氮族元素知识点整理

氮族元素 第 V 主族 元素符号核电荷数电子层结构原子半径 pm主要化合价 氮 N72 570 3 1 2 3 4 5 磷 P152 8 5110 3 3 5 砷 As332 8 18 5121 3 3 5 锑 Sb512 8 18 18 5141 3 5 铋 Bi832 8 18 32 18 5152 3 5 最外层电子排布 元素化合价共同点共同点 最外层电子都有 5 个 最高价 5 最低价 3 最高价氧化物 R2O5 气态氢化物 RH3 原子半径 金属性 非金属性的递变规律递变规律 原子半径随着电子层数的增加而增大 得电子能力减弱 非金属性减弱 失电子能力增强 金属性增强 氮 磷 较显著的非金属性 砷 较弱的金属性和非金属性 锑 铋 较显著的金属性 氮族元素的非金属性比同周期的氧族和卤族元素弱 氮气 N2 1 氮元素的存在 单 质 氮气 占大气体积的 78 总质量的 75 化合物 无机物 硝酸盐 铵盐 氮的氧化物 有机物 蛋白质 核酸 2 物理性质 无色 无味 气体 标况下 密度 1 25g L 比空气略小 但相近 只能用排水法收集 沸点 195 8 无色液体 液氮 难液化 熔点 209 86 雪状固体 难溶于水 1 0 02 3 氮分子的结构 分子式 N2 电子式 结构式 用元素符号和短线来表示分子中原子结合的式子 一根短线表示一对共用电子 即共价键 氮分子的结构很稳定 破坏分子中的共价键需要很大的能量 通常情况下 N2的化学性质很不活泼 很难跟其他物质发生化学反应 一定条件下 高温 放电 获得足够能量 能跟 H2 O2 金属等反应 4 化学性质 1 与 H2反应 N2 3H2 2NH3 Q 工业合成氨 注 反应要加热 不一定是吸热反应 2 与 O2反应 无色 有毒 不溶于水 NO2ON 22 放电 3 与金属反应 高温时 N2能跟钾 钠 镁 钙 锶 钡等金属化合 3 式量 100 CaCO3 KHCO3 232 NMgNMg3 高温 氮化镁 灰色 镁在空气中燃烧 微量 232 NMgNMg3 高温 主要产物 因 O2比 N2活泼 MgO2OMg2 2 点燃 CMgO2COMg2 2 氮化镁遇水 非氧化还原 32223 NH2OHMg3OH6NMg 5 用途 1 利亚 N2的稳定性 化学性质不活泼 代替稀有气体作焊接金属时的保护气 充填灯泡 防止钨丝氧化 减慢钨丝的挥发 充氮包装 食品保鲜 高温高压 催化剂 2 利用液氮的低温 深度冷冻物质 提供超导材料的工作环境 保存待移植的活性器官 冷冻麻醉开刀 3 利用一定条件下的反应 合成氨 制硝酸 氮肥 炸药 塑料 药品 染料等 6 氮的固定 固氮 定义 把大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程 1 生物固氮 豆科植物根部的根瘤菌中存在固氮酶 能把空气中游离的氨变成氨 铵态氮肥 2 大气固氮 雷电发庄稼 闪电时 大气中的氮转化为氮的氧化物 经降水生成极稀的硝酸 硝态氮肥 NO2ON 22 放电 22 NO2ONO2 NOHNO2OHNO3 322 3 工业固氮 先合成氨 再生产各种化肥 N2 3H2 2NH3 固氮 途径 自然固氮 人工固氮 生物固氮 大气固氮 化学模拟生物固氮 工业固氮 高温高压 催化剂 氨 NH3 一 氨分子的结构 氮的气态氢化物 分子式 NH3 电子式 N N H HH H H H 结构式 N N H HH H H H 分子空间构型 三角锥形 氮原子位于锥顶 3 个氢原子位于锥底 键角 107 18 极性分子 二 物理性质 1 无色 刺激性气味 气体 2 比空气轻 标况下 密度 0 771g L 3 极易溶于水 1 700 形成氨水 难溶不易溶能 可 溶易溶极易溶 H2 CON2 O2 CO2 1 1 Cl2 1 2 