第十五章-氮族元素PPT课件
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氮族元素PPT课件全文
NH2OH可与醛、酮形成肟，是聚酰胺纤维和尼龙的中间体
（3） 叠氮酸 HN3
无色液体或气体
12
3
∶N－N＝N∶
1 sp2 杂化 2 sp杂化 π34
H
N2H4+HNO2=HN3+2H2O
NaOH Zn
撞击
NaN3 Zn(N3)2+H2↑
N2↑ +H2↑
AgN3、Cu(N3) 2 、Pb(N3)2 、Hg(N3) 2作为雷管引爆剂 NaN3、KNO3、SiO2为主要成分用于汽车安全气囊
熔点63K，沸点75K，1mL水仅溶0.023mL，标况下密度为1.25g/L
（2）N2分子中1个σ键和2个π键，无未成对电子，反磁性 （3） N2 不活泼，具有特殊的稳定性，常温下不与任何元
素化合，升高温度可促进反应活性
（4）与锂、钙、镁等活泼金属可生成离子型化合物 室温下仅有 6Li + N2 → 2Li3N
2024/8/19
NH2OH 白色固体
N2H4 无色液体
14
联氨 （NH2-NH2，肼）性质
无色发烟液体，熔点275K，沸点386.5K，极性溶剂，与水 互溶，可溶解多种盐，溶液导电性好
热稳定性差（N-N键能小），250 ℃分解为NH3、N2和H2 二元弱碱（碱性小于NH3）
N2H4 + H2O N2H5+ + OH- K1= 1.7×10-6 N2H5+ + H2O N2H6+ + OH- K2= 7.6×10-15 氧化还原性 酸性溶液中强氧化剂，碱性溶液中是强还原剂 配位性 如 Co(N2H4)6Cl2 、 Fe(N2H4)2Cl2
氮族元素
2024/8/19
（3） 叠氮酸 HN3
无色液体或气体
12
3
∶N－N＝N∶
1 sp2 杂化 2 sp杂化 π34
H
N2H4+HNO2=HN3+2H2O
NaOH Zn
撞击
NaN3 Zn(N3)2+H2↑
N2↑ +H2↑
AgN3、Cu(N3) 2 、Pb(N3)2 、Hg(N3) 2作为雷管引爆剂 NaN3、KNO3、SiO2为主要成分用于汽车安全气囊
熔点63K，沸点75K，1mL水仅溶0.023mL，标况下密度为1.25g/L
（2）N2分子中1个σ键和2个π键，无未成对电子，反磁性 （3） N2 不活泼，具有特殊的稳定性，常温下不与任何元
素化合，升高温度可促进反应活性
（4）与锂、钙、镁等活泼金属可生成离子型化合物 室温下仅有 6Li + N2 → 2Li3N
2024/8/19
NH2OH 白色固体
N2H4 无色液体
14
联氨 （NH2-NH2，肼）性质
无色发烟液体，熔点275K，沸点386.5K，极性溶剂，与水 互溶，可溶解多种盐，溶液导电性好
热稳定性差（N-N键能小），250 ℃分解为NH3、N2和H2 二元弱碱（碱性小于NH3）
N2H4 + H2O N2H5+ + OH- K1= 1.7×10-6 N2H5+ + H2O N2H6+ + OH- K2= 7.6×10-15 氧化还原性 酸性溶液中强氧化剂，碱性溶液中是强还原剂 配位性 如 Co(N2H4)6Cl2 、 Fe(N2H4)2Cl2
氮族元素
2024/8/19
无机化学教学15章氮族元素PPT课件
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应；而一氧化氮与氢气反应生成氨气，氮元素从+2价降低到-3价，发
生还原反应。
氮族元素的配位反应
01
02
03
配位键的形成
氮族元素可以与配位体形 成配位键，如氮元素与氢 离子形成配位键。
配位反应的规律
配位反应遵循电子配对原 则，即电子总数为偶数的 电子对。
配位反应的实例
