氮族元素课件精品课件

1、关于氮族元素第一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月17.1 氮族元素概述 氮族元素在周期表中的位置氮 族第二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月元素氮 (N)磷 (P)砷 (As)锑 (Sb)铋 (Bi)原子序数715335183电子构型He2s22p3Ne2s22p3Ar2s22p3Kr2s22p3Xe2s22p3原子量14.0130.9774.92121.76208.98半径/pm70110121141146第一电离能(kJmol-1)14021012944832703电子亲和能(kJmol-1)-6.7571.0777101100电负性3.042.192.182.052.0

2、2 氮族元素的基本性质 第三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月17.2 氮族元素的单质17.2.1 氮17.2.2 磷17.2.3 砷、锑、铋第四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月17.2.1 氮 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 C) 是一种重要的致冷剂。 氮气概述惰性气氛手套箱第五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 N2 分子模型 N 原子的价电子构型为 2s2 2p3，在

3、N2 形成时，两个氮原子之间形成 1 个键和 2 个键，所以结构式表示为 :N N: 。 氮的结构 氮的性质 在一般情况下，N2 的化学性质稳定，不易于与其他物质发生反应，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。2B + N2 2BN6Li + N2 = 2Li3N高温第六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月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。黑磷是以白磷为原料在 220，1.216109

4、Pa下制成的，其结构和石墨相似，不溶于有机溶剂。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。第七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 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 P4O6 和 P4O10，氧气充 分时，生成物以 P4O10 为主。 2P + 3X2 = 2PX3 PX3 + 3X2 = 2PX5 磷与卤素、硫都能直接化合，生成相应的化合物： 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 + 3H2

5、O = PH3 + 3NaH2PO4第八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 白磷能将 Au、Ag、Cu 等从它的盐溶液中还原出来。11P + 15CuSO4 + 24H2O = 5Cu3P + 6H3PO4 + 15H2SO42P + 5CuSO4 + 8H2O = 5Cu + 2H3PO4 + 5H2SO4 磷还能与氧化性酸反应。P + 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O3P + 5HNO3(稀) + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO所以，工业上用磷与 HNO3 反应制备 H3PO4。第九张，PPT共五十五页，创作于2022年6月17.2.3 砷、锑、铋 砷和

6、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。 砷、锑、铋概述第十张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 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 2Sb + 6H2SO4 (热、浓) = Sb2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 2Bi + 6

7、H2SO4 (热、浓) = Bi2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 3As + 5HNO3 = 3H3AsO4 + 5NO3Sb + 5HNO3 + 8H2O = 3H3Sb(OH)6 + 5NO3Bi + 4HNO3 = Bi(NO3)3 + NO + 2H2O第十一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 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 = 2As2O32As + 3Cl2 = 2AsCl32As + 5F2 = 2AsF5 锑、铋都不与碱反应，但砷可与熔融碱反应。2As + 6NaOH (熔融

8、) = 2Na3AsO3 + 3H2第十二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月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 氮的含氧酸及盐第十三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月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，NH 键间的夹角不是 10928，而是 10718。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 第十四

9、张，PPT共五十五页，创作于2022年6月（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。 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，这些性质是由于溶液中有“氨合电子”而引起的。 Na + xNH3 = Na+ + e(NH3)x第十五张，P

10、PT共五十五页，创作于2022年6月（3）氨的化学性质弱碱性：NH3 结合 H+ 的能力强于 H2O，能使其水溶液中 电离出 OH，所以具有碱性。2NH3 + H2O NH4+ + OH，Kb = 1.810-5还原性：NH3 分子中 N 处于最低氧化态，因此，具有还 原性，能与许多氧化剂反应。4NH3 + 3O2 N2 + 6H2O400 C4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O800 CPt-Rh2NH3 + 3Cl2 N2 + 6HCl2NH3 + 3CuO 3Cu + N2 + 3H2O第十六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月配位性：NH3 可提供N原子上的孤电子对作为配体

