工科大学化学----无机结构基础 《无机化学》第17章 《氮族元素》 课件
无机化学第20讲 氮族元素
Ag 2NH3
Ag(NH )
3 2
Zn 4NH3
Co3 6NH3
2
BF3 NH3
Zn(NH ) Co(NH ) F3 BNH3
2 3 4 3 3 6
取代性：NH3中H原子可被其他原子或原子团取代 （氨解反应），如
4NH3 COCl 2 HgCl 2 2NH3 2Na 2NH3
17.3.2 氮的氧化物
N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等
一氧化氮NO：分子轨道式为
[kk( σ 2s ) (σ ) (σ 2p x ) (π 2p y ) (π 2p z ) (π
2 * 2s 2 2 2 2 * 2p y
) ]
1
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”。
无机化学
17.2.3 砷、锑、铋
As
Sb
Bi
单质砷和锑各有灰、黄、黑三种同素异形体，而铋没有 结构呈正四面体的黄砷（As4）与黄锑（Sb4）不稳定，温度高 时分解为As2、Sb2 常温下灰砷和灰锑是稳定单质；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。
氨的工业制备 N2 + 3H2
Fe 触煤 500℃ 300~700atm
2NH3
无机化学
铵盐
一般为无色晶体，绝大多数易 溶于水，易水解，受热易分解
H
N
H
H H
NH 的鉴定
石蕊试纸 (红→蓝)
4
氮族元素PPT课件全文
（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
无机化学氮族元素
炸药
12
实验室制法
△ １、NH4Cl+NaNO2 ===NH4NO2+NaCl NH4NO2 ==N2↑＋2H2O
△
２、(NH4)2Cr2O7===N2↑＋Cr2O3+4H2O
△
３、2NH3+3CuO===Cu+N2↑＋3H2O
工业制法是分镏液化空气而得到。
13
2-2、氨及其衍生物 一、氨
熔沸点较低：m.p.=195.3K b.p.=239.6K 溶解度大：273K时1体积水能溶
21
（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 EO＝-1.15 V 4CuO＋N2H4＝2Cu2O＋N2↑＋2H2O 它能将AgNO3还原成单质银，它也可以被卤素 氧化： N2H4+ 2 X2=== 4 HX + N2
3Cl2+2NH3==N2+6HCl 3Cl2(过量)+NH3==NCl3+3HCl
还原性反应
配位反应
NH3分子中的孤电子对倾向于和别 取代反应 弱碱性反应 的分子或离子形成配位键 AgCl+2NH3==Ag(NH3)2+ Cu2+ +4NH3==Cu(NH3)42+ 16
想一想:NH3和H2O比较，夺取质子能力哪个强？
解1200体积的氨,一般市售浓氨水的 密度是0.91 g.cm-3，含NH3约28%
物理性质
在金属氨溶液中存 在有氨合电子和氨 合离子它能导电， 是强还原剂
偶极矩较大 ,介电常数较大。 液氨是极性溶剂，它可以溶解碱金 属形成蓝色溶液，
Na Na+ + eNa(NH3)x+
氮族元素word版
氮族元素word版氮族元素王振⼭第⼀节氮族元素⼀、氮族元素在周期表中的位置：ⅤA族，2~6周期⼆、原⼦结构与元素的性质1、原⼦结构⑴、相同点：最外层电⼦数均为5；2、元素的性质⑴、相似点：①、最⾼正化合价为+5，最⾼价氧化物的化学式为R2O5，最⾼价氧化物⽔化物的通式为HRO3或H3RO4；*{N2O5(⽆⾊固体）、P4O10(⽩⾊雪状固体）、As2O5[⽩⾊粉末，对热不稳定，315℃左右分解为As2O3(⽩⾊晶体）和O2]、Sb4O10(淡黄⾊粉末，对热不稳定……）、Bi2O5[红棕⾊，极不稳定，很快分解为Bi2O3(黄⾊晶体）和O2]。
}②、负化合价为-3，⽓态氢化物的化学式为RH3。
*主要化合价⑵、差异和递变规律：②、单质③、最⾼价氧化物的⽔化物注释：*原某酸：酸分⼦中氢氧基的数⽬和成酸元素的氧化数相等时，可⽤字头“原”表⽰，称为原某酸。
如原碳酸H4CO4，原硅酸H4SiO4，原碲酸H6TeO6，原碘酸H7IO7。
⾃⼀分⼦正酸缩去⼀分⼦⽔⽽成的酸，定名为偏酸，也可称为⼀缩某酸。
正⾼碘酸H5IO6[或I2O7·5H2O或IO（OH）5]，⽩⾊晶体，熔融时分解为HIO3；在真空中加热时，H5IO6逐渐失⽔⽣成偏⾼碘酸HIO4，HIO4在⽔溶液中⼜重新变为⾼碘酸H5IO6。
