键。由于孤电子
对的排斥作用，N–H 键间的夹角
不是 109º28'，而是 107º18'。分
子呈三角锥形。因此 NH3 是结构 不对称的极性分子。
NH3 分子的结构
（2）氨的物理性质
氨是一种具有刺激性臭味的无色气体，由于分子间 有氢键，所以熔、沸点高于同族磷的氢化物膦（PH3）； 易液化，蒸发热高，常被用作冷冻机的循环致冷剂。氨 极易溶于水，常压 298 K 时，在水中的溶解度为1 : 700 （体积比）。液氨的介电常数为 26.7，是一种极性非水 溶剂。与水相似，液氨也能发生自偶电离。
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第 17 章
氮族元素
Chapter 17 Nitrogen Family Elements
本章教学内容
17.1 氮族元素概述 17.2 氮族元素的单质 17.3 氮的化合物 17.4 磷的化合物 17.5 砷锑铋的化合物
17.1 氮族元素概述
氮族元素在周期表中的位置
氮族
~ 氮族元素的基本性质 ~
141
146
第一电离
能(kJ·mol-1) 1402
1012
944
832
703
电子亲和 能(kJ·mol-1)
-6.75
71.07
77
101
100
电负性
3.04
2.19
2.18
2.05
2.02
17.2 氮族元素的单质
17.2.1 氮 17.2.2 磷 17.2.3 砷、锑、铋
17.2.1 氮
氮气概述 氮气是大气的主要成分，大规模制备是通过分馏液 态空气实现 的。但因需求量太大仍然促使人们谋求建立 某种成本更低的制备工艺。 最大的用途是用于制造氮肥、其他含氮化合物和作 保护气体。高纯 N2 要 进一步除水和氧。液 氮(b.p. –196 ºC) 是一 种重要的致冷剂。
6Li + N2 = 2Li3N
高温
2B + N2
2BN
17.2.1 磷
磷的同素异形体 磷有多种同素异形体，常见的有白磷，黑磷和红磷三种。
白磷
黑磷
红磷
白磷为无色透明晶体，剧毒，至死量为 0.1 g，不溶于水， 易溶于 CS2 中。 红磷为暗红色固体，无毒，不溶于水、碱和 CS2 中。经测 定，磷的相对分子质量相当于分子式 P4。
砷、锑、铋的化学反应 通常状况下，砷、锑、铋在水和空气中比较稳定，不溶 于稀酸和非氧化性酸，但能与 HNO3、热浓H2SO4 及王 水反应。
2As + 3H2SO4 (热、浓) = As2O3 + 3SO2 + 3H2O 3As + 5HNO3 = 3H3AsO4 + 5NO
2Sb + 6H2SO4 (热、浓) = Sb2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 3Sb + 5HNO3 + 8H2O = 3H3Sb(OH)6 + 5NO
2Bi + 6H2SO4 (热、浓) = Bi2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 3Bi + 4HNO3 = Bi(NO3)3 + NO + 2H2O
2
高温下，砷、锑、铋能和氧、硫、卤素反应，产物一 般是 + 3 价，与氟反应，产物是 + 5 价。 4As + 3O2 = 2As2O3 2As + 3Cl2 = 2AsCl3 2As + 5F2 = 2AsF5
黑磷是以白磷为原料在 220℃，1.216×109Pa下制成的，其 结构和石墨相似，不溶于有机溶剂。
磷的化学反应
常温下，红磷的化学性质比较稳定，白磷却有很高的
化学活性，在空气中燃烧生成 充
P4O6
和
P4O10，氧气
分时，生成物以 P4O10 为主。 磷与卤素、硫都能直接化合，生成相应的化合物：
惰性气氛手套箱
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氮的结构
N 原子的价电子构型为 2s2 2p3，在 N2 形成时，两 个氮原子之间形成 1 个σ键和 2 个π键，所以结构式表示 为 :N N: 。
氮的性质
来自百度文库
在一般情况下，N2 的化学 性质稳定，不易于与其他物质
N2 分子模型
发生反应，但常温下可与金属锂直接反应生成 Li3N，高 温时能和 Mg、Ca、Ba、Al、B、Si 等化合生成氮化物。
元素 氮 (N) 磷 (P) 砷 (As) 锑 (Sb) 铋 (Bi)
原子序数
7
15
33
51
83
电子构型 [He]2s22p3 [Ne]2s22p3 [Ar]2s22p3 [Kr]2s22p3 [Xe]2s22p3
原子量
14.01
30.97
74.92
121.76
208.98
半径/pm
70
110
121
磷还能与氧化性酸反应。 P + 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O 3P + 5HNO3(稀) + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO
所以，工业上用磷与 HNO3 反应制备 H3PO4。
17.2.3 砷、锑、铋
砷、锑、铋概述 砷和锑各有灰、黄、黑三种同素异形体，而铋没有。 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。
2NH3
NH4+ + NH2-
液氨能溶解碱金属，碱土金属等活泼金属，形成的
稀溶液均呈淡蓝色，并具有顺磁性、导电性和强还原性，
锑、铋都不与碱反应，但砷可与熔融碱反应。 2As + 6NaOH (熔融) = 2Na3AsO3 + 3H2
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17.3 氮的化合物 17.3.1 氮的氢化物 17.3.2 氮的氧化物 17.3.3 氮的含氧酸及盐
17.3.1 氮的氢化物
氨 (NH3)
（1）氨的结构
在 NH3 分子中，N 原子采取不等性 sp3 杂化，三个 sp3 杂化轨道与 H 原子的 1s 轨道重叠形成三个键，剩余