11、形成 配离子。Ag + 2NH3 Ag(NH3)2+Zn + 4NH3 Zn(NH3)4+BF3 + NH3 F3BNH3取代性：NH3 中 H 原子可被其他原子或原子团取代。4NH3 + COCl2 = CO(NH2)2 + 2NH4Cl2NH3 + HgCl2 = HgNH2Cl2 + NH4Cl2NH3 + 2Na = 2NaNH2 + H2这类反应与水解反应相似，称为氨解反应。第十七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月（4）氨的制备实验室制备：在实验室，通常将铵盐与 CaO 或Ca(OH)2 共热来制氨。(NH4)2SO4 + CaO CaSO4 + 2NH3 + H2O2NH4

12、Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2NH3 + 2H2O工业制备：工业上氨的制备是用 N2 和 H2 在高温高压和催化剂存在下合成。N2 + 3H2 2NH3催化剂高温、高压 德国物理化学家，因发明用 N2 和 H2 直接合成 NH3 的方法，获1918年诺贝尔化学奖 .Fritz Haber第十八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月（5）氨的用途NH3CH4H2OO2,COCl2HXHNO3HCN(NH2)2CONH4XPlastics,pigmentsFertilizers,explosivesFertilizers,PlasticsFertilizersX = 1/2SO4

13、, H2PO4第十九张，PPT共五十五页，创作于2022年6月NH4+ 的结构模型 铵盐 NH4+ 中 N 原子采取 sp3 杂化， 与 H 原子形成四个键，其中 一个是配位键，离子的几何 构型为四面体。 NH4+ 是 Na+ 的等电子体，半径为 143 pm，铵盐的性质 与碱金属盐相似，一般都是无色晶体，易溶于水。由于 NH3 的弱碱性，铵盐都易水解。第二十张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 铵盐受热易分解，分解产物与阴离子对应的酸的氧化性、 挥发性以及分解温度有关，通常有以下几种情况：1）具有挥发性的非氧化性酸的铵盐，分解产物为 NH3 和 相应的酸。NH4HCO3 NH3 + C

14、O2 + H2ONH4Cl NH3 + HCl2）无挥发性的非氧化性酸的铵盐，分解产物为 NH3 和酸 式盐或酸。(NH4)2SO4 NH3 + NH4HSO4(NH4)3PO4 3NH3 + H3PO4第二十一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月3）具有氧化性酸的铵盐，分解产物为 N2 或氮的氧化物。NH4NO3 N2 + 2H2O + 1/2O2NH4NO3 N2O + 2H2O573 C2(NH4)2CrO4 2NH3 + N2 + Cr2O5 + 5H2ONH4+ 的检验 在含有的溶液中加入强碱可生成能使红色石蕊试纸变蓝 的，这是检出常用的方法。 NH4+ 也可用奈斯勒试剂（K2

15、HgI4 和 KOH 的混合液） 检验，微量的NH4+ 遇奈斯勒试剂会生成红棕色沉淀。第二十二张，PPT共五十五页，创作于2022年6月17.3.2 氮的氧化物 氮和氧结合能形成 N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 等多种化合物（见下页表）。 一氧化氮 (NO) 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”。 NO 的分子轨道式为：第二十三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月+1 +2 +3 +4 +4 +5 氧化二氮 一氧化氮 三氧化氮 二氧化氮 四氧化二氮 五氧化二氮化学式 名 称 N

16、2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5氧化数 结 构性 状无色有甜味气体，易溶于水 无色气体液态呈蓝色，固态呈无色红棕色气体 蓝色固体液体呈浅蓝色无色气体 无色固体 化 学性 质稳定 反应活性适中 强氧化性 室温下分解成 NO和 NO2 强烈分解成 NO2 不稳定 氮的氧化物的性质和结构 第二十四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月实验室通常用铜与稀硝酸反应来制备 NO。 NO 的化学反应 常温下，NO 能与 O2、F2、Cl2、Br2 等反应，其中与氧的反应极易发生，产生红棕色 NO2 气体。2NO + O2 = 2NO22NO + Cl2 = 2NOCl2 由于分子中有孤电

17、子对存在，所以 NO 能与金属离子形成配合物。FeSO4 + NO = Fe(NO)SO4 NO 的制备3Cu + 8HNO3 (稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O第二十五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 我们知道汽车尾气中的 NO 会造成大气的公害. 大气中的氧可将 NO 氧化为 NO2，但在低浓度条件下的氧化速率极慢. 这使得某些大都市上空的 “光化学烟雾” 长期弥漫， NO 是造成光化学烟雾的祸首。“天不转地在转”，这个祸首当今竟成了 “明星” 。目前，风靡市场的伟哥就是因为能够产生海绵体所需的 NO 而起作用的。NO 气体还具有治疗哮喘和关节炎，抵御肿瘤，