碲酸H6TeO6，[或Te（OH）6]，⽩⾊固体。
锑酸H[Sb(OH)6]（可以看作H3SbO4+2H2O），两性偏酸，作为酸是⼀元弱酸，微溶于⽔，可溶于KOH 溶液⽣成锑酸钾K[Sb(OH)6]。
锑酸H[Sb(OH)6]与同周期的锡酸H 2[Sn(OH)6]、碲酸H 6TeO 6、正⾼碘酸H 5IO 6有相同的结构，都是六配位的⼋⾯体结构，⽽且它们互为等电⼦体。
④、⽓态氢化物NH 3 PH 3 AsH 3 SbH 3 BiH 3 (单质跟H 2）⽣成越来越难，热稳定性依次降低；碱性依次减弱，酸性依次增强；还原性依次增强。
《氮族元素》PPT课件 (2)
16-2-2 氮的氢化物
氨是最重要的氮肥，是产量最大的化工产品之一 一、氨
制备
773K, 30～70MPa
N2＋H2
Fe触媒
NH3
工业制法 哈伯法
哈伯获得1918年诺贝尔化学奖
《氮族元素》PPT课件 (2)
16-1、元素的基本性质
性质
原子序数
原子量
共价半径/pm 离子 M3半径 M3+ /pm M5+
第一电离势
(KJ/mol) 第一电子亲和
势(KJ/mol) 电负性
N 7 14.01 70 171 16 13
1402
-7
3.04
P 15 30.97 110 212 44 35
△
(火山爆发） (NH4)2Cr2O7
N2 ↑＋ Cr2O3+4H2O
（除N2中的NH3） 2NH3+3CuO △ 3Cu+N2↑＋3H2O
8NH3+3Br2（aq）△ N2↑＋6NH4Br
2NaN3
△ 3N2 ↑＋2Na（l）
极纯的 N2
工业制法：分馏空气。
性质
物理 性质
ห้องสมุดไป่ตู้
无色、无味的气体,难溶于水, 熔点:63K, 沸点:77K,较低, 临界温度126K，因此难 液化,只有在加压和极低温度下才能得到 液氮，作致冷剂,呈惰性.
的稀溶液均呈淡蓝色，因含有”氨合电子“，所以有顺 磁性、导电性和强还原性。
2、化学性 质
还原性
3Cl2+2NH3
N2↑+6HCl 检验Cl2管道是否漏气
氮族元素PPT教学课件
（二）土壤要求与施肥
• 多年生花卉：在分株栽植时施基肥。
• 一、二年生花卉：主要在圃地培育时施肥， 移至花坛仅供短期观赏，不再施肥。
（三）修剪与整理
• 1．剪除残花、果实及枯枝黄叶 • 2．保持花坛图案：毛毡花坛需要经常修剪，
才能保持清晰的图案与适宜的高度。 • 3．秋冬季清理：宿根花卉、地被植物在秋
二、岩生花卉的应用
• 1．含义：在园林中结合土丘、山石、溪涧 等造景变化，点缀以各种岩生花卉。
• 2．应用：应用的岩生花卉主要是由露地花 卉中选取的，有些是岩生野花。岩生花卉 能耐干旱瘠薄，适于栽植于岩缝石隙及山 石嶙峋LINXUN之处。
三、草坪及地被植物的应用
• 草坪及地被植物常占据园林中很大面积。 它把树木花草、道路、建筑、山丘和水面 等各个风景要素，更好的联系与统一起来。
免空气侵人枝茎导管内而防碍吸水。 • B 花枝的切口切成斜面。 • 十字剪切或多开裂缝（枝粗或吸水弱木本花卉） • 近切口附近，切去部分皮层
（5）采后处理：
• 采收：菊花花开6－7成时采收，多头型菊花侧枝 上有3朵花透色时采收。切枝长度80－120厘米。
• 分级：去除下部1/4—1/3部分的叶片，分级
2．NO 无色有毒的气体，难溶于水，主要表现 还原性。
2NO+O2=2NO2（红棕色）（NO检验方法） 故：NO与 O2不能共存，收集NO只能用排水法 不能用排空气法。
3．NO2 红棕色，有刺激性，有毒的气体，溶于 水，跟水反应。
（l） NO2不能用排水法收集，只能用排空气法。 （2） NO2具有氧化性，可使KI淀粉试纸变蓝， 鉴别NO2和溴蒸气不能用淀粉KI试纸。可用加水 振荡法或加AgNO3溶液法。 （3）氮的氧化物都是大气污染物，其中NO2是 造成光化学污染的主要因素。
无机化学第17章氮族元素
无机化学第17章氮族元素第17章是关于氮族元素的无机化学知识。
氮族元素是元素周期表中第15族的元素，包括氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)和铋(Bi)。
这些元素在化学中具有许多重要的性质和应用。
在本章中，我们将讨论氮族元素的化学性质、反应、化合物以及它们在生物体系中的重要性。
首先，我们将介绍氮族元素的一些共同性质。
氮族元素的原子半径逐渐增加，而电负性逐渐降低。
氮族元素的价壳层电子配置为ns2np3，其中n代表价壳层的主量子数。
