氮族元素ppt
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2.从上至下,非金属→半金属→金属. 单质的熔点N→P→As升高,As→Sb → Bi 降低.
熔点的变化,说明晶体类型发生转变;N、P为 分子晶体, As,Sb,Bi为金属晶体.金属键随半径的增 大而减弱,故Sb,Bi的熔点越来越低.
3. 只有活泼金属的氮化物和磷化物是离子型的. 但在溶液中不存在N3- 和P3- 的简单离子.
N2 具有很高的稳定性, 实验表明3000℃时 只有0.1%N2 解离.
N2 分子是已知的双原子分子中最稳定的.
15-1-2 N2的化学性质
一. 与活泼金属形成晶格能大的离子型化合物
室温下,N2 仅能与Li反应： 6Li + N2 = 2Li3N
( 有实际意义的反应温度为250℃)
ⅡA族金属都要在加热条件下才能形成氮化物:
3Ca N2 410CCa3N2 3Sr N2 380CSr3N2
二. 与非金属反应生成共价型氮化物
N2 O2 高压放电 2NO N2 3H2 高温、高压、催化剂 2NH 3
三.与过渡金属元素组成高的化学稳定性、高硬 度和高熔点的金属型氮化物
2V N2 高温 2VN(m.p.2050C) 2Ti N2 10001400C 2TiN(m.p.2950C)
第 15 章 氮族元素
主要内容
1
氮的单质
氮的成键特征
3 氮的氢化物 4 氮的含氧化合物
5
磷及其化合物
6
砷、锑、铋
氮族元素概述
一. 氮族(VA)的原子结构
1. 氮族元素: N, P, As, Sb, Bi 价电子结构: ns2np3
2.本族元素的最高氧化态可达到+5,与电负性较 大的元素结合时形成氧化态为+3或+5的化合物. 最低氧化态为-3.
15-1-3 氮 的 制 备
一. 工 业 制 备
以空气为原料,将空气液化后再分馏,得到含 有少量氧、氩的氮气,以150×105 Pa左右的压力 装入钢瓶.
制取高纯 N2，需将 N2 通过灼热铜网以除去 O2; 通过 P2O5 除去 H2O.
二. 实验室制备 加热NH4Cl和NaNO2 的饱和溶液：
二.氮族元素的基本性质及递变规律
N
P
As
Sb
Bi
共价半径/pm
m.p./℃ b.p./℃
χP r(M3- )/pm r(M3+ )/pm r(M5+ )/pm
晶体类型
70 -210.01 -195.79 3.04 171 — 13
分子 晶体
110 44.15 280.3 2.19 212
— 38
分子晶体 (白磷） 层状晶体 (黑磷)
最高占填轨道
2p
2p
2p 2 -15.6eV
-7.0eV 2
和最低空轨道 间的能量间隔很
p
2p
p
-17.0eV
大( 8.6eV),使分
2s
子不易发生简
2s
2s
2s
单的电子转移氧
化还原过程.
N2的电离能与 Ar 接近( 分别为 15.6eV 和 15.8eV),由 N2 转移一个电子到接受体是很困难 的;同样由授体原子转移到N2 也是十分困难的; 因此N2 给予电子和接受电子能力很差;N2中电子 对称分布,键没有极性,难以形成高极性过渡态.
3.N原子的价层没有d轨道,2s电子不能向3d轨道 跃迁,不能形成5个共价键,最大配位数4.
4.本族其它元素的价电子层都有空的d轨道,可 以参与成键,最高配位数可达到6.
5. 元素Bi的4f和5d轨道电子对原子核的屏蔽能 力较小, 6s电子的钻穿能力较强,使 6s电子的能量 显著下降—惰性电子对效应,结果使Bi易失去3个 p电子显+3价.Bi(Ⅴ)化合物在酸性条件下具有很 强的氧化性而不稳定,铋不存在Bi5+离子.
Lewis结构式 : N≡N
NN NN NN
N≡N断开第一个π
941.7k Jmol1 键,需523.3kJ·mol-1,断开
418.4k Jmol1 154.8k Jmol1
来自百度文库
第二个π键,需要263.6kJ· mol-1 ,断开最后一个σ键 需154.8kJ·mol-1 .
[KK(2s )2 (*2s )2(2py )2(2pz )2(2px )2 ]
N3-和P3- 离子的电荷密度大,半径大,变形性大. 遇水强烈水解生成NH3 和PH3 .
原子序数较大的本族元素可和氟形成离子型 化合物.
