氮和氮的化合物

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
约是多少?其摩尔浓度为多少?(C级掌握) 解:一般市售浓氨水的密度为0.88g/cm3, 含氨质量百分比约28%,摩尔浓度约为 15mol/L.
B。化学性质(C级掌握)
(1)还原性:氨能还原多种氧化剂 (Cl2,H2O2,KMnO4等).
(2)取代反应:
HgCl2+2NH3==Hg(NH2)Cl↓(白色)+NH4Cl (3)易形成配合物:如与Ag+,Cu2+,Cd2+, Zn2+,Co2+,Co3+,Ni2+等离子形成稳定的氨 配合物。 (4)弱碱性:为质子碱,也是路易斯碱。
2。特殊生理作用
问 题 16-2.10: 请用分子轨道理论比较 NO+,NO,NO-的键长.(B级掌握)
解:由分子轨道理论可知:它们的分子轨道排 布式为: NO+:(σ1S)2(σ*1S)2(σ2S)2(σ*2S)2(σ2Px)2 (π2Py)2(π2Pz)2 NO:(σ1S)2(σ*1S)2(σ2S)2(σ*2S)2(σ2Px)2 (π2Py)2(π2Pz)2(π*2py)1 NO-:(σ1S)2(σ*1S)2(σ2S)2(σ*2S)2(σ2Px)2 (π2Py)2(π2Pz)2(π*2py)1(π*2pz)1 NO+的键级=(6-0)÷2=3; NO的键级=(6-1)÷2=2.5; NO-的键级=(6-2)÷2=2; 因键级越大,则键越强,即键长越短,所以从 NO+,NO到NO-的键长逐渐增大.
而用化学方法模拟固氮菌实现在常温常压 下进行固氮的方法称为化学模拟生物固氮. 其基本思路是:从固氮微生物中找出固氨 酶;分离、提纯固氨酶得到它的纯净晶体. 研究其化学结构和它实现固氮的催化作用 机理,人工合成固氨酶或具有催化活性的类 似物,实现一般条件下固氮.
16-2-2 氮的氢化物 一:氨及其盐 1。氨的性质 A。物理性质(略) 问 题 16-2.2:一般市售的浓氨水中氨的质量分数
从NH3到AsH3,随着中心原子半径 增大,电负性减小,A-H键极性越弱, 稳定性越差,与H+形成AH4+的能力 减弱,所以碱性减弱.
16-2-3 氮的含氧化物
一:一氧化氮(C级掌握)
1。作配体:因NO内存在孤电子对,可同金 属离子形成配合物,例如与FeSO4溶液形成 棕色可溶性的硫酸亚硝酰合铁(Ⅱ). FeSO4 + NO == [Fe(NO)]SO4
3.氮上的孤电子对,还容易进入过渡 金属离子的空轨道,形成配位键,从 而得到许多类型不同的配合物。
4。N—N单键键能反常地比P—P键的还 小(Why) 5。N也能形成氢键,但H—N…H键的强 度比H—O…H键的要弱。
16-2-1 氮气
一:氮的结构和性质(略)
问 题 16-2.1:什么是固氮?如何使游离态氮 转化成化合态氮?什么是化学模拟生 物固氮?(A级了解)
第一电离势 (kJ/mol) 第一电子亲合势 (kJ/mol)
1402 -7
1011.8 74
944 77
831.6 101
703.3 100
电 负 性
3.04
2.19
2.18
2.05
2.02
问 题 16-1.1:总结氮族元素在价电子构型,常 见氧化态,电离势,电负性等性质方面的 变化规律(C级掌握) 答案 16-1.2:总结氮族与同周期的卤素和氧 族元素性质的不同(C级掌握) 答案
NH4+ + OH- == NH3 + H2O
B。化学性质
(1)都有一定程度的水解。
(2)对热不稳定:固态铵盐加热时极 易分解,一般分解为氨和相应的酸。
16-2.6:从下列的反应总结铵盐分解的规律 性(A级掌握) NH4HCO3 == NH3 + CO2 + H2O (NH4)2SO4 == NH3 + NH4HSO4 NH4NO3 == N2O + 2H2O
磷(P) 3s23p3
砷(As) 4s24p3
锑(Sb) 5s25p3
铋(Bi) 6s26p3
70
171 16 13
-3,0, +3,+5 110
212 44 35
-3,0, +3,+5 121
222 58 47
0,+3,+5 0,+3,+5 141
245 76 62
wk.baidu.com
152
96 74
离子半径(pm)M3M3+ M5+
问 题 16-2.9: 将下列物质按碱性减弱顺序 排序,并解释原因(A级掌握) NH2OH NH3 N2H4 PH3 AsH3
解:碱性:NH3>N2H4>NH2OH>PH3>AsH3
因NH2-NH2和NH2-OH中的-NH2和-OH基团均 为比H强的吸电子基团,且前者小于后者,造 成中心N原子负电荷密度减小,则给出孤对 电子能力减弱,即碱性减弱,所以碱性:NH3 >N2H4>NH2OH.