硫酸铵与氢氧化钡反应生 成硫酸钡沉淀和氨气，其 中硫酸根离子中的硫与氢 离子形成配位键。
砷在历史上曾用于制造杀 虫剂、防腐剂和颜料等， 但现在已被禁止或限制使 用，因为其具有剧毒性和 致癌性。
无机化学教学15章氮族元 素ppt课件
02 氮族元素的物理性质
氮族元素的原子结构
氮族元素位于元素周期表第VA 族，包括氮（N）、磷（P）、
砷（As）、锑（Sb）和铋 （Bi）。
氮族元素的原子结构特点是价电 子数为5，最外层电子排布为 ns²np³。
总结
磷的含氧酸和含氧酸盐是无机化学中重要的化合物，它们在自然界 中广泛存在，并具有多种应用，如磷肥可用于农业生产。
砷的含氧酸和含氧酸盐
含氧酸
砷酸、亚砷酸、次砷酸等。
含氧酸盐
砷酸盐、亚砷酸盐、次砷酸盐等。
总结
砷的含氧酸和含氧酸盐在无机化学中具有一定的研究价值， 它们在自然界中广泛存在，并具有潜在的应用前景，如砷 化合物在药物和农药等领域的应用。
由于价电子数相同，氮族元素的 原子半径相近，具有相似的电子
结构和性质。
氮族元素的单质和化合物
氮族元素的单质包括氮气、磷 单质、砷单质等。
氮族元素的化合物种类繁多， 包括氧化物、氢化物、含氧酸 及其盐等。
氮族元素PPT课件
（一） 氨和铵盐
1、 氨的制备
工业制备：ຫໍສະໝຸດ 催化剂N2 + 3 H2 高温、高压 2 NH3
300×105~700×105 Pa，约400~450 ℃
实验室制备: 2 NH4Cl(s) + Ca(OH)2(s) △ CaCl2(s) + 2 NH3↑+ 2 H2O
Mg3N2 + 6 H2O ＝ 3 Mg(OH)2 + 2 NH3↑
氮元素
（二）联氨（肼）
2、 联氨的制备
2 NH3 + C1O－ ＝ N2H4 + C1－ + H2O (NH2)2CO + NaClO + 2 NaOH ＝ N2H4 + NaCl +
高温高压 与氢气反应： N2 + 3 H2 催 化 剂 2 NH3
与氧气反应： 与金属反应：
放电
N2 + O2
2 NO
250℃ 6 Li + N2 △ 2 Li3N
（IA 族）
3 Ca + N2 ＝ Ca3N2 （IIA 族）
氮元素
（三）N2 的制备
1、工业制备 液体空气分馏，氮气先逸出
150×105 Pa 左右压强下钢瓶运输和使用
氮元素
2 、 氨分子的结构
不等性 sp3 杂化，有一对孤电子对 ， 分子呈三角锥形结构，键角变小至 10718’ 。
3、 氨的物理性质
气态：常温常压下是具有刺激性气味的无色气体 溶液：在 20℃ 时 l dm3 水可溶解 700 dm3 氨 液态：2NH3 NH4+ + NH2-
KӨ = 1.9 10-33（－55 ℃)
第十五章氮族元素
共价型
2019年9月11日星期三
氮与非金属元素如C,Si,P等可形成共 价型氮化物，这类化合物中，氮元素 氧化数为-3，如AlN, BN, GaN, Si3N4 等，它们都是大分子物质，熔点高。23
4. 氢叠氮酸 (HN3)
联氨被亚硝酸氧化时便可生成氢叠氮酸 HN3 (或用叠氮酸盐与酸进行复分解反应)： N2H4 + HNO2 ==== 2 H2O + HN3
773K 铁触媒
(NH4)2SO4 (s) + Ca(OH)2 (s) == CaSO4 (s) + 2 NH3↑+ 2H2O
化学性质 还原性反应
配位反应
2019年9月11日星期三
3Cl2+2NH3==N2+6HCl
3Cl2(过量)+NH3==NCl3+3HCl
NH弱3分碱子性中反的应孤电子对取倾代向反于应和别
由于放热很大，因此它及其烃 基衍生物可作为火箭的燃料。
（1）燃烧反应：N2H4(l)＋O2(g)＝N2(g)＋2H2O(l) △H＝-624kJ·mol-1
（2）弱碱性 联氨有两对孤电子对，因此表现出