4.氧化物和氢化物的酸碱性递变规律
5.本族元素自上而下,氧化态为+3的化合物稳定性 增强, 在酸性介质只有HNO2 具有氧化性;氧化态 为+5化合物, 在酸性溶液中除磷外,都是氧化剂,氧 化能力依次 Bi(Ⅴ)>N(Ⅴ)>Sb(Ⅴ)>As(Ⅴ), 碱性介 质中氧化性较弱.
121
141
817 630.7
615(升华) 1587
2.18 2.05
222
245
58
76
48
分子晶体 (黄砷) 层状晶体* (灰砷)
60
分子晶 体(黑锑)
层状晶 体(灰锑)
155 271.5 1564 2.02 213 103 76 层状 晶体
1. 本族元素的电负性不大,形成氧化态为正的化 合物的趋势较明显.
NH 4Cl NaNO 2 NaCl 2H2O N2
杂质：NH3 ,NO ,O2 , H2O等
(NH4 )2 Cr2O7 (s) N2 (g) Cr2O3 4H2O
8NH3 3Br2(aq) N2(g) 6NH4Br 2NH3 2CuO(s) N2(g) 3H2O 3Cu
制光谱纯N2 : 2NaN3 (s) 2Na(l) 3N2(g)
15-2 氮的成键特征
N原子的价层结构为2s22p3 ,2p轨道有三个成 单电子,没有空的价层d轨道,最高配位数为4,原子 半径小.
三. 氮族元素在自然界中的存在形式
氮绝大部分以单质形式存在于大气中,动植 物体内的蛋白质都含氮,自然界最大的硝酸盐矿 是智利的硝石矿。
磷在自然界以磷酸盐的形式存在，如磷酸钙 矿，磷灰石矿及其他磷酸盐矿物 。
砷、锑、铋主要以硫化物的形式存在，如 雄黄 As4S4，雌黄 As2S3，辉锑矿 Sb2S3，辉铋 矿 Bi2S3 等。
雌黄 As2S3
雄黄As4S4
15-1 氮 的 单 质
氮气是无色、无臭、无味的气体.沸点为 -195.8℃,熔点为-210.01℃.微溶于水.
15-1-1 N2 分 子 的 结 构
分子轨道式: [KK(σ2s )2(σ*2s )2 (π2py )2 (π2pz )2 (σ2px )2 ] BO = 3
熔点的变化,说明晶体类型发生转变;N、P为 分子晶体, As,Sb,Bi为金属晶体.金属键随半径的增 大而减弱,故Sb,Bi的熔点越来越低.
3. 只有活泼金属的氮化物和磷化物是离子型的. 但在溶液中不存在N3- 和P3- 的简单离子.
N2 具有很高的稳定性, 实验表明3000℃时 只有0.1%N2 解离.
N2 分子是已知的双原子分子中最稳定的.
15-1-2 N2的化学性质
一. 与活泼金属形成晶格能大的离子型化合物
室温下,N2 仅能与Li反应： 6Li + N2 = 2Li3N
( 有实际意义的反应温度为250℃)
ⅡA族金属都要在加热条件下才能形成氮化物:
3Ca N2 410CCa3N2 3Sr N2 380CSr3N2
二. 与非金属反应生成共价型氮化物
N2 O2 高压放电 2NO N2 3H2 高温、高压、催化剂 2NH 3
三.与过渡金属元素组成高的化学稳定性、高硬 度和高熔点的金属型氮化物
2V N2 高温 2VN(m.p.2050C) 2Ti N2 10001400C 2TiN(m.p.2950C)
第 15 章 氮族元素
主要内容
1
氮的单质
氮的成键特征
3 氮的氢化物 4 氮的含氧化合物
5
磷及其化合物
6
砷、锑、铋
氮族元素概述
一. 氮族(VA)的原子结构
1. 氮族元素: N, P, As, Sb, Bi 价电子结构: ns2np3
2.本族元素的最高氧化态可达到+5,与电负性较 大的元素结合时形成氧化态为+3或+5的化合物. 最低氧化态为-3.
15-1-3 氮 的 制 备
一. 工 业 制 备
以空气为原料,将空气液化后再分馏,得到含 有少量氧、氩的氮气,以150×105 Pa左右的压力 装入钢瓶.
制取高纯 N2，需将 N2 通过灼热铜网以除去 O2; 通过 P2O5 除去 H2O.