18、杀死感性细菌、真菌和寄生虫的能力。三位美国药理学家由于发现 NO 的药理作用而获得 1998 年诺贝尔医学奖。R. F. FurchgottL. J. Ignarro F. Murad神奇的一氧化氮“两面人”诺贝尔奖章第二十六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 二氧化氮 (NO2) NO2 是一种红棕色的有毒气体，N2O4 是二氧化氮的二 聚体，是无色气体，极易分解成 NO2。NO2 在 150 开始分解成 NO 和 O2。2NO2 (g) = 2NO + O2 NO2 中 N 处于中间氧化态，所以既具有氧化性又有还 原性，以氧化性为主，NO2 能与水反应。 2NO2 + H2O =

19、HNO3 + HNO2 实验室通常用铜与浓硝酸反应来制备 NO2。 Cu + 4HNO3 (浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O第二十七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月17.3.3 氮的含氧酸及盐 亚硝酸及其盐 HNO2 中 N 采取 sp2 杂化，形成一个单键和一个双键。 HNO2 具有顺式和反式两种结构。研究证明：常温下 反式比顺式更稳定。NO2- 中 N 采取 sp2 杂化，形成两 个键和一个3 键，几何构型为 “V” 字形 498.2 pm139.2 pm118.5 pm95.8 pm143.2 pm117.0 pm 亚硝酸的结构 顺式反式NO2- 的结构第

20、二十八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 亚硝酸的弱酸性：亚硝酸是弱酸，但酸性略强于乙酸。HNO2 H+ + NO2-, Ka = 510-4 由于分子中 N 处于中间氧化态，HNO2 或既具有氧化性 又有还原性，且以氧化性为主。2HNO2 + 2HI = 2NO + I2 + 2H2O5NO2- + 2MnO4- + 6H+ = 5NO3- + 2Mn2+ + 3H2O 亚硝酸及亚硝酸盐的生成:NO + NO2 + H2O 2HNO2冷冻Pb (粉) + NaNO3 PbO + NaNO2氧化剂还原剂第二十九张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 硝酸及其盐 硝酸是重要的工业三酸

21、之一，是制造炸药、硝酸盐和 许多其他化学品的重要原料。纯硝酸的密度为1.524 gmL-1，可以与水以任意比例混合。 HNO3 分子中 N 采取 sp2 杂化，形成 4 个 键和一个 3 键，是一对称性较低的平面分子，NO3- 中 N 采取 sp2 杂化，形成 3 个键和一个4 键，空间构型呈平 面三角形，对称性较高。 46硝酸分子的结构 硝酸根离子的结构第三十张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 纯硝酸是无色液体，易挥发，见光或受热易分解。4HNO3 = 4NO2 + O2 + 2H2O 氧化性：由于硝酸分子中N处于最高氧化态，加之不稳 定易分解放出 NO2 和 O2，所以 HNO3

22、具有很强的氧化 性，能与众多的金属和非金属反应，反应产物与硝酸浓 度及金属活泼性有关。（1）硝酸与非金属反应3C + 4HNO3 (稀) 3CO2 + 4NO + 2H2O C + 4HNO3 (浓) CO2 + 4NO2 + 2H2O第三十一张，PPT共五十五页，创作于2022年6月（2）硝酸与不活泼金属反应3Cu + 8HNO3 (稀) 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2OAg + 2HNO3 (浓) AgNO3 + NO2 + H2O（3）硝酸与活泼金属反应 硝酸的还原产物随浓度变化较复杂，一般还原产物有以下几种情况： M +HNO3 (12 16 molL-1)NO2HNO3

