第十六章 氮族元素1
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氮族元素知识点总结一、氮族元素的性质1. 氮(N)氮是氮族元素中最常见的元素,占据地壳中78%的成分。
氮气是一种无色、无味、无臭的气体,化学性质相对稳定。
在常温下,氮气是不活泼的。
但是,当氮气与氢气或氧气等其他元素发生反应时,就会变得非常活泼。
2. 磷(P)磷是一种具有五种同素异形体的元素,分别是白磷、红磷、黑磷、紫磷和蓝磷。
其中,白磷是最常见的形态,具有毒性并且在空气中易燃。
磷在自然界中主要以磷酸盐的形式存在,例如磷灰石和磷灰石。
磷在工业生产中主要用于制造化肥、杀虫剂、药物和清洁剂。
3. 砷(As)砷是一种具有金属和非金属特性的元素,化学性质较活泼。
砷的化合物在环境和生物体中具有毒性。
然而,砷化合物在医药和半导体工业中具有一定的应用价值。
4. 锑(Sb)锑是一种银白色的金属元素,具有良好的导电性和导热性。
锑主要用于制造半导体材料、合金和防火材料。
5. 铋(Bi)铋是一种银白色的金属元素,具有较低的熔点和高的电阻率。
铋主要用于制造合金、化妆品和医药。
二、氮族元素的应用1. 化肥氮族元素主要用于制造化肥,如尿素、磷酸二铵和钾肥等。
这些化肥在农业生产中起着至关重要的作用,能够促进植物生长,增加作物产量。
2. 基础材料氮族元素还用于制备一些重要的基础材料,如硫化磷、磷酸盐、氟硼酸盐等,这些材料在工业生产中具有广泛的应用价值。
3. 医药氮族元素在制药工业中也有重要的应用,例如磷酸二氢钾、砷酸钠、氯化铋等化合物都是一些重要的药物原料。
4. 电子材料磷化镓、砷化镓、硒化锗等化合物是一些重要的半导体材料,用于制造太阳能电池、激光器和传感器等电子产品。
5. 生活用品氮族元素在生活用品中也发挥着重要作用,例如在防火材料、合金材料、玻璃染料等方面都有应用。
三、氮族元素在环境和生物中的作用1. 生物体中的氮族元素氮族元素在生物体内起着至关重要的作用,如氨基酸、核酸、蛋白质和维生素都离不开氮族元素。
磷还是DNA和RNA的主要组成部分,铋在人类体内也具有一定的生理功能。
第十六章氮族元素课后习题参考答案1解:(1)由于N的原子半径太小,其平均负电密度(电子云带负电)大,则N与N原子之间斥力增大使得N-N键键长增长,键能减小而小于P-P键。
形成三键时,因N原子半径小,则两个N原子的P轨道肩并肩重叠比磷原子的更有效,所以N≡N三键键能高于P≡P三键。
(2)由于N原子半径小,且最外层只有四条价轨道,最多只能形成四个共价键,所以无五卤化物存在。
(3)根据分子轨道理论,NO分子最后一个电子填充在反键的π*2py轨道上,其轨道能量相对较高,比较容易失去电子,第一电离能小。
而N原子的结构为1s22s22p3,属于半满状态,失去电子会较困难,所以第一电离能就较高。
2解:(1)把混合气体通过装有P2O5的干燥器(或浓H2SO4),则NH3会被吸收而得到纯氮气;而把混合气体通过装有CaO(或KOH)的干燥器,(但不能使用CaCl2)则可除去水气而得到干燥的氨气。
(2)为除去NO中微量的NO2,可把该气体通过水(或者碱液),则NO2被吸收,然后再通过浓H2SO4,则可获得干燥的NO气体;为除去N2O中少量的NO,可把该气体通过FeSO4溶液,则NO可被吸收除去。
3解:由反应:NH3 + H2O == NH4+ + OH-说明NH3与H+结合的能力强于H2O。
对于反应:HAc + H2O == H3O+ + Ac-(2)HAc + NH3 == NH4+ + Ac-(3)因NH3与H+结合的能力强,所以反应3更易向右进行,使得HAc完全解离成为强酸。
而H2O结合H+的能力弱,所以HAc在水中只部分解离成为弱酸。
4解:碱性大小排序为: NH3 > N2H4 > NH2OH > HN3它们均为路易斯碱,则孤对电子越容易被提供出去,碱性就越强。
二这主要由两个方面产生影响。
一是配位原子的负电性越高,则越易提供孤对电子,另一个是空间位阻因素。
如果孤对电子周围空间阻碍越大,则越难提供电子。
第16章氮族元素16-2请回答下列问题:(1)如何除去N2中少量NH3和NH3中的水气?(2)如何除去NO中微量的NO2和N2O中少量的NO?(1)答:将混合气体通人浓H2SO4便会除去N2中少量的NH3,而N2不溶于水或酸,将NH3通过生石灰便会除去少量的水气。
2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4CaO+H2O=Ca(OH)2(2)答:将混合气体通过饱和的N a OH溶液,再经过干燥便可除去微量的NO2,NO不溶于水。
将混合气体通过亚硫酸亚铁溶液。