氮族元素通常形成3价阳离子（如NH4+），5价阴离子（如NO3-）和3价中性化合物（如NH3）。
从氮到铋，这种趋势是明显的。
此外，氮族元素的氧化态范围很广，从-3到+5都有。
这种多样性使得氮族元素在化学反应中能够发挥多种不同的角色。
氮族元素最重要的元素之一是氮。
氮气（N2）是地球大气中占据最大比例的气体成分之一、氮气在室温和常压下是稳定的，但它可以通过高温和高压的条件下与氢气反应，形成氨气（NH3）。
氨气是一种重要的化学物质，在肥料、农药和化肥生产中应用广泛。
此外，氨气也是合成其他化学品（如硝酸和尿素）的重要原料。
尤其是，氨气还可以和各种酸反应，形成盐。
这些氨盐可以通过酸碱反应来制备氨化合物，例如铵盐（如氨铵硝酸盐）和亚硝酸（如亚硝基氨）。
亚硝酸是氮族元素的另外一个重要化合物，在食品加工和防腐剂中有广泛应用。
另一个重要的氮族元素是磷。
磷在生物体中起着重要的作用，例如在DNA和RNA的结构中起着关键的作用。
磷也是肥料和家庭清洁剂中的重要成分。
磷的化合物也可以通过与氧气的反应制备。
磷酸盐（如三钠磷酸盐）是广泛存在于自然界中的一个重要矿物。
此外，砷是氮族元素中的另一个重要元素。
砷化氢（AsH3）是砷的重要化合物之一，它是一种无色、有毒的气体。
砷酸盐在过去被广泛应用，但由于砷的毒性，它们现在被禁止在许多国家使用。
锑和铋是氮族元素中较重的元素，它们在化学上与轻量级元素相似。
锑的最常见氧化态是+3，而铋的最常见氧化态是+3和+5、锑和铋的化合物在电子和光学领域有许多应用。
氮族元素
单 质 氧 化 性 减 弱
最 高 价 氧 化 物 对 应 水 化 物 的 酸 性 减 弱
氢 化 物 的 稳 定 性 减 弱
氮及其化合物
氮族元素 氮气 NO和NO2 硝酸
物质类别 单质 氢化物 氧化物 含氧酸 碱 盐 络合物 有机物
化学式或微粒符号 N2 NH3 N2O、 NO、 N2O3、 NO2、 N2O4、N2O5 HNO3 NH3.H2O NH4+ NO3Ag(NH3)2OH C6H5NO2 CH3C6H2(NO2)3
是一种红棕色、有刺激性气味的有毒的气体； 易液化；密度比空气大。
溶于水跟水反应生成硝酸和一氧化氮。强氧化 氨和铵盐 性；与N2O4（无色）可相互转化。
磷
3NO2 + H2O === 2HNO3 + NO
氮的氧化物---NO与NO2的性质比较
氮族元素 氮气 NO和NO2 硝酸 与NaOH
NO
NO2
红棕色，刺激性气味 有毒
红磷
加热到416℃ ( 升华后冷却 )
磷的分子结构
1、白磷的分子结构：
氮族元素 氮气 NO和NO2 60° 硝酸
P4 （正四面体，键角为60°）
2、红磷的分子结构：结构复杂（不作要求）
氨和铵盐 磷
磷的化学性质
氮族元素 氮气 NO和NO2 硝酸
两种磷在物理性质上有很大的差异， 但在化学性质基本相同。 点燃 （1）与氧的反应：P + 5O2 ＝ 2P2O5
与O2、H2O 4NO + 3O2 + 2H2O = 4HNO3 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
氨和铵盐 磷
制备
开瓶瓶口有白雾 硝酸的物理性质 挥发性酸用浓硫酸制取 氮族元素 与浓氨水产生白烟 1、 纯硝酸是无色、有刺激性气味的液体 参与化学反应温度不宜过高
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第 17 章
氮族元素
Chapter 17 Nitrogen Family Elements
本章教学内容
17.1 氮族元素概述 17.2 氮族元素的单质 17.3 氮的化合物 17.4 磷的化合物 17.5 砷锑铋的化合物
17.1 氮族元素概述
氮族元素在周期表中的位置
氮族
~ 氮族元素的基本性质 ~
惰性气氛手套箱
1
2013/12/23
氮的结构
N 原子的价电子构型为 2s2 2p3，在 N2 形成时，两 个氮原子之间形成 1 个σ键和 2 个π键，所以结构式表示 为 :N N: 。
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
N2 分子模型
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。
2P + 3X2 = 2PX3 PX3 + 3X2 = 2PX5 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 + 3H2O = PH3 + 3NaH2PO4