H2S 1 2 6 SO2 1 40 HCl 1 500 NH3 1 700 喷泉实验 视频 现象 气体体积迅速减小 烧杯里的酚酞溶液由玻璃管喷入烧瓶 形成红色喷泉 结论 氨气极易溶于水 氨水溶液呈碱性 原理 气体能被胶头滴管中挤出的少量液体快速吸收 使烧瓶内气体压强远远低 于外界大气压 关键 烧瓶 预先吸液的滴管 长直玻璃管外部都要干燥 气体要充满圆底烧瓶 装置气密性好 不漏气 止水夹要夹紧 烧瓶中气体 Cl2CO2H2SNO2 NOHCl 滴管中液体浓 NaOH浓 NaOH浓 NaOH浓 NaOH H2O 4 易液化 成无色液体 放出大量的热 常温冷却到 33 5 常温加压到 700 800kPa 易液化的气体还有 Cl2 SO2 HF 液氨气化时要吸收大量热 能使周围温度剧降 制冷剂 三 化学性质 1 与水反应 NH3 H2O NH3 H2O NH4 OH 化学平衡 电离平衡 氨水中有 6 种微粒 3 分 3 离 NH3 H2O NH3 H2O NH4 OH H 极少量 氨水与液氨的区别 液氨是纯净物 只有 NH3分子 氨水是混合物 含 6 种微粒 氨水的性质 弱碱性 氨气本身不显碱性 弱电解质溶液 电解质是 NH3 H2O 不稳定性 OHNHOHNH 2323 刺激性气味 游离的氨分子 挥发性 NH3易挥发 浓氨水瓶口有白雾 保存 密封 阴暗处 密度小于纯水 越浓密度越小 28 密度 0 91g cm3 同酒精 计算氨水的浓度 以 NH3计算 沉淀性 很好的沉淀剂 制取 Al OH 3 Fe OH 3 弱还原性 OH8NClNH6OHNH8Cl3 224232 离子方程式书写 反应物 写化学式 生成物 浓溶液 加热 NH3 H2O 稀溶液 不加热 化学式 2 与酸反应 视频 白烟ClNHHClNH 43 挥发出的氨跟氯化氢化合生成的微小的氯化铵晶体 硝铵 白烟 3433 NONHHNONH 硫胺 无白烟 424423 SONHSOH2NH 碳铵 无白烟 34223 HCONHOHCONH 注 NH3与挥发性酸反应生成铵盐 有白烟 氨跟强酸溶液反应的本质 43 NHHNH 3 与氧气反应 最低价 具有还原性 Pt Cr2O3 氨的催化氧化 接触氧化 工业制硝酸的基础QOH6NO4O5NH4 223 催化剂 现象 虽然停止加热 催化剂仍能保持红热 圆底烧瓶内出现红棕色气体 22 NO2ONO2 紫色石蕊溶液变红 NOHNO2OHNO3 322 烧瓶内有时会看到白色烟雾 3433 NONHHNONH 圆底烧瓶内红棕色不明显 322 HNO4OH2O3NO4 4 与其他氧化剂反应 氨气过量 工厂检验氯气ClNH6NNH8Cl3 4232 氯气过量HCl6NNH2Cl3 232 OH3NCu3NH2CuO3 223 H2O2 KMnO4 均可氧化 NH3 四 制法 1 自然界 动植物体内的蛋白质腐败产生 2 工业制法 原理 N2 3H2 2NH3 注 可逆反应 得到的产品是 3 者的混合物 利用 NH3易液化的特点将其分离后 N2和 H2可循环使用 N2 蒸馏液态空气 H2 焦炭与高温水蒸气反应 22 HCOOHC 高温 222 HCOOHCO 高温 3 实验室制法 1 固态铵盐与固体强碱加热 原料 常用消石灰 不用烧碱 在加热条件下烧碱对玻璃的腐蚀作用更强 试管易碎裂 烧碱价格昂贵 原理 OH2NH2CaClOHCaClNH2 23224 强碱制弱碱 装置 固固加热 同 O2 干燥 碱石灰 干燥管 U 型管 不能用浓硫酸 无水氯化钙 CaCl2 8NH3 收集 只能用向下排空气 集气试管口棉花作用 防止气体对流 有利于集满 高温高压 催化剂 检验 湿润的红色石蕊试纸 变蓝 把气体通入酚酞试液 试液变红 氨气是中学化学唯一的碱性气体 蘸有浓盐酸的玻璃棒 白烟 验满 湿润的红色石蕊试纸放在集气瓶口 