三:羟氨(NH2OH)
1。结构(B级掌握) 羟氨分子中 的氮原子采用 sp3杂化,氧原 子也采用sp3杂 化,最终形成4 个σ键。其分 子结构见右图
先杂化,再分电子,同时也应注意到电子是包括从其 他原子得到的电子,还有杂化和电子的分配是分开 的。
2。性质(C级掌握)
(1)不稳定性:纯羟氨是无色固体,在 288K以上便分解为NH3、N2和H2O
解:
4NH3 + 3O2 == 6H2O + 2N2
2NH3(g) + 2Na == 2NaNH2 + H2(623K)
2NH3 + 3CuO == 3Cu + N2 + 3H2O(加热)
2NH3(g) + Mg == Mg(NH2)2 + H2(加热)
因有如下反应:
3Cl2 + 2NH3 == N2 + 6HCl
四:叠氮酸(HN3)及其化合物 A。叠氮酸
1。结构(B级掌握)
HN3
N3-
问 题 16-2.8:为什么在N3-中两个N—N键有相 等的键长,而在HN3中两个N—N键的键 长却不相等?(B级掌握) 解:因在N3-中形成了两个π34大π键,因 此两个N—N键有相等的键长.而在HN3中 形成1个π34和1个p-pπ,所以两个N—N 键键长不相等.
2。性质(C级掌握)
(1)不稳定性:只要受到撞击立即爆炸而分解 2HN3==3N2+H2 △rHθ=-593.6kJ· mol-1 (2)弱酸性:为一元弱酸(K=1.9×10-5),与 碱或活泼金属作用生成叠氮化物。 HN3 + NaOH == NaN3 + H2O 2HN3 + Zn == Zn(N3)2 + H2 (3)氧化还原性:它既显氧化性又显还原性。 HN3的水溶液会发生歧化分解。 HN3 + H20 == NH2OH + N2 结论:氨及其衍生物性质比较(C级掌握) (1)碱性:NH3>N2H4>NH2OH>HN3 (2)还原性:NH3<N2H4<NH2OH
二:二氧化氮 1。结构 N以sp2杂化轨道 成键,形成2个σ 键,1个π33大π键. 2。性质:与水的反应(C级重点掌握)
NO2溶于水歧化成HNO3和HNO2。
2NO2 + H2O == HNO3 + HNO2
3HNO2 == HNO3 + 2NO + H2O
当NO2溶于热水时其反应如下:
本族元素(除N外)从上到下+Ⅴ氧化态的稳 定性递减[如磷(+Ⅴ)不具氧化性且稳定,而 Bi(+Ⅴ)是最强氧化剂];而+Ⅲ氧化态的稳定 性递增[如Bi(+Ⅲ)最稳定,几乎不显还原性].
二:氮元素的成键特征(B级掌握)
氮元素在形成化合物时成键特征主要有 以下几点: 1.氮可与电负性小的碱金属和碱土金属形 成离子化合物。但这类化合物仅存于固态, 遇水强烈水解。 2.氮可与电负性大的非金属元素形成各种 类型的共价化合物,在这些化合物中除通 常遇到的共价单键、双键、叁键外,还形 成不同类型的离域π键。形成多重键和离 域π键是氮最突出的成键特点。
第十六章 氮族元素
§16-1 元素基本性质
§16-2 氮和氮的化合物
§16-3 磷及其化合物
§16-4 砷,锑,铋及其化合物 §16-5 惰性电子对效应
16-1 元素的基本性质 一:氮族元素通性的变化规律
性 质 价电子构型 主要氧化态 共价半径(pm) 氮(N) 2s22p3
±3,±2,± 1,0,+4,+5
解:把氮气转变为无机(或有机)含氮化合物的过程 称为氮的固定,简称固氮.固氮的原理就是使N2活 化,削弱N≡N原子间的牢固三重键,使它容易发生 化学反应.削弱的办法有两种:一是把N2成键轨道 中的电子取走,即减少两个N原子间的电子密度,使 它们的结合减弱;另一办法是向N2的反键轨道中充 填电子,抵销成键效应以削弱N原子间的结合.由于 N2的最高被占轨道(σ2p和π2p)的能量分别为1504kJ· mol-1和-1614kJ· mol-1,电子不易被激发,即 N2难被氧化;同时N2的最低空轨道(π2p*)能量 (788kJ/mol)较高,所以不容易接受电子而被还原. 因此化学法固氮成本均很高.