二元弱碱性，碱性比氨弱：
N2H4＋H2O==N2H5+＋OH- K1＝1.0×10-6(298K)
201N9年29H月151日+＋星期三H2O==N2H62+＋OH-
K2＝9.0×10-16(298K) 20
（3）还原性 在碱性溶液中，联氨具有较强的还 原性，被氧化的产物一般为N2 ，如： N2H4＋4OH-==N2＋4H2O＋4e ф ＝-1.15 V 4CuO＋N2H4＝2Cu2O＋N2↑＋2H2O
201N9年H9月121O日星H期三＋2Fe(OH)2＋H2O＝2Fe(OH)3＋NH3 22
氮族元素.ppt
合成氨
但工业合成用哈伯法:
高温、高压
N2(g)+3H2(g) 催化剂 2NH3(g)
Fritz Haber
1868-1934，德国物理 化学家，因发明氮气 和氨气直接合成氨的 方法，获1918年诺贝 尔化学奖 。
合成氨
1998年两位希腊化学家George Marnellos和Michael Stoukides(阿里 斯多德大学)发明一种合成氨新方法 (Science,2 Oct. 1998)。在常压下,令 H2与用He稀释的N2分别通入一加热 到570oC的以锶-铈-钇-钙钛矿多孔陶 瓷(SCY)为固体电解质的电解池中， 用覆盖在固体电解质内外表面的多 孔钯多晶薄膜的催化，转化为氨， 转化率达到78%！比近一个世纪的 哈伯法合成氨工艺通常转化率为1015%高的多。
配位反应 氮原子上的孤电子对与其它离子或分子形成 共价配，如：[Ag(NH3)2]+和BF3·NH3 都是氨配合物
弱碱性
NH3·H2O的 Kb = 1.810-5，可与酸发生中和反应
氨的衍生物 － 肼(N2H4)
制备：次氯酸钠氧化氨(氨过量)，获得肼的稀溶液
NaClO + 2NH3＝N2H4 + NaCl + H2O 不稳定性：联氨分子中N原子都用 sp3 杂化轨道形成键。
本族元素形成正价的趋势较强，如NF3、PBr5、AsF5、 SbCl5、BiCl3、SbCl3等，形成共价化合物是本族元 素的特征。
氮气的制备
工业上制N2：分馏液态空气。制取高纯N2需将N2通过 灼热铜网以除去O2，通过P2O5除去H2O之后，储入 钢瓶，黑瓶黄字。而O2是蓝瓶黑字，最危险的是H2 瓶，深绿瓶红字。
N2H5+ + H2O ＝ N2H62+ + OH- K2=9.010-16 (H2联9氨8K分子)
第15章-氮族元素ppt课件
NH 4Cl NaNO 2 NaCl 2H2O N2
杂质：NH3 ,NO ,O2 , H2O等
(NH4 )2 Cr2O7 (s) N2 (g) Cr2O3 4H2O
8NH3 3Br2(aq) N2(g) 6NH4Br 2NH3 2CuO(s) N2(g) 3H2O 3Cu
2Na 2NH3 350 C 2NaNH2 H2 2Mg 2NH3 Mg3N2 3H2
K3[Cr(CN)6 ] 3K 液氨 K6[Cr(CN)6 ] K2[M(CN)4 ] 2K 液氨 K4[M(CN)4] (M Ni, Pd, Pt)
4. 氨 参 与 的主要 化 学 反 应
a. 配 位 反 应 : NH3 是Lewis碱
F3B + :NH3 = F3B:NH3
NH3 + HCl → NH4Cl
Zn2 2NH2 Zn(NH2 )2 2NH2 Zn(NH2 )42
3. 形成氨合电子
活泼的碱金属或碱土金属液氨稀溶液呈蓝色, 浓溶液呈青铜色;溶液的导电能力强于任何电解质 溶液,类似金属,顺磁性,强还原性。
M1＋(x＋y)NH3 =M1(NH3)＋y ＋e(NH3)x－（蓝色） M2＋(2x＋y)NH3 =M2(NH3)2＋y ＋2e(NH3)x－（蓝色）
N2 具有很高的稳定性, 实验表明3000℃时 只有0.1%N2 解离.
