氮族元素課件精品課件

1、關于氮族元素第一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)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 族第二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月元素氮 (N)磷 (P)砷 (As)銻 (Sb)鉍 (Bi)原子序數(shù)715335183電子構型He2s22p3Ne2s22p3Ar2s22p3Kr2s22p3Xe2s22p3原子量14.0130.9774.92121.76208.98半徑/pm70110121141146第一電離能(kJmol-1)14021012944832703電子親和能(kJmol-1)-6.7571.0777101100電負性3.042.192.182.052.0

2、2 氮族元素的基本性質(zhì) 第三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月17.2 氮族元素的單質(zhì)17.2.1 氮17.2.2 磷17.2.3 砷、銻、鉍第四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月17.2.1 氮 氮氣是大氣的主要成分，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。 最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 N2 要進一步除水和氧。液氮(b.p. 196 C) 是一種重要的致冷劑。 氮氣概述惰性氣氛手套箱第五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 N2 分子模型 N 原子的價電子構型為 2s2 2p3，在

3、N2 形成時，兩個氮原子之間形成 1 個鍵和 2 個鍵，所以結構式表示為 :N N: 。 氮的結構 氮的性質(zhì) 在一般情況下，N2 的化學性質(zhì)穩(wěn)定，不易于與其他物質(zhì)發(fā)生反應，但常溫下可與金屬鋰直接反應生成 Li3N，高溫時能和 Mg、Ca、Ba、Al、B、Si 等化合生成氮化物。2B + N2 2BN6Li + N2 = 2Li3N高溫第六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月17.2.1 磷 磷的同素異形體磷有多種同素異形體，常見的有白磷，黑磷和紅磷三種。白磷黑磷紅磷白磷為無色透明晶體，劇毒，至死量為 0.1 g，不溶于水，易溶于 CS2 中。黑磷是以白磷為原料在 220，1.216109

4、Pa下制成的，其結構和石墨相似，不溶于有機溶劑。紅磷為暗紅色固體，無毒，不溶于水、堿和 CS2 中。經(jīng)測定，磷的相對分子質(zhì)量相當于分子式 P4。第七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 磷的化學反應 常溫下，紅磷的化學性質(zhì)比較穩(wěn)定，白磷卻有很高的 化學活性，在空氣中燃燒生成 P4O6 和 P4O10，氧氣充 分時，生成物以 P4O10 為主。 2P + 3X2 = 2PX3 PX3 + 3X2 = 2PX5 磷與鹵素、硫都能直接化合，生成相應的化合物： 4P + 3S = P4S3 (P4S6, P4S10) 白磷和堿作用，發(fā)生歧化反應，生成膦和次磷酸鹽。P4 + 3NaOH + 3H2

5、O = PH3 + 3NaH2PO4第八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 白磷能將 Au、Ag、Cu 等從它的鹽溶液中還原出來。11P + 15CuSO4 + 24H2O = 5Cu3P + 6H3PO4 + 15H2SO42P + 5CuSO4 + 8H2O = 5Cu + 2H3PO4 + 5H2SO4 磷還能與氧化性酸反應。P + 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O3P + 5HNO3(稀) + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO所以，工業(yè)上用磷與 HNO3 反應制備 H3PO4。第九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月17.2.3 砷、銻、鉍 砷和

6、銻各有灰、黃、黑三種同素異形體，而鉍沒有。 常溫常壓下，單質(zhì)砷、銻、鉍均為固體。 砷是非金屬，銻、鉍是金屬，但熔點較低且易揮發(fā)。 一般金屬熔化時導電性能降低，鉍卻相反，固體鉍的 導電性僅為液體的 48% 左右。 砷、銻、鉍概述第十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 砷、銻、鉍的化學反應 通常狀況下，砷、銻、鉍在水和空氣中比較穩(wěn)定，不溶 于稀酸和非氧化性酸，但能與 HNO3、熱濃H2SO4 及王 水反應。2As + 3H2SO4 (熱、濃) = As2O3 + 3SO2 + 3H2O 2Sb + 6H2SO4 (熱、濃) = Sb2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 2Bi + 6