白磷能将 Au、Ag、Cu 等从它的盐溶液中还原出来。 11P+ 15CuSO4 + 24H2O = 5Cu3P + 6H3PO4 + 15H2SO4 2P+ 5CuSO4 + 8H2O = 5Cu + 2H3PO4 + 5H2SO4
元素 氮 (N) 磷 (P) 砷 (As) 锑 (Sb) 铋 (Bi)
原子序数
7
15
33
51
83
电子构型 [He]2s22p3 [Ne]2s22p3 [Ar]2s22p3 [Kr]2s22p3 [Xe]2s22p3
原子量
14.01
30.97
74.92
121.76
208.98
半径/pm
70
110
121
黑磷是以白磷为原料在 220℃，1.216×109Pa下制成的，其 结构和石墨相似，不溶于有机溶剂。
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 充
P4O6
和
P4O10，氧气
分时，生成物以 P4O10 为主。 磷与卤素、硫都能直接化合，生成相应的化合物：
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 3As + 5HNO3 = 3H3AsO4 + 5NO
2Sb + 6H2SO4 (热、浓) = Sb2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 3Sb + 5HNO3 + 8H2O = 3H3Sb(OH)6 + 5NO
2Bi + 6H2SO4 (热、浓) = Bi2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 3Bi + 4HNO3 = Bi(NO3)3 + NO + 2H2O
2
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 = 2As2O3 2As + 3Cl2 = 2AsCl3 2As + 5F2 = 2AsF5
锑、铋都不与碱反应，但砷可与熔融碱反应。 2As + 6NaOH (熔融) = 2Na3AsO3 + 3H2
2013/12/23
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
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
磷还能与氧化性酸反应。 P + 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O 3P + 5HNO3(稀) + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO
所以，工业上用磷与 HNO3 反应制备 H3PO4。
17.2.3 砷、锑、铋
砷、锑、铋概述 砷和锑各有灰、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。
141
146
第一电离
能(kJ·mol-1) 1402
1012
944
832
703
电子亲和 能(kJ·mol-1)
-6.75
71.07
77
101
100
电负性
3.04
2.19
2.18
2.05
2.02
17.2 氮族元素的单质
17.2.1 氮 17.2.2 磷 17.2.3 砷、锑、铋
17.2.1 氮
氮气概述 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 ºC) 是一 种重要的致冷剂。
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，
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，N–H 键间的夹角
不是 109º28'，而是 107º18'。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
（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 相似，液氨也能发生自偶电离。
6Li + N2 = 2Li3N
高温
2B + N2
2BN
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。 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。