N2 分子是已知的双原子分子中最稳定的.
15-1-2 N2的化学性质
一. 与活泼金属形成晶格能大的离子型化合物
室温下,N2 仅能与Li反应： 6Li + N2 = 2Li3N
( 有实际意义的反应温度为250℃)
ⅡA族金属都要在加热条件下才能形成氮化物:
第 15 章 氮族元素
杂质：NH3 ,NO ,O2 , H2O等
(NH4 )2 Cr2O7 (s) N2 (g) Cr2O3 4H2O
8NH3 3Br2(aq) N2(g) 6NH4Br 2NH3 2CuO(s) N2(g) 3H2O 3Cu
2Na 2NH3 350 C 2NaNH2 H2 2Mg 2NH3 Mg3N2 3H2
K3[Cr(CN)6 ] 3K 液氨 K6[Cr(CN)6 ] K2[M(CN)4 ] 2K 液氨 K4[M(CN)4] (M Ni, Pd, Pt)
4. 氨 参 与 的主要 化 学 反 应
a. 配 位 反 应 : NH3 是Lewis碱
F3B + :NH3 = F3B:NH3
NH3 + HCl → NH4Cl
Zn2 2NH2 Zn(NH2 )2 2NH2 Zn(NH2 )42
3. 形成氨合电子
活泼的碱金属或碱土金属液氨稀溶液呈蓝色, 浓溶液呈青铜色;溶液的导电能力强于任何电解质 溶液,类似金属,顺磁性,强还原性。
M1＋(x＋y)NH3 =M1(NH3)＋y ＋e(NH3)x－（蓝色） M2＋(2x＋y)NH3 =M2(NH3)2＋y ＋2e(NH3)x－（蓝色）
N2 具有很高的稳定性, 实验表明3000℃时 只有0.1%N2 解离.
N2 分子是已知的双原子分子中最稳定的.
15-1-2 N2的化学性质
一. 与活泼金属形成晶格能大的离子型化合物
室温下,N2 仅能与Li反应： 6Li + N2 = 2Li3N
( 有实际意义的反应温度为250℃)
ⅡA族金属都要在加热条件下才能形成氮化物:
第 15 章 氮族元素
化学课件《氮族元素》优秀ppt1 人教课标版
83Bi
2,8,18,32,18,5
最外层5个电子 — ⅤA族 随核电荷数增大，电子层数增多，原子半径增大。
练习 与 思考
氮族元素化合价有何相似？有何不同？
最高正价+5价，有多种价态，负化合价-3价（非金属）
请写出氮元素氧化物和氢化物的化学式
+1
+2
+3
+4
N2O NO N2O3 NO2
+5
N2O5
练习 与 思考
在新疆与青海交界处有一山谷，人称魔鬼谷。 每当人畜进入后，经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把 人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛，四季常青。 请解释原因。
放电
N2 + O2 = 2NO 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
NO
无色
难溶于水
易与O2反应 在空气中不稳定 用排水法收集
单质及其化合物
氮气 白磷及红磷
的重要氨化气学性铵质盐 硝酸
氮族元素
练习 与 思考
画出 7N 和15P 的原子结构示意图。 根据砷、锑、铋元素在周期表中的位置，画出它 们的原子结构示意图。
7N 15P 电子排布： 2,5 2,8,5
原子结构的异同点：
33As
2,8,18,5
51 Sb
2,8,18,18,5
NO 2 是氧化剂，也是还原剂。
N2的化学性质 1.与H2反应 2.与O2反应
N2分子的结构
模拟工业制氮
高温、高压
N2＋3H2 催化剂
2NH3
放电
N2＋O2
2NO
雷雨发庄稼
在试管中充满NO气体，倒立在水中，通过导管 向其中通入O2至过量，发生的系列现象
第15章 氮族元素
Δ (NH4 )3 PO4 3NH3 (g) H3PO4
氧化性酸形成的铵盐：
Δ NH4 NO3 N2O 2H2O
N2+O2
30
第15章 氮族元素
15.2 氮的氢化物
15.2.2 联氨（NH2-NH2 或 N2H4，Hydrazine）
结构
联氨又叫 “肼”，可以看成
是氨的一个氢原子
PH3、磷的氧化物及相应含氧酸的性质； 砷锑铋的氢化物、氧化物及其水合物、三卤化物以及硫化 物的性质。
3
第15章 氮族元素 金属
IIIA 5 B 硼 IVA 6 C 碳 14 Si 硅
32 Ge 锗 50 Sn 锡 82 Pb 铅