7、H2SO4 (熱、濃) = Bi2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 3As + 5HNO3 = 3H3AsO4 + 5NO3Sb + 5HNO3 + 8H2O = 3H3Sb(OH)6 + 5NO3Bi + 4HNO3 = Bi(NO3)3 + NO + 2H2O第十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 高溫下，砷、銻、鉍能和氧、硫、鹵素反應，產(chǎn)物一 般是 + 3 價，與氟反應，產(chǎn)物是 + 5 價。 4As + 3O2 = 2As2O32As + 3Cl2 = 2AsCl32As + 5F2 = 2AsF5 銻、鉍都不與堿反應，但砷可與熔融堿反應。2As + 6NaOH (熔融

8、) = 2Na3AsO3 + 3H2第十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月17.3 氮的化合物17.3.1 氮的氫化物17.3.2 氮的氧化物17.3.3 氮的含氧酸及鹽第十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月17.3.1 氮的氫化物 氨 (NH3)（1）氨的結構 在 NH3 分子中，N 原子采取不等性 sp3 雜化，三個 sp3 雜化軌道與 H 原子的 1s 軌道重疊形成三個鍵，剩余一個雜化軌道被孤對電子占據(jù)，不能成鍵。由于孤電子對的排斥作用，NH 鍵間的夾角不是 10928，而是 10718。分子呈三角錐形。因此 NH3 是結構不對稱的極性分子。NH3 分子的結構 第十四

9、張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）氨的物理性質(zhì) 氨是一種具有刺激性臭味的無色氣體，由于分子間有氫鍵，所以熔、沸點高于同族磷的氫化物膦（PH3）；易液化，蒸發(fā)熱高，常被用作冷凍機的循環(huán)致冷劑。氨極易溶于水，常壓 298 K 時，在水中的溶解度為1 : 700（體積比）。液氨的介電常數(shù)為 26.7，是一種極性非水溶劑。與水相似，液氨也能發(fā)生自偶電離。 2NH3 NH4+ + NH2- 液氨能溶解堿金屬，堿土金屬等活潑金屬，形成的稀溶液均呈淡藍色，并具有順磁性、導電性和強還原性，這些性質(zhì)是由于溶液中有“氨合電子”而引起的。 Na + xNH3 = Na+ + e(NH3)x第十五張，P

10、PT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）氨的化學性質(zhì)弱堿性：NH3 結合 H+ 的能力強于 H2O，能使其水溶液中 電離出 OH，所以具有堿性。2NH3 + H2O NH4+ + OH，Kb = 1.810-5還原性：NH3 分子中 N 處于最低氧化態(tài)，因此，具有還 原性，能與許多氧化劑反應。4NH3 + 3O2 N2 + 6H2O400 C4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O800 CPt-Rh2NH3 + 3Cl2 N2 + 6HCl2NH3 + 3CuO 3Cu + N2 + 3H2O第十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月配位性：NH3 可提供N原子上的孤電子對作為配體

11、形成 配離子。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團取代。4NH3 + COCl2 = CO(NH2)2 + 2NH4Cl2NH3 + HgCl2 = HgNH2Cl2 + NH4Cl2NH3 + 2Na = 2NaNH2 + H2這類反應與水解反應相似，稱為氨解反應。第十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（4）氨的制備實驗室制備：在實驗室，通常將銨鹽與 CaO 或Ca(OH)2 共熱來制氨。(NH4)2SO4 + CaO CaSO4 + 2NH3 + H2O2NH4

12、Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2NH3 + 2H2O工業(yè)制備：工業(yè)上氨的制備是用 N2 和 H2 在高溫高壓和催化劑存在下合成。N2 + 3H2 2NH3催化劑高溫、高壓 德國物理化學家，因發(fā)明用 N2 和 H2 直接合成 NH3 的方法，獲1918年諾貝爾化學獎 .Fritz Haber第十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（5）氨的用途NH3CH4H2OO2,COCl2HXHNO3HCN(NH2)2CONH4XPlastics,pigmentsFertilizers,explosivesFertilizers,PlasticsFertilizersX = 1/2SO4

