北師大版無機化學第16章氮磷砷[北]

1、第第16章章 氮氮 磷磷 砷砷Chapter 16 Nitrogen, Phosphorus and Arsenic本章教學要求本章教學要求 1重點掌握氮和磷的單質及其氫化物、鹵化重點掌握氮和磷的單質及其氫化物、鹵化物、氧化物、含氧酸及其鹽的結構、性質、制備物、氧化物、含氧酸及其鹽的結構、性質、制備和應用。和應用。 2了解砷的重要化合物的性質和應用。了解砷的重要化合物的性質和應用。 16.1 元素的基本性質元素的基本性質 16.4 砷及其化合物砷及其化合物 16.3 磷及其化合物磷及其化合物 16.2 氮和氮的化合物氮和氮的化合物氮族元素在周期表中的位置一、氮一、氮 是大氣的主要成分，大規(guī)模制

2、備是通過分餾液態(tài)空氣實現(xiàn)是大氣的主要成分，大規(guī)模制備是通過分餾液態(tài)空氣實現(xiàn) 的。但的。但因需求量太大仍然促使人們謀求建立某種成本更低的制備工藝。因需求量太大仍然促使人們謀求建立某種成本更低的制備工藝。惰性氣氛手套箱惰性氣氛手套箱氮氮-氧膜分離器示意圖氧膜分離器示意圖 t/ 化合物化合物 t/ 化合物化合物 +6。55 環(huán)己烷環(huán)己烷 - 63。5 氯仿氯仿 0。00 水水 - 83。6 乙酸乙酯乙酸乙酯 - 8。6 水楊酸甲酯水楊酸甲酯 - 96。7 二氯甲烷二氯甲烷 - 22。95 四氯化碳四氯化碳 - 126。6 甲基環(huán)己烷甲基環(huán)己烷 - 45。2 氯苯氯苯 - 160 己戊烷己戊烷 可作低

3、溫恒溫浴的化合物舉例可作低溫恒溫浴的化合物舉例16.2 氮和氮的化合物氮和氮的化合物 16.2.1 氮氮(Nitrogen) 1、用途、用途: 大的用途是用于制造氮肥、其他含氮化合物和作保護氣體。大的用途是用于制造氮肥、其他含氮化合物和作保護氣體。高純高純N2要進一步除水和氧。液氮要進一步除水和氧。液氮 ( b.p. -196 )是一種重要的致冷劑。是一種重要的致冷劑。 3、氧化態(tài)、氧化態(tài) 氮是氧化態(tài)變化最多的元素之一，而且?guī)缀跛醒趸茄趸瘧B(tài)變化最多的元素之一，而且?guī)缀跛醒趸瘧B(tài)都存在相對穩(wěn)定的物種態(tài)都存在相對穩(wěn)定的物種. 由由 N2 合成合成 氮化合物總是先將其還原為最低氧化態(tài)的氮化合物

4、總是先將其還原為最低氧化態(tài)的 NH3，高高于于 - -3 氧化態(tài)化合物的合成總是采取迂回路線而不是直接實現(xiàn)的氧化態(tài)化合物的合成總是采取迂回路線而不是直接實現(xiàn)的 。氧化態(tài)氧化態(tài) 實例實例 氧化態(tài)氧化態(tài) 實例實例 -3 NH3 ， Li3N +1 N2O -2 N2H4 +2 NO -1 NH2OH +3 N2O3, HNO2, NO2- -1/3 HN3 +4 NO2 0 N2 +5 N2O5, HNO3, NO3- 2、 實驗室制法實驗室制法 加熱飽和的亞硝酸鈉和氯化銨的混合溶液加熱飽和的亞硝酸鈉和氯化銨的混合溶液,其反應為其反應為: NH4Cl+NaNO2 = NH4NO2 + NaClOH

5、N222OHOCrNOCrNH23227224)( 問題問題1、N最大配位數(shù)？最大配位數(shù)？ 2、為什么呈現(xiàn)多變氧化態(tài)？、為什么呈現(xiàn)多變氧化態(tài)？還還 原原氧氧 化化反應方向反應方向某些重要含氮物種之間的轉換關系某些重要含氮物種之間的轉換關系1m221m22molkJ351 NeNmolkJ153 NeNHHN2 的穩(wěn)定性：的穩(wěn)定性： 所以它既難氧化也難還原所以它既難氧化也難還原. 但這種穩(wěn)定又是相對的但這種穩(wěn)定又是相對的: 豆科植物根部可固氮豆科植物根部可固氮(是人們每年是人們每年 合成的合成的 40 倍倍) 金屬鋰在空氣中可生成金屬鋰在空氣中可生成 1:2 的的Li2O 和和 Li3N 黑色殼

6、黑色殼 雷電下，空氣中的雷電下，空氣中的 N2 和和 O2 合化合合化合 成氮的氧化物成氮的氧化物 光催化合成：光催化合成： TiO2, C2H2, hv 313K, 101kPa4NH3 + 3O22N2(air) + 6H2O閱讀材料閱讀材料化學模擬生物固氮化學模擬生物固氮 ATP ATP 脫磷酸化生成脫磷酸化生成ADPADP與與N N2 2還原為還原為NHNH4 4+ +兩種過程的偶聯(lián)兩種過程的偶聯(lián)模擬生物固氮模擬生物固氮 研究常溫常壓下固氮的途徑是模擬根瘤菌中研究常溫常壓下固氮的途徑是模擬根瘤菌中固氮酶的組成、結構和固氮過程固氮酶的組成、結構和固氮過程. 由于生物圈不由于生物圈不存在高

7、溫高壓催化強化反應的條件，采取了一條存在高溫高壓催化強化反應的條件，采取了一條全然不同而且更為迂回復雜的路線合成氨全然不同而且更為迂回復雜的路線合成氨. 生物生物固氮以固氮以 ATP為還原劑，相關的半反應為：為還原劑，相關的半反應為： N2 + 16 MgATP + 8 e- 2 NH3 + 16 MgADP + 16 Pi + H2+ 8H+固氮酶固氮酶MoFeMoFe7 7S S8 8 蛋白結構示意圖蛋白結構示意圖ATP：腺苷三磷酸，腺苷三磷酸，ADP：腺苷二磷酸腺苷二磷酸化學固氮：化學固氮： 通過過渡金屬的分子氮配合物活化通過過渡金屬的分子氮配合物活化 NN 鍵：鍵： 1965年年 Ru(NH3)5(H2O)2+(aq) + N2(g) Ru(NH3)5(N2)2+(aq) + H2O(l) 1995年年 2 Mo(NRAr)3 + N2 (ArRN)3MoN=NMo(NRAr)3 2 (ArRN)3MoN 1998年年 W(PMe2Ph)4(N2)2 + RuCl( 2-H2)(dppp)X NH3 (產(chǎn)率達產(chǎn)率達55%)常壓常壓55常壓常壓, Sb3+ Bi3+離子半徑離子半徑 /pm 58 76 103附加極化力附加極化力 As3+ Sb3