概 非金属
0 2 He 氦 10 Ne 氖
述
电子层
VA
7 N 氮
N2 3H2 2NH3 (g)
450 ~500℃， 30 MPa ，Fe
• 实验室制备
2NH4Cl Ca (OH)2 CaCl2 2H2O 2NH3 (g)
Mg3N2 + 6H2O → 3Mg(OH)2 + 2NH3↑
20
第15章 氮族元素
15.2 氮的氢化物
4、 化学性质 性质一：易形成配合物 性质二：弱碱性 性质三：取代性 性质四：氨解反应 性质五：还原性
23
第15章 氮族元素
15.2 氮的氢化物
性质一：易形成配合物
Ag 2NH3 [Ag( NH3 )2 ] H NH3 NH
性质二：弱碱性 易溶于水，形成一元弱碱
4
NH3 H2O
4AgBr + N2H4 → 4Ag + N2 + 4HBr 性质二：弱碱性（二元弱碱，比NH3略弱） 性质三：形成配合物 性质四：热力学的不稳定性（其盐能稳定存 在），存在催化剂剂时会分解： N2H4 → N2 + 2H2
氧化性酸形成的铵盐：
Δ NH4 NO3 N2O 2H2O
N2+O2
30
第15章 氮族元素
15.2 氮的氢化物
15.2.2 联氨（NH2-NH2 或 N2H4，Hydrazine）
结构
联氨又叫 “肼”，可以看成
是氨的一个氢原子
PH3、磷的氧化物及相应含氧酸的性质； 砷锑铋的氢化物、氧化物及其水合物、三卤化物以及硫化 物的性质。
3
第15章 氮族元素 金属
IIIA 5 B 硼 IVA 6 C 碳 14 Si 硅
32 Ge 锗 50 Sn 锡 82 Pb 铅
概 非金属
0 2 He 氦 10 Ne 氖
述
电子层
VA
7 N 氮
N2 3H2 2NH3 (g)
450 ~500℃， 30 MPa ，Fe
• 实验室制备
2NH4Cl Ca (OH)2 CaCl2 2H2O 2NH3 (g)
Mg3N2 + 6H2O → 3Mg(OH)2 + 2NH3↑
20
第15章 氮族元素
15.2 氮的氢化物
4、 化学性质 性质一：易形成配合物 性质二：弱碱性 性质三：取代性 性质四：氨解反应 性质五：还原性
23
第15章 氮族元素
15.2 氮的氢化物
性质一：易形成配合物
Ag 2NH3 [Ag( NH3 )2 ] H NH3 NH
性质二：弱碱性 易溶于水，形成一元弱碱
4
NH3 H2O
4AgBr + N2H4 → 4Ag + N2 + 4HBr 性质二：弱碱性（二元弱碱，比NH3略弱） 性质三：形成配合物 性质四：热力学的不稳定性（其盐能稳定存 在），存在催化剂剂时会分解： N2H4 → N2 + 2H2
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第十五章 氮族元素
Chapter 15 The Nitrogen Family Elements
1
§15-1 氮族元素的通性
N
原子半径
离子半径
电离能
电负性
元素氧化数
-3，-2，-1 +1，+2，+3
+4，+5
P As Sb Bi
增大，金属性增强
减小 减小
-3, +1 -3, +3, +3, +5 +3，+5 +3, +5 +5
13
第十五章 氮族元素
§15.2 氮及其化合物
性质
N原子可以获得3个电子达到稳定的8电子构型， 并吸收2148 kJ.mol-1的能量，因此，生成离子型氮化 物的元素只能是电离能小而且其氮化物具有高晶格 能的金属。如，ⅠA和ⅡA族金属。
6Li + N2 常温 2Li3N
Mg + N2 高热 Mg3N2
2NH3
NH4+ + NH2- K = [NH4+][NH2-]=1.9×10-23
§15.1 通性
3 形成配合物
元素 符号
N
P
As
Sb
Bi
价电 子层 2s22p3 3s23p33d 4s24p34d 5s25p35d 6s26p36d 结构
除氮原子以外，其他原子最外层都有空 的 d 轨道，成键时， d轨道也可以参加成键。
9
§15-2 氮及其化合物
一、氮的成键特征和价键结构 N原子电负性3.04，仅次于F和O，显示高活性。
N2分子的惰性证明N原子的活性及成键稳定性。 N的三个成单电子和一个孤电子对，致使其具
有以下成键特征：
10
第十五章 氮族元素
§15.2 氮及其化合物
1. 形成离子键