23、(6 8 molL-1)NOHNO3 ( 2 molL-1)N2OHNO3 ( Kb3，所以溶液显酸性，溶液中 H+ 的浓度可以用下列近似公式计算： H+ Ka1 Ka2= 2.210-5 molL-1故： pH = 4.66第四十三张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 Na2HPO4 的两性：Na2HPO4 溶液中也存在两个平衡。HPO42- + H2O H2PO4- + OH-Kb2 = 1.610-7HPO42- + H2O PO43- + H3O+Ka3 = 4.510-13 因为 Kb2 Ka3，所以溶液显碱性，溶液中 H+ 的浓度可以用下列近似公式计算： H+ Ka2 Ka3

24、= 1.710-10 molL-1故： pH = 9.77 而 Na3PO4 溶液中只有 PO43- 的水解，对于 0.1 molL-1 的Na3PO4 溶液，其 OH- 离子浓度为：OH+= 3.710-2 molL-1故： pH = 12.57第四十四张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 PO43- 的鉴定PO43- + 3NH4+ + 12MoO42- + 24H+ = (NH4)3PO4 12MoO3 6H2O(黄) + 6H2O 焦磷酸及其盐 两分子 H3PO4 脱去一分子 H2O 后生成一分子的焦磷酸 H4P2O7，常温下焦磷酸是无色晶体，易溶于水，在酸 性溶液中水解生成磷酸

25、。H2P2O7 + H2O = 2H3PO4 焦磷酸盐与磷酸盐相似，多数难溶于水，Ag3PO4 为黄 色沉淀，但 Ag4P2O7 为白色难溶盐。所以，可以用 Ag+ 来鉴别 PO43- 与 P2O74- 离子。第四十五张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 磷的卤化物 磷有两种类型的卤化物，PX5 和 PX3，但 PI5 不易生成。2P + 3X2 (少量) = 2PX3 (除 F 外)2P + 3X2 (过量) = 2PX5 (除 I 外) 在 PX3 分子中，P 采取 sp3 杂化，与X原子形成三个 键，剩余一条 sp3 杂化轨道被孤对电子占据，所以分子 的几何构型为三角锥形。PX5

26、分子中 P 原子采取 sp3d 杂化，与 X 原子形成五个 键，分子的几何构型为三 角双锥。PX3PX5第四十六张，PPT共五十五页，创作于2022年6月 PX3 容易与氧气和硫反应，分别生成三卤氧化磷 (POX3) 和三卤硫化磷 (PSX3)。2PF3 + O2 = 2POF3PBr3 + S = PSBr3 PX3 和 PX5 都极易水解，也易与醇类反应。PCl3 + 3H2O = H3PO3 + 3HClPCl5 + H2O = POCl3 + 2HClPOCl3 + 3H2O = H3PO4 + 3HClPCl5 + ROH = POCl3 + RCl + HCl 磷的卤化物中以 PC

27、l3 和 PCl5 为最重要。PCl3 在室温下 是无色液体，在潮湿空气中强烈发烟。PCl5 是一种白色 晶体。第四十七张，PPT共五十五页，创作于2022年6月17.5 砷、锑、铋的化合物17.5.1 氢化物17.5.2 氧化物17.5.3 氢氧化物17.5.4 砷、锑、铋的盐17.5.5 砷、锑、铋的硫化物第四十八张，PPT共五十五页，创作于2022年6月17.5.1 氢化物 砷、锑、铋的氢化物都是无色剧毒气体。 胂（AsH3）在缺氧条件下受热分解成砷，析出的砷沉积 在玻璃上形成有金属光泽的“砷镜”（溶于 NaClO），这 是用于检验砷中毒的马氏试砷法，检出限为 0.007 mg。2AsH

28、3 2As + 3H25NaClO + 2As + 3H2O = 2H3AsO4 + 5NaClAsH3 SbH3 BiH3稳定性降低酸性和还原性增强第四十九张，PPT共五十五页，创作于2022年6月17.5.2 氧化物 砷、锑、铋有氧化数为 +3 和 +5 两个系列的氧化物。 As2O3（白色） As2O5（白色） Sb2O3（白色） Sb2O5（淡红色） Bi2O3（黑色） Bi2O5（红棕色） 三氧化二砷（俗称砒霜）为白色粉末状剧毒物，致死量 约为 0.1 g。微溶于水，溶解后生成亚砷酸（H3AsO3）。 是两性偏酸性氧化物，易溶于碱生成亚砷酸盐，溶于浓 盐酸生成 As (III) 盐。 As2O3 + 6