13、, H2PO4第十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月NH4+ 的結構模型 銨鹽 NH4+ 中 N 原子采取 sp3 雜化， 與 H 原子形成四個鍵，其中 一個是配位鍵，離子的幾何 構型為四面體。 NH4+ 是 Na+ 的等電子體，半徑為 143 pm，銨鹽的性質(zhì) 與堿金屬鹽相似，一般都是無色晶體，易溶于水。由于 NH3 的弱堿性，銨鹽都易水解。第二十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 銨鹽受熱易分解，分解產(chǎn)物與陰離子對應的酸的氧化性、 揮發(fā)性以及分解溫度有關，通常有以下幾種情況：1）具有揮發(fā)性的非氧化性酸的銨鹽，分解產(chǎn)物為 NH3 和 相應的酸。NH4HCO3 NH3 + C

14、O2 + H2ONH4Cl NH3 + HCl2）無揮發(fā)性的非氧化性酸的銨鹽，分解產(chǎn)物為 NH3 和酸 式鹽或酸。(NH4)2SO4 NH3 + NH4HSO4(NH4)3PO4 3NH3 + H3PO4第二十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3）具有氧化性酸的銨鹽，分解產(chǎn)物為 N2 或氮的氧化物。NH4NO3 N2 + 2H2O + 1/2O2NH4NO3 N2O + 2H2O573 C2(NH4)2CrO4 2NH3 + N2 + Cr2O5 + 5H2ONH4+ 的檢驗 在含有的溶液中加入強堿可生成能使紅色石蕊試紙變藍 的，這是檢出常用的方法。 NH4+ 也可用奈斯勒試劑（K2

15、HgI4 和 KOH 的混合液） 檢驗，微量的NH4+ 遇奈斯勒試劑會生成紅棕色沉淀。第二十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月17.3.2 氮的氧化物 氮和氧結合能形成 N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5 等多種化合物（見下頁表）。 一氧化氮 (NO) NO 是單電子分子。一般含有單電子的分子是有顏色的，而且不穩(wěn)定，但 NO 既是無色氣體又較穩(wěn)定，因此，有人稱之為“穩(wěn)定的自由基”。 NO 的分子軌道式為：第二十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)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 五氧化二氮化學式 名 稱 N

16、2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5氧化數(shù) 結 構性 狀無色有甜味氣體，易溶于水 無色氣體液態(tài)呈藍色，固態(tài)呈無色紅棕色氣體 藍色固體液體呈淺藍色無色氣體 無色固體 化 學性 質(zhì)穩(wěn)定 反應活性適中 強氧化性 室溫下分解成 NO和 NO2 強烈分解成 NO2 不穩(wěn)定 氮的氧化物的性質(zhì)和結構 第二十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月實驗室通常用銅與稀硝酸反應來制備 NO。 NO 的化學反應 常溫下，NO 能與 O2、F2、Cl2、Br2 等反應，其中與氧的反應極易發(fā)生，產(chǎn)生紅棕色 NO2 氣體。2NO + O2 = 2NO22NO + Cl2 = 2NOCl2 由于分子中有孤電

17、子對存在，所以 NO 能與金屬離子形成配合物。FeSO4 + NO = Fe(NO)SO4 NO 的制備3Cu + 8HNO3 (稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O第二十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 我們知道汽車尾氣中的 NO 會造成大氣的公害. 大氣中的氧可將 NO 氧化為 NO2，但在低濃度條件下的氧化速率極慢. 這使得某些大都市上空的 “光化學煙霧” 長期彌漫， NO 是造成光化學煙霧的禍首?！疤觳晦D地在轉”，這個禍首當今竟成了 “明星” 。目前，風靡市場的偉哥就是因為能夠產(chǎn)生海綿體所需的 NO 而起作用的。NO 氣體還具有治療哮喘和關節(jié)炎，抵御腫瘤，