变蓝 蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口 白烟 尾气 用水浸湿的棉花团 2 在生石灰 或固体烧碱 中加入浓氨水 生石灰 或固体烧碱 遇到浓氨水放出大量热 使一水合氨分解 温度升高 氨气的溶解度降低 3223 NH OH CaCaOOHNH 3 直接加热浓氨水 OHNHOHNH 2323 气体的溶解度随温度升高而减小 氨水越浓越易挥发出 NH3 五 用途 作制冷剂 制氮肥 硝酸 炸药 纯碱 合成纤维 塑料 染料 药物 铵盐 1 铵根离子的结构 电子式 结构式 空间构型 正四面体 键角 109 28 2 物理性质 都是离子晶体 能溶于水 呈无色溶液 易被农作物吸收 铵盐是由铵根离子和酸根离子构成的盐 都是非金属元素 但属于离子晶体 存在离子键 共价键 配位键 3 化学性质 1 受热分解 视频 挥发性酸的铵盐 氨气与酸一起挥发 冷却时又重新结合成铵盐 HClNHClNH 34 ClNHHClNH 43 HBrNHBrNH 34 现象 试管底部的 NH4Cl 晶体渐渐减少 试管上端的壁上有白色固体附着 在试管上部冷却时 又重新结合生成白色的氯化铵晶体 思考 碘受热变成蒸气 蒸气遇冷又变成晶体碘 氯化铵受热分解生成的气体遇冷仍变 成氯化铵 本质是否相同 碘升华是物理变化 氯化铵分解是化学变化 难挥发性酸的铵盐 氨呈气态逸出 酸残留在加热容器中 433434 POH3NHPONH 4243434 HPONHNHPONH 423424 SOH2NHSONH 不稳定且无强氧化性酸的铵盐 氨气 酸的分解产物 223324 COOH2NHCO NH 22334 COOHNHHCONH 2234 HI2NHI2NH 不稳定且有强氧化性酸的铵盐 温度不同 产物不同 33 110 90 34 HNONHNONH OH2ONNONH 22 200 185 34 OH4O2NNO2NH 222 500 34 注 铵盐只有在固态时 才能较好地受热分解 溶液时很难 不是所有铵盐受热分解都产生 NH3 铵态氮肥要低温保存 避免受热 深施盖土低温保存 避免受热 深施盖土 2 跟碱反应 视频 OH2NH2SONa2NaOHSONH 2342424 OHNHNaNONaOHNONH 23334 铵盐跟可溶性强碱溶液反应的本质 OHNHOHNH 23 4 该性质的应用 1 实验室制取氨气 2 检验 NH4 样样品品 强强碱碱 气气体体 湿湿润润 红红色色石石蕊蕊试试纸纸 蓝蓝色色 注 实验室不能用加热分解铵盐的方法检验 NH4 1 可能爆炸 2 并不是所有的铵盐分解都产生氨气 3 识别铵态氮肥 与熟石灰混合 OH2NH2CaSOOHCaSONH 2342424 注 铵盐晶体和固体碱同样能反应逸出氨气 铵态氮肥不能跟碱性物质 草木灰 混合使用或保存 会降低肥效 不能跟碱性物质 草木灰 混合使用或保存 会降低肥效 跑氨现象 铵态氮肥注意事项 低温保存 避免受热 深施盖土低温保存 避免受热 深施盖土 不能跟碱性物质 草木灰 混合使用或保存 不能跟碱性物质 草木灰 混合使用或保存 跑氨现象 3 铵盐的水解 NH4 H2O NH3 H2O H 4 用途 作氮肥 5 贮存 密封包装 并放在阴凉通风处 氮的氧化物 氮的化合价 3 0 1 2 3 4 5 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 N2O 氧化亚氮 一氧化二氮 笑气 无色 有甜味 气体 能溶于水 但不与水作用 可用作麻醉剂 N2O3 红棕色气体 蓝色液体 熔点 102 20 表现稳定 于 3 5 即分解 生成 NO 和 NO2 把 NO 和 NO2混合 并使温度低于 21 即可制得 N2O5 熔点 30 常温下为固体 沸点 47 