和碱金属、碱土金属作用生成N3- 的离子型固 体化合物，但不稳定，遇水水解。
2. 形成共价键
1)、sp3杂化形成三个共价单键，保留一对孤对电 子，NH3；
15
第十五章 氮族元素
三、氮的氢化物
§15.2 氮及其化合物
氮的氢化物：NH3、N2H4、HN3、NH2OH 1. NH3
结构
N原子价电 子结构
2s
2p
sp3杂化
16
第十五章 氮族元素
§15.2 氮及其化合物
H
H
107° H
N的氧化数为-3
sp3杂化
强极性，形成氢键。最低氧化数-3，有一对孤 对电子，决定了其物理化学性质。
物
除+5氧化态的磷几乎无氧化性外， 其他均为氧化剂。
6
第十五章 氮族元素
§15.1 通性
EA v 电对 电极电势
HN 2 O 0.99NO
氧 化
HN 2 1 O .29N 2O
数 为
H 3P4O 0.27H 6 3P3O
+3 的
H 3A4 sO 0.56H 3A3 sO氮族
S2bO5 0.58SbO
12
第十五章 氮族元素
§15.2 氮及其化合物
二、氮在自然界中的分布和单质氮
结构
N2分子轨道式
[K σ 2)2 s K (σ 2 *)2 s(π 2y ) p 2 (π 2z) p 2 (σ 2x ) p 2 ]
п
N
σN
п
三个化学键的键能941.69kJ.mol-1，N2是双原子 分子中最稳定的。
2B + N2 白热 2BN
14
第十五章 氮族元素
§15.2 氮及其化合物
制备
N2制备：工业上主要是通过分馏液态空气而实 现。液N2 b.p.，-196℃(77K)，是工业和实验室常用 冷冻剂。N2主要是非化学用途，是为金属加工、石 油炼制和食品工业过程提供保护。
实验室制备少量N2：
NH4NO2(aq) 煮沸 N2 + 2H2O (NH4)2Cr2O7 加热 N2 + Cr2O3 + 4H2O
4
第十五章 氮族元素
§15.1 通性
1 化学键性质
半充满导致较高的电离能，使氮族元素成键
具有较强的共价性
仅电负性较大的N、P可形成极少数的 -3氧化 态离子型的固态化合物
Li3N Mg3N2 Na3P Ca3P2
N3- 和 P3-： 高电荷、半径较大、易变形、易水 解， 在水溶液中不存在简单的水合离子。
17
第十五章 氮族元素
物理性质
§15.2 氮及其化合物
N族元素氢化物中，NH3有最高凝固点、熔解 热、蒸发热、溶解度。
在水中溶解度：273K 1dm3溶解1200dm3 NH3， 293K时，1dm3水溶解700dm3 NH3。
18
第十五章 氮族元素
§15.2 氮及其化合物
液态NH3作溶剂和H2O有很多相似之处，如：
2)、sp2杂化形成一个双键和一单键，保留一对孤对 电子，Cl-N=O；
3)、sp杂化形成一个三键，N2和CN-； 4)、一对电子参与形成大π键，形成+5氧化
态，如HNO3 11
第十五章 氮族元素
§15.2 氮及其化合物
3. 形成配位键
N2和许多氮化合物含孤对电子，可以向金属离 子配位，如：[Cu(NH3)4]2+、 [(NH3)5 Ru(N2) Ru(NH3)5]4+。
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第十五章 氮族元素
§15.1 通性
2 氧化还原性
EA v EB v
电对 电极电势
氧
HN 3 O 0.94HN 2 O
化 数
H 3A4 sO 0.56H 3A3 sO+为5
S2bO5 0.58SbO
的 氮
B2O i5 1.6 BiO
族 化
H 3P4O 0.27H 6 3P3O 合
PO 3 4- 1.22HP3 2O
2
第十五章 氮族元素
§15.1 通性
该族元素价电子为ns2np3，其最高氧化数 可达+5。对Bi原子，出现了充满的4f和5d能 级，f、d电子对原子核的屏蔽作用较小，6s电 子又有较大的钻穿作用，故使6s能级显著降 低，从而使6s电子成为“惰性电子对”而不 易参加成键，常显示出+3氧化态。
3
第十五章 氮族元素
化 合
B2O i5 1.6 BiO
物
除亚硝酸为氧化剂外，其他均为还原剂。
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第十五章 氮族元素
§15.1 通性
EA v 电对 电极电势
氧
P 0.06P3H 3
化 数
为
As0.6A 0sH 3 -3
的