18、殺死感性細菌、真菌和寄生蟲的能力。三位美國藥理學家由于發(fā)現(xiàn) NO 的藥理作用而獲得 1998 年諾貝爾醫(yī)學獎。R. F. FurchgottL. J. Ignarro F. Murad神奇的一氧化氮“兩面人”諾貝爾獎章第二十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 二氧化氮 (NO2) NO2 是一種紅棕色的有毒氣體，N2O4 是二氧化氮的二 聚體，是無色氣體，極易分解成 NO2。NO2 在 150 開始分解成 NO 和 O2。2NO2 (g) = 2NO + O2 NO2 中 N 處于中間氧化態(tài)，所以既具有氧化性又有還 原性，以氧化性為主，NO2 能與水反應。 2NO2 + H2O =

19、HNO3 + HNO2 實驗室通常用銅與濃硝酸反應來制備 NO2。 Cu + 4HNO3 (濃) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O第二十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月17.3.3 氮的含氧酸及鹽 亞硝酸及其鹽 HNO2 中 N 采取 sp2 雜化，形成一個單鍵和一個雙鍵。 HNO2 具有順式和反式兩種結構。研究證明：常溫下 反式比順式更穩(wěn)定。NO2- 中 N 采取 sp2 雜化，形成兩 個鍵和一個3 鍵，幾何構型為 “V” 字形 498.2 pm139.2 pm118.5 pm95.8 pm143.2 pm117.0 pm 亞硝酸的結構 順式反式NO2- 的結構第

20、二十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 亞硝酸的弱酸性：亞硝酸是弱酸，但酸性略強于乙酸。HNO2 H+ + NO2-, Ka = 510-4 由于分子中 N 處于中間氧化態(tài)，HNO2 或既具有氧化性 又有還原性，且以氧化性為主。2HNO2 + 2HI = 2NO + I2 + 2H2O5NO2- + 2MnO4- + 6H+ = 5NO3- + 2Mn2+ + 3H2O 亞硝酸及亞硝酸鹽的生成:NO + NO2 + H2O 2HNO2冷凍Pb (粉) + NaNO3 PbO + NaNO2氧化劑還原劑第二十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 硝酸及其鹽 硝酸是重要的工業(yè)三酸

21、之一，是制造炸藥、硝酸鹽和 許多其他化學品的重要原料。純硝酸的密度為1.524 gmL-1，可以與水以任意比例混合。 HNO3 分子中 N 采取 sp2 雜化，形成 4 個 鍵和一個 3 鍵，是一對稱性較低的平面分子，NO3- 中 N 采取 sp2 雜化，形成 3 個鍵和一個4 鍵，空間構型呈平 面三角形，對稱性較高。 46硝酸分子的結構 硝酸根離子的結構第三十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 純硝酸是無色液體，易揮發(fā)，見光或受熱易分解。4HNO3 = 4NO2 + O2 + 2H2O 氧化性：由于硝酸分子中N處于最高氧化態(tài)，加之不穩(wěn) 定易分解放出 NO2 和 O2，所以 HNO3

22、具有很強的氧化 性，能與眾多的金屬和非金屬反應，反應產(chǎn)物與硝酸濃 度及金屬活潑性有關。（1）硝酸與非金屬反應3C + 4HNO3 (稀) 3CO2 + 4NO + 2H2O C + 4HNO3 (濃) CO2 + 4NO2 + 2H2O第三十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）硝酸與不活潑金屬反應3Cu + 8HNO3 (稀) 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2OAg + 2HNO3 (濃) AgNO3 + NO2 + H2O（3）硝酸與活潑金屬反應 硝酸的還原產(chǎn)物隨濃度變化較復雜，一般還原產(chǎn)物有以下幾種情況： M +HNO3 (12 16 molL-1)NO2HNO3

23、(6 8 molL-1)NOHNO3 ( 2 molL-1)N2OHNO3 ( Kb3，所以溶液顯酸性，溶液中 H+ 的濃度可以用下列近似公式計算： H+ Ka1 Ka2= 2.210-5 molL-1故： pH = 4.66第四十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 Na2HPO4 的兩性：Na2HPO4 溶液中也存在兩個平衡。HPO42- + H2O H2PO4- + OH-Kb2 = 1.610-7HPO42- + H2O PO43- + H3O+Ka3 = 4.510-13 因為 Kb2 Ka3，所以溶液顯堿性，溶液中 H+ 的濃度可以用下列近似公式計算： H+ Ka2 Ka3