(2)弱碱性:它的水溶液比较稳定,显弱 碱性(比联氨还弱).
NH2OH+H2O==NH3OH++OH- K=6.6×10-9 (3)既有还原性又有氧化性:但主要作强 的还原剂。其优点是其氧化产物主要是气 体(N2,N2O,NO),不会给反应体系带来杂 质。
问 题 16-2.7:为什么在分析化学中经常选 用羟氨做还原剂而不是别的试剂如 Na2S2O3等?(C级掌握) 解:因羟氨是强还原剂,其氧化产物 主要是气体(N2,N2O,NO),不会给 反应体系带来杂质,所以分析化学 中常用做还原剂.
产生的HCl气遇氨气进一步产生白烟NH4Cl, 所以如果有白烟产生,就证明管道漏氯气.
解:酸碱反应: NH3 + H2O == NH4+ + OH因反应是NH3夺取了H2O的H+,说明NH3 与质子之间的键能强于H2O的.因液 氨的碱性强于H2O,则在其作用下醋 酸将由弱酸(在水中)变为强酸.
键能大,所以能夺取
二:肼(又称联氨,分子式N2H4)
1。结构(B级掌握)
联氨分子结构见 右图,其中每个氮 原子都用sp3杂化轨 道形成σ键。两对 孤电子对因排斥作 用大而处于反位, 并使N-N键的稳定 性降低。
2。性质(C级掌握)
(1)作火箭燃料 N2H4(l)+O2(g)==N2(g)+2H2O(1) △rHθ=624kJ· mol-1 (2)二元弱碱 N2H4+H2O==N2H5++OH- K1=1.0×10-6(298K) N2H5++H2O==N2H62++OH- K2=9.0×10-16(298K) (3)既作氧化剂又作还原剂:在酸性介质中 是强氧化剂;在碱性溶液中作强还原剂,能将 CuO,IO3-,Cl2,Br2等还原,本身被氧化为N2 4CuO + N2H4==2Cu2O + N2 + 2H2O 2IO3- + 3N2H4==2I- + 3N2 + 6H2O
解:氮族元素价电子构型为ns2np3, 主要氧化态有-Ⅲ、+Ⅲ和+Ⅴ.电 离势和电负性从上到下依次减小.
解:由于氮族元素的电负性均小于同周期相 应的ⅦA,ⅥA族元素,它与卤素或氧,硫反应 主要形成氧化态为+Ⅲ,+Ⅴ的共价化合物; 与氢反应形成氧化态从-Ⅲ到+Ⅲ的共价型氢 化物;因此形成共价化合物是本族元素的特 征。
问 题 16-2.5:NH3和NF3都是路易斯碱,哪一 个碱性强?为什么?(A级了解) 解:,因N的电负性大于H,则在NH3中N 原子相对带负电,容易给出孤对电子, 则碱性强.而F的电负性大,NF3中N原 子 相对带正电,难给出电子,所以碱 性弱.
2。氨盐的性质(C级掌握)
A。检验铵盐方法:向溶液中加强碱, 并加热使氨气挥发后迂湿的pH试纸变 蓝,证明有NH4+存在。
问 题 16-2.3: 写出氨气与氧气混合,或与
Na,CuO,Mg等加热下的反应.并说明工业上为 什么可用氨气来检查氯气管道是否漏气?(C 级掌握)
答案 16-2.4:以NH3和H2O作用时质子传递的情况, 讨论NH3,H2O和质子之间键能的强弱;为什 么醋酸在水中是一弱酸,而在液氨中却是强 酸?(A级掌握) 答案
解:铵盐热分解的实质是NH4+把质子转移给酸 根的反应。和NH4+结合的阴离子碱性越强, 则铵盐的热稳定性愈差。若对应的酸有挥发 性而无氧化性,则分解产物为氨和相应的酸; 若酸是不挥发的,则只有氨挥发逸出,而酸 或酸式盐则残留在容器中;若相应的酸有氧 化性,则分解出来的NH3会立即被氧化为氮或 氮的氧化物,并放出大量热.
相关文档
最新文档