Sb0.51 Sb3H
氮 族
化
Bi 0.3Bi3H
合 物
除NH3, NH4+外，其他均为强还原剂。
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第十五章 氮族元素
§15.1 通性
元素 符号
N
P
As
Sb
Bi
价电 子层 结构
2s22p3
3s23p33d
4s24p34d
5s25p35d
6s26p36d
本族在基态时有半充满的p轨道，和同周期中前 后元素相比各有相对较高的电离能。同时本族元素 除N原子以外，其它原子的最外电子层有空的d轨道， 因此除N原子配位数不超过4以外，其它原子的最高 配位数为6
Chapter 15 The Nitrogen Family Elements
1
§15-1 氮族元素的通性
N
原子半径
离子半径
电离能
电负性
元素氧化数
-3，-2，-1 +1，+2，+3
+4，+5
P As Sb Bi
增大，金属性增强
减小 减小
-3, +1 -3, +3, +3, +5 +3，+5 +3, +5 +5
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第十五章 氮族元素
§15.2 氮及其化合物
性质
N原子可以获得3个电子达到稳定的8电子构型， 并吸收2148 kJ.mol-1的能量，因此，生成离子型氮化 物的元素只能是电离能小而且其氮化物具有高晶格 能的金属。如，ⅠA和ⅡA族金属。
6Li + N2 常温 2Li3N
Mg + N2 高热 Mg3N2
2NH3
NH4+ + NH2- K = [NH4+][NH2-]=1.9×10-23
§15.1 通性
3 形成配合物
元素 符号
N
P
As
Sb
Bi
价电 子层 2s22p3 3s23p33d 4s24p34d 5s25p35d 6s26p36d 结构
除氮原子以外，其他原子最外层都有空 的 d 轨道，成键时， d轨道也可以参加成键。
9
§15-2 氮及其化合物
一、氮的成键特征和价键结构 N原子电负性3.04，仅次于F和O，显示高活性。
N2分子的惰性证明N原子的活性及成键稳定性。 N的三个成单电子和一个孤电子对，致使其具
有以下成键特征：
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第十五章 氮族元素
§15.2 氮及其化合物
1. 形成离子键
和碱金属、碱土金属作用生成N3- 的离子型固 体化合物，但不稳定，遇水水解。
2. 形成共价键
1)、sp3杂化形成三个共价单键，保留一对孤对电 子，NH3；
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第十五章 氮族元素
三、氮的氢化物
§15.2 氮及其化合物
氮的氢化物：NH3、N2H4、HN3、NH2OH 1. NH3
结构
N原子价电 子结构
2s
2p
sp3杂化
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第十五章 氮族元素
§15.2 氮及其化合物
H
H
107° H
N的氧化数为-3
sp3杂化
强极性，形成氢键。最低氧化数-3，有一对孤 对电子，决定了其物理化学性质。
物
除+5氧化态的磷几乎无氧化性外， 其他均为氧化剂。
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第十五章 氮族元素
§15.1 通性
EA v 电对 电极电势
HN 2 O 0.99NO
氧 化
HN 2 1 O .29N 2O
数 为
H 3P4O 0.27H 6 3P3O
+3 的
H 3A4 sO 0.56H 3A3 sO氮族
S2bO5 0.58SbO
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第十五章 氮族元素
§15.2 氮及其化合物
二、氮在自然界中的分布和单质氮
结构
N2分子轨道式
[K σ 2)2 s K (σ 2 *)2 s(π 2y ) p 2 (π 2z) p 2 (σ 2x ) p 2 ]
п
N
σN
п
三个化学键的键能941.69kJ.mol-1，N2是双原子 分子中最稳定的。
2B + N2 白热 2BN