3NO2+H2O=2HNO3+NOFeSO4+NO=Fe(NO)SO416-3 答:‹1› NH3+H2O =NH4++OH--在H+传递过程中。
NH3得H+,而H2O失H+,所以H2O和质子(H+)之间的键能小于NH3和质子(H+)之间的键能。
‹2› CH3COOH=CH3COO-+ H+ 在水溶液中:存在H2O= H++OH- 在液氨中:存在NH3 =NH4++NH2-而氨比H2O对H+的键能大,因此在液氨中C H3COOH的电离也大,[H+]较大,酸性较强。
16-4 将下列物质按碱性减弱顺序排列,并给于解释。
NH2OH NH3N2H4PH3A s H3由于:NH3+H:OH ←→NH4++OH-K=1.77×10-5N2H4+H2O←→N2H5++OH-K1(298K)=8.5×10-7N2H5++H2O←→N2H62++OH-K2(298K)=8.9×10-16羟氨易溶于水,其水溶液是比肼还弱的碱。
(K=6.6×10-9)PH3微溶于水,其溶解度比NH3小的多,水溶液比氨水弱的多(K b=10-26)同一主族氢化和物从上倒下酸性逐渐增强,由于其负电荷数相同,半径增大,电子密度减小,因此根据K值得大小,便能够判断碱性强弱。
16-5 请解释下列事实:(1)为什么可用浓氨水检查氯气管道的漏气?答:由于浓氨水易挥发出NH3,NH3有还原性,能被强氧化剂Cl2氧化生成N2和HCl,生成的HCl通NH3生成白色小颗粒NH4Cl。
第十六章 氮族元素预习提纲第16章 氮 磷 砷 锑 铋16.1 元素基本性质氮族(V A):N, P, As, Sb, Bi 价电子构型:ns 2np 3 一、氮的成键特征和价键结构1、形成离子键2、形成共价键(氢键)(1)形成三个共价单键(2)形成一个共价双键和一个共价单键 (3)形成一个共价叁键(4)N 原子还可以有氧化数为+5的氧化态 3、形成配位键N 与同族其他元素性质的差异(1) N -N 单键的键能反常地比第三周期P -P 键的小。
(2) N 易于形成p —p π键(包括离域π键),所以,N =N 和N ≡N 多重键的键能又比其它元素的大。
(3) 在共价化合物中,N 最多只能形成4个共价键,也即N 的配位数最多不超过4。
而P 、As 由于有可利用的d 轨道,配位数可扩大到5或6,如PCl 5(sp3d 杂化)和[PCl 6]-(sp 3d 2杂化)。
应当提及的是,在氮的某些含氧化合物中,由于N 的一对2s 电子参与了价键的形成如,N 虽表现出+V 氧化态,但配位数仍未超过4 。
(4) 和O 、F 相似,N 也有形成氢键的倾向,但是H -N …H 键的强度比H -O …H 键要弱。
二、氮元素的元素电势图 16.2 氮和氮的化合物 一、 氮氮气是无色、无臭、无味的气体。
沸点为 -195.8°C 。
很难液化,微溶于水。
常温下化学性质极不活泼,加热与活泼金属Li ,Ca ,Mg 等反应生成离子型化合物。
1、物理性质和制备实验室里制备少量氮气常用方法:加热饱和的亚硝酸钠和氯化铵的混合溶液: NH 4Cl+NaNO 2===NH 4NO 2+NaCl NH 4NO 2===N 2↑+2H 2O 少量氮气常用方法还可以利用:(1)(NH 4)2Cr 2O 7加热分解: (NH 4)2Cr 2O 7 =N 2↑+Cr 2O 3+4H 2O (2)NH 3通过红热的CuO : 2NH 3+3CuO =3Cu+N 2↑+3H 2O (3)NH 3通入溴水: 8NH 3+3Br 2 =N 2↑+6NH 4Br (4)极纯的N 2(光谱纯)可由叠氮化钠NaN 3加热分解得到:NaN 3=Na(l)+N 2↑NP As Sb Bi +5 +5 +5 (+5) +3 +3 +3 +3 氧化态 +5 | -3 -3 -3 (-3)最大配位数4 6 6 6 6M 2O 3 酸性 酸性 两性 两性 碱性 酸性增加 MH 3稳定性下降B . MO Li~N :E 2 p – E 2s < 15eV ,较小, 2s 与2p 线性组合成分子轨道,使 Li 2 ~ N 2 : E (σ2px ) > E (π2p ) N 2分子轨道式:N 2 [KK (σ2s ) 2 (σ2s *)2 (π2py , π2pz )4, (σ2px )2] 键级 =(8-2)/ 2 = 3对比 :O 2、F 2、Ne 2: E (σ2px ) < E (π2p )2.分子结构A . VBN 2s 2 2p x 1 2p y 1 2p z 1 |σ |π |π N 2s 2 2p x 1 2p y 1 2p z 1即: : N ≡ N : 1 σ + 2 π3、化性二、 氮的氢化物1、氨 (NH 3 )N :sp 3杂化 (1)结构:三角锥形 (2)物理性质 无色,刺激味气体, 极易溶于水,常压下很易被液化,液氨可做制冷剂、溶剂。