第十三章第三节 氮族元素及其化合物
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【本讲教育信息】一. 教学内容:氮族元素及其化合物二. 教学要求:1. 能结合元素周期律解释氮族元素单质及化合物性质的递变规律;2. 掌握氮、氮的氧化物的重要性质,特别是氮的氧化物的重要性质,对氮的氧化物的价态,相互转化关系及NO 、NO 2与HNO 3之间的计量关系要理解并能熟练运算,了解氮的氧化物对大气的污染及其防护;3. 了解磷单质及化合物的性质,了解同素异形体的概念,并能通过比较磷的两种同素异形体,理解同素异形体性质的差异及原因;4. 掌握氨气的性质,实验室制法,了解铵盐的通性,掌握铵根离子的检验;5. 掌握硝酸的性质,了解其用途,从不同角度,不同反应突出硝酸的强氧化性和其还原产物的多样性,熟练运用一些技巧如:电子守恒、质量守恒等对HNO 3参加的反应进行定量计算。
三. 重点、难点:1. 掌握N 2,NO 、NO 2重要性质,NH 3的性质、制法。
2. NH 4+检验。
3. 掌握HNO 3的性质四. 知识分析:1. 元素非金属性与非金属单质活泼性的区别:元素的非金属性是元素的原子吸引电子的能力,影响其强弱的结构因素有: (1)原子半径:原子半径越小,吸引电子能力越强; (2)核电荷数:核电荷数越大,吸引电子能力越强; (3)最外电子层:最外层电子越多,吸引电子能力越强。
但由于某些非金属单质是双原子分子,原子间以强烈的共价键相结合(如N N ≡等),当参加化学反应时,必须消耗很大的能量才能形成原子,表现为单质的稳定性很高。
这种现象不一定说明这种元素的非金属性弱。
强烈的分子内共价键恰是非金属性强的一种表现。
如按元素的非金属性:O Cl N Br >>;,而单质的活泼性:O Cl N Br 2222<<;。
因此氮元素的非金属性虽很强,但氮单质的活动性却极差。
氮元素的非金属很强表现在:① 与Mg 等金属反应生成的化合物一般为离子化合物,如Mg N 32,其电子式为Mg N Mg N Mg 23232+⨯⨯⨯-+⨯⨯⨯-+[...][...]....;② 与O 、F 等非金属性很强的元素一样,可与氢元素形成氢键;③ N -3元素的还原性较弱,不易失e -。
元素及其化合物(三)氮族元素一. 本周教学内容:元素及其化合物(三) 氮族元素 二. 知识重点:1.2. 氮气(1)结构的稳定性(2)氧化性——223H N +32NH2323N Mg Mg N 点燃+(3)还原性——NO O N 222放电+(4)2N 的工业制法及氮的固定 3. 氮的氧化物 4. 磷及其化合物 (1)同素异形体 (2)磷的还原性(3)磷的氧化物——52O P (4)磷酸及偏磷酸 (5)磷酸盐的性质 5. 氨气及铵盐(1)3NH 的结构及物理性质(2)3NH 的化学性质——还原性,与水,与酸反应(3)3NH 的制法及用途 (4)铵盐的四大特点: ① 易溶于水,且吸热 ② 与碱反应 ③ 受热易分解 ④ 水解(5)+4NH 的检验6. 硝酸及硝酸盐(1)硝酸的强氧化性、不稳定性、有机反应 (2)工业制硝酸 (3)硝酸盐的性质 (4)王水【典型例题】[例1] 在一定条件下,某元素的氢化物X 可完全分解为两种单质:Y 和Z ,若已知: ① 反应前的X 与反应后生成的Z 的物质的量之比3:2)(:)(=Z n X n② 单质Y 的分子为正四面体构型 请填写下列空白。
(1)单质Y 是 ,单质Z 是 (填写名称或分子式) (2)Y 分子共含 个共价键。
(3)X 分解为Y 和Z 的化学方程式为 。
解析:此题的突破口是:单质Y 的分子为正四面体构型。
则单质为正四面体构型应为白磷分子,3PH 能分解,且分解后各物质的量之比符合条件①。
答案:(1)白磷(4P );氢气(2H ) (2)6 (3)24364H P PH +=[例2] 将盛有2N 和2NO 混合气体的试管倒立于水中,经过足够的时间后,试管内气体的体积缩小为原体积的一半,则原混合气体中氮气和二氧化氮的体积比是( )A. 1:1B. 2:1C. 3:1D. 1:3解析:依题意及有关反应来考虑。
混合气体中2NO 与水发生反应:O H NO 223+=NO HNO +32,生成的NO 不溶于水,和2N 混合为剩余气体,其体积为原混合气体的一半,则)](31)([2)()(2222NO V N V NO V N V +⨯=+,3:1)(:)(22=NO V N V 。