24、= 1.710-10 molL-1故： pH = 9.77 而 Na3PO4 溶液中只有 PO43- 的水解，對于 0.1 molL-1 的Na3PO4 溶液，其 OH- 離子濃度為：OH+= 3.710-2 molL-1故： pH = 12.57第四十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 PO43- 的鑒定PO43- + 3NH4+ + 12MoO42- + 24H+ = (NH4)3PO4 12MoO3 6H2O(黃) + 6H2O 焦磷酸及其鹽 兩分子 H3PO4 脫去一分子 H2O 后生成一分子的焦磷酸 H4P2O7，常溫下焦磷酸是無色晶體，易溶于水，在酸 性溶液中水解生成磷酸

25、。H2P2O7 + H2O = 2H3PO4 焦磷酸鹽與磷酸鹽相似，多數(shù)難溶于水，Ag3PO4 為黃 色沉淀，但 Ag4P2O7 為白色難溶鹽。所以，可以用 Ag+ 來鑒別 PO43- 與 P2O74- 離子。第四十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 磷的鹵化物 磷有兩種類型的鹵化物，PX5 和 PX3，但 PI5 不易生成。2P + 3X2 (少量) = 2PX3 (除 F 外)2P + 3X2 (過量) = 2PX5 (除 I 外) 在 PX3 分子中，P 采取 sp3 雜化，與X原子形成三個 鍵，剩余一條 sp3 雜化軌道被孤對電子占據(jù)，所以分子 的幾何構型為三角錐形。PX5

26、分子中 P 原子采取 sp3d 雜化，與 X 原子形成五個 鍵，分子的幾何構型為三 角雙錐。PX3PX5第四十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 PX3 容易與氧氣和硫反應，分別生成三鹵氧化磷 (POX3) 和三鹵硫化磷 (PSX3)。2PF3 + O2 = 2POF3PBr3 + S = PSBr3 PX3 和 PX5 都極易水解，也易與醇類反應。PCl3 + 3H2O = H3PO3 + 3HClPCl5 + H2O = POCl3 + 2HClPOCl3 + 3H2O = H3PO4 + 3HClPCl5 + ROH = POCl3 + RCl + HCl 磷的鹵化物中以 PC

27、l3 和 PCl5 為最重要。PCl3 在室溫下 是無色液體，在潮濕空氣中強烈發(fā)煙。PCl5 是一種白色 晶體。第四十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月17.5 砷、銻、鉍的化合物17.5.1 氫化物17.5.2 氧化物17.5.3 氫氧化物17.5.4 砷、銻、鉍的鹽17.5.5 砷、銻、鉍的硫化物第四十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月17.5.1 氫化物 砷、銻、鉍的氫化物都是無色劇毒氣體。 胂（AsH3）在缺氧條件下受熱分解成砷，析出的砷沉積 在玻璃上形成有金屬光澤的“砷鏡”（溶于 NaClO），這 是用于檢驗砷中毒的馬氏試砷法，檢出限為 0.007 mg。2AsH

28、3 2As + 3H25NaClO + 2As + 3H2O = 2H3AsO4 + 5NaClAsH3 SbH3 BiH3穩(wěn)定性降低酸性和還原性增強第四十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月17.5.2 氧化物 砷、銻、鉍有氧化數(shù)為 +3 和 +5 兩個系列的氧化物。 As2O3（白色） As2O5（白色） Sb2O3（白色） Sb2O5（淡紅色） Bi2O3（黑色） Bi2O5（紅棕色） 三氧化二砷（俗稱砒霜）為白色粉末狀劇毒物，致死量 約為 0.1 g。微溶于水，溶解后生成亞砷酸（H3AsO3）。 是兩性偏酸性氧化物，易溶于堿生成亞砷酸鹽，溶于濃 鹽酸生成 As (III) 鹽。 As2O3 + 6