易分解成 NO2和 O2 溶于水 与水反应生成硝酸 酸酐 1 NO 1 物理性质 无色 无刺激性气味 气体 不成盐氧化物 既不 微 溶于水 也不溶于酸和碱 有毒 会使血红蛋白变质 2 化学性质 在常温下很容易跟空气中的氧气反应生成红棕色的具有刺激性气味的 NO2 2NO O2 2NO2 N2O4 Q 红棕色 无色 3 体积 2 体积 1 体积 若将 20mlO2注入贮有 40ml 的 NO 针筒中 最后将得到多少体积气体 20 V 40 3 制备 氨的催化氧化 OH6NO4O5NH4 223 催化剂 铜与浓硝酸 OH4NO2NO3CuNHO83Cu 2233 稀 二 NO2 1 物理性质 红棕色 有刺激性气味 气体 易溶于水 有毒 2 化学性质 不是硝酸的酸酐NOHNO2OHNO3 322 2NO2 N2O4 Q 3 制备 铜与浓硝酸 OH2NO2NOCuNHO4Cu 22233 浓 4 NO2 NO O2各种组合的混合气体溶于水 3222 HNO4OH2ONO4 322 HNO4OH2O3NO4 硝酸 一 制法 1 实验室制法 原理 高沸点制低沸点 34423 HNONaHSOSOHNaNO 微热 浓 硝石 固体 装置 同 HCl 注意 不能强热 500 硝酸不稳定 2 工业制法 氨氧化法 OH6NO4O5NH4 223 催化剂 22 NO2ONO2 NOHNO2OHNO3 322 注意 1 因工业生产上尾气要循环使用 所以可理解为理论上氮元素没有损耗 所以实际计算时 NH3 HNO3 2NH3 NH4NO3 2 尽管采用循环使用 但一定还有尾气排出 主要成分是 NO 和 NO2 常用碱来吸收 OHNaNO2NaOH2NONO 222 NaNO2是有毒物质 但外观很难与 NaCl 区分 咸肉 二 物理性质 纯 无色 有刺激性气味 液体 易挥发 密度 1 50g cm3 沸点低 83 能与水以任意比例互溶 常用的浓硝酸浓度大约是 69 16 4mol L 浓度在 98 以上的浓硝酸通常叫 做发烟硝酸 硝酸里逸出的硝酸蒸气遇到空气里的水蒸气 生成大量极微小的硝酸液滴 3 化学性质 1 酸的通性 与碱反应 与碱性氧化物反应 CuO 与盐反应 2 不稳定性 常温见光分解 受热分解更快 2223 ONO4OH2HNO4 或光照 注意 不稳定性是化学变化 挥发性是物理变化 通常看到的浓硝酸呈黄色 分解生成的 NO2溶于硝酸 NOHNO2OHNO3 322 保存 棕色瓶 黑暗低温处 不能单纯用加热蒸发溶剂的方法进行浓缩 需同时加入 Mg NO3 2或浓硫 酸作吸水剂 可将 50 96 以上 3 氧化性 无论浓稀 都有氧化性 越浓氧化性越强 1 与金属反应 金 铂除外 既表现酸性 又表现氧化性 视频 1 2 OH2NO2NOCuNHO4Cu 22233 浓 剧烈 生成红棕色气体 溶液呈蓝绿色 黄 蓝 溶有 NO2 OH4NO2NO3CuNHO83Cu 2233 稀 缓慢 生成无色气体 该气体与空气接触就变成红棕色 接近液面处颜色浅 试管口较深 溶液呈蓝色 钝化 铝 铁在常温下与浓硝酸 浓硫酸钝化 化学变化 但加热条件下反应仍能进行 OH3NO3NOFeHNO6Fe 22333 浓 王水 浓硝酸和浓盐酸的混合物 体积比 1 3 氧化能力更强 能使一些不溶于硝酸 的金属溶解 金 铂 氧化性酸 氧化性来自中心原子 硝酸 浓硫酸 高锰酸 HMnO4 酸的氧化性 来自 H 酸性 2 与非金属反应 仅表现氧化性 OH2NO4COHNO4C 2223 浓 硝酸足量OH2NO6SOHHNO6S 22423 浓 OH4NO20POH4HNO20P 224334 浓 3 与低价化合物反应 Fe2 I S2 表现氧化性 OH4NO2SOFe3SOH3HNO2FeSO6 23424234 稀 OH4NO8ZnSOHNO