二. 实验室制备 加热NH4Cl和NaNO2 的饱和溶液：
二.氮族元素的基本性质及递变规律
N
P
As
Sb
Bi
共价半径/pm
m.p./℃ b.p./℃
χP r(M3- )/pm r(M3+ )/pm r(M5+ )/pm
晶体类型
70 -210.01 -195.79 3.04 171 — 13
分子 晶体
110 44.15 280.3 2.19 212
— 38
分子晶体 (白磷） 层状晶体 (黑磷)
最高占填轨道
2p
2p
2p 2 -15.6eV
-7.0eV 2
和最低空轨道 间的能量间隔很
p
2p
p
-17.0eV
大( 8.6eV),使分
2s
子不易发生简
2s
2s
2s
单的电子转移氧
化还原过程.
N2的电离能与 Ar 接近( 分别为 15.6eV 和 15.8eV),由 N2 转移一个电子到接受体是很困难 的;同样由授体原子转移到N2 也是十分困难的; 因此N2 给予电子和接受电子能力很差;N2中电子 对称分布,键没有极性,难以形成高极性过渡态.
3.N原子的价层没有d轨道,2s电子不能向3d轨道 跃迁,不能形成5个共价键,最大配位数4.
4.本族其它元素的价电子层都有空的d轨道,可 以参与成键,最高配位数可达到6.
5. 元素Bi的4f和5d轨道电子对原子核的屏蔽能 力较小, 6s电子的钻穿能力较强,使 6s电子的能量 显著下降—惰性电子对效应,结果使Bi易失去3个 p电子显+3价.Bi(Ⅴ)化合物在酸性条件下具有很 强的氧化性而不稳定,铋不存在Bi5+离子.
Lewis结构式 : N≡N
NN NN NN
N≡N断开第一个π
941.7k Jmol1 键,需523.3kJ·mol-1,断开
418.4k Jmol1 154.8k Jmol1
来自百度文库
第二个π键,需要263.6kJ· mol-1 ,断开最后一个σ键 需154.8kJ·mol-1 .
[KK(2s )2 (*2s )2(2py )2(2pz )2(2px )2 ]
N3-和P3- 离子的电荷密度大,半径大,变形性大. 遇水强烈水解生成NH3 和PH3 .
原子序数较大的本族元素可和氟形成离子型 化合物.
4.氧化物和氢化物的酸碱性递变规律
5.本族元素自上而下,氧化态为+3的化合物稳定性 增强, 在酸性介质只有HNO2 具有氧化性;氧化态 为+5化合物, 在酸性溶液中除磷外,都是氧化剂,氧 化能力依次 Bi(Ⅴ)>N(Ⅴ)>Sb(Ⅴ)>As(Ⅴ), 碱性介 质中氧化性较弱.
121
141
817 630.7
615(升华) 1587
2.18 2.05
222
245
58
76
48
分子晶体 (黄砷) 层状晶体* (灰砷)
60
分子晶 体(黑锑)
层状晶 体(灰锑)
155 271.5 1564 2.02 213 103 76 层状 晶体
1. 本族元素的电负性不大,形成氧化态为正的化 合物的趋势较明显.
NH 4Cl NaNO 2 NaCl 2H2O N2
杂质：NH3 ,NO ,O2 , H2O等
(NH4 )2 Cr2O7 (s) N2 (g) Cr2O3 4H2O
8NH3 3Br2(aq) N2(g) 6NH4Br 2NH3 2CuO(s) N2(g) 3H2O 3Cu
制光谱纯N2 : 2NaN3 (s) 2Na(l) 3N2(g)
15-2 氮的成键特征
N原子的价层结构为2s22p3 ,2p轨道有三个成 单电子,没有空的价层d轨道,最高配位数为4,原子 半径小.
三. 氮族元素在自然界中的存在形式
氮绝大部分以单质形式存在于大气中,动植 物体内的蛋白质都含氮,自然界最大的硝酸盐矿 是智利的硝石矿。
磷在自然界以磷酸盐的形式存在，如磷酸钙 矿，磷灰石矿及其他磷酸盐矿物 。
砷、锑、铋主要以硫化物的形式存在，如 雄黄 As4S4，雌黄 As2S3，辉锑矿 Sb2S3，辉铋 矿 Bi2S3 等。
雌黄 As2S3
雄黄As4S4
15-1 氮 的 单 质
氮气是无色、无臭、无味的气体.沸点为 -195.8℃,熔点为-210.01℃.微溶于水.
15-1-1 N2 分 子 的 结 构
分子轨道式: [KK(σ2s )2(σ*2s )2 (π2py )2 (π2pz )2 (σ2px )2 ] BO = 3