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第十五章 氮族元素
§15.2 氮及其化合物
制备
N2制备：工业上主要是通过分馏液态空气而实 现。液N2 b.p.，-196℃(77K)，是工业和实验室常用 冷冻剂。N2主要是非化学用途，是为金属加工、石 油炼制和食品工业过程提供保护。
实验室制备少量N2：
NH4NO2(aq) 煮沸 N2 + 2H2O (NH4)2Cr2O7 加热 N2 + Cr2O3 + 4H2O
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第十五章 氮族元素
§15.1 通性
1 化学键性质
半充满导致较高的电离能，使氮族元素成键
具有较强的共价性
仅电负性较大的N、P可形成极少数的 -3氧化 态离子型的固态化合物
Li3N Mg3N2 Na3P Ca3P2
N3- 和 P3-： 高电荷、半径较大、易变形、易水 解， 在水溶液中不存在简单的水合离子。
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第十五章 氮族元素
物理性质
§15.2 氮及其化合物
N族元素氢化物中，NH3有最高凝固点、熔解 热、蒸发热、溶解度。
在水中溶解度：273K 1dm3溶解1200dm3 NH3， 293K时，1dm3水溶解700dm3 NH3。
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第十五章 氮族元素
§15.2 氮及其化合物
液态NH3作溶剂和H2O有很多相似之处，如：
2)、sp2杂化形成一个双键和一单键，保留一对孤对 电子，Cl-N=O；
3)、sp杂化形成一个三键，N2和CN-； 4)、一对电子参与形成大π键，形成+5氧化
态，如HNO3 11
第十五章 氮族元素
§15.2 氮及其化合物
3. 形成配位键
N2和许多氮化合物含孤对电子，可以向金属离 子配位，如：[Cu(NH3)4]2+、 [(NH3)5 Ru(N2) Ru(NH3)5]4+。
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第十五章 氮族元素
§15.1 通性
2 氧化还原性
EA v EB v
电对 电极电势
氧
HN 3 O 0.94HN 2 O
化 数
H 3A4 sO 0.56H 3A3 sO+为5
S2bO5 0.58SbO
的 氮
B2O i5 1.6 BiO
族 化
H 3P4O 0.27H 6 3P3O 合
PO 3 4- 1.22HP3 2O
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第十五章 氮族元素
§15.1 通性
该族元素价电子为ns2np3，其最高氧化数 可达+5。对Bi原子，出现了充满的4f和5d能 级，f、d电子对原子核的屏蔽作用较小，6s电 子又有较大的钻穿作用，故使6s能级显著降 低，从而使6s电子成为“惰性电子对”而不 易参加成键，常显示出+3氧化态。
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第十五章 氮族元素
化 合
B2O i5 1.6 BiO
物
除亚硝酸为氧化剂外，其他均为还原剂。
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第十五章 氮族元素
§15.1 通性
EA v 电对 电极电势
氧
P 0.06P3H 3
化 数
为
As0.6A 0sH 3 -3
的
Sb0.51 Sb3H
氮 族
化
Bi 0.3Bi3H
合 物
除NH3, NH4+外，其他均为强还原剂。
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第十五章 氮族元素
§15.1 通性
元素 符号
N
P
As
Sb
Bi
价电 子层 结构
2s22p3
3s23p33d
4s24p34d
5s25p35d
6s26p36d
本族在基态时有半充满的p轨道，和同周期中前 后元素相比各有相对较高的电离能。同时本族元素 除N原子以外，其它原子的最外电子层有空的d轨道， 因此除N原子配位数不超过4以外，其它原子的最高 配位数为6