一、氮族元素1.氮族元素:包括氮(N)磷(P)砷(As)锑(Sb)铋(Bi)五种元素,最外层有个电子,电子层数不同,是元素。
2.氮族元素性质比较:在周期表中从上到下性质相似,最高价态为,负价为,Sb、Bi无负价;最高价氧化物水化物(HRO3或H3RO4)呈酸性。
但非金属性逐渐减弱,金属性逐渐增强,从非金属元素逐渐过渡过金属元素。
二、氮元素单质及其重要化合物的主要性质、制法及应用氮元素是一种典型的变价元素,掌握氮元素形成的单质和化合物的有关知识,应抓住以下线索(N元素化合价为线索)化合价-3 0 +2 +4 +5物质NH3N2NO NO2HNO3(铵盐)(硝酸盐)1.氨气(NH3):(1)分子结构:由极性键形成的三角锥形的极性分子,N原子有一孤对电子;N -3价,为N元素的最低价态(2)物理性质:无色、气味的气体,密度比空气,溶于水,常温常压下1体积水能溶解700体积的氨气,易液化(可作致冷剂)(3)化学性质:①溶于水并与H2O反应:,溶液呈性,氨水的成份为:,浓氨水易挥发;②与酸反应:、(有生成);③还原性(催化氧化):(4)实验室制法:药品和方程式,工业制法用和检验方法:或与浓氨水接近,能产生白烟现象的物质(1)挥发性的酸,如浓HCl(2)Cl2: 8NH3 + 3Cl2 =6NH4Cl + N2(5)用途:化工原料,制硝酸、氮肥等,作致冷剂例题1:某学生课外活动小组利用右图所示装置分别做如下实验:在试管中注入某红色溶液,加热试管,溶液颜色逐渐变浅,冷却后恢复红色,则原溶液可能是__________溶液;加热时溶液由红色逐渐变浅的原因是:_____________________________________。
例题2.制取氨气并完成喷泉实验。
(1)写出实验室制取氨气的化学方程式:_________________________________________________。
(2)收集氨气应使用_________________法,要得到干燥的氨气可选用_________________做干燥剂。
氮族元素与氮族化合物的性质与应用氮族元素是周期表中的第15族元素,包括氮、磷、砷、锑和钋,它们在自然界中广泛存在且具有重要的化学特性。
在本文中,我们将详细探讨氮族元素及其化合物的性质以及它们在各个领域中的应用。
1. 氮族元素的性质氮族元素的共同特点是它们都有五个电子在外层,其中三个电子参与与其他原子的共价键形成化合物。
氮是最重要的氮族元素之一,它是大气中最丰富的元素,占据了气体组成的78%。
氮具有高的电负性和稳定性,因此很难与其他元素发生直接的反应。
然而,在高温和高压条件下,氮可以与氢或氧等元素发生反应形成氨和硝酸等化合物。
磷是氮族元素中比较常见的一个,它主要存在于矿石和磷酸盐矿物中。
磷有多种同素异形体,包括白磷、红磷和黑磷。
白磷是最常见的形式,它在常温下呈黄色或白色固体,具有强烈的毒性和较高的反应活性。
红磷是一种较稳定的形式,常用于制备化学肥料和化学添加剂。
黑磷在最近几年被发现具有特殊的电子和光学性质,因此在电子器件和光电子学领域有着广泛的应用前景。
2. 氮族化合物的性质和应用氮族化合物是由氮族元素与其他元素结合形成的化合物,具有多样的结构和性质。
其中最重要的化合物是氨,它是由氮和氢组成的无色气体,具有强烈的刺激性气味。
氨是一种重要的工业化学品,广泛用于制造肥料、塑料、洗涤剂和爆炸物等。
此外,氨还可以用作溶剂、中和剂和水处理剂。
硝酸是另一种常见的氮族化合物,它是由氮、氧和氢组成的无色液体。
硝酸广泛应用于农业、医药和化工等领域。
在农业中,硝酸作为一种重要的氮肥,能够提供植物生长所需的氮营养。
在医药和化工领域,硝酸被用作溶剂、催化剂和前体化合物。
此外,氮族化合物中还有一些重要的化合物,如三氯化磷、氰化物和腈等。
三氯化磷是一种无色液体,是重要的磷化工原料和有机合成中间体。
氰化物是由氰和元素形成的化合物,其中最常见的是氢氰酸和氰化钠。
氰化物在有机合成和金属提取中有着广泛的应用。
腈是由碳和氮组成的有机化合物,具有较高的极性和溶解性,广泛用于有机合成反应中。
高中化学知识点详解大全——《氮及氮的化合物氮族元素》氮及氮的化合物是高中化学中的重要知识点之一,下面将详细介绍氮的性质、氮的化合物以及氮族元素的一些特点。
1.氮的性质:氮是化学元素周期表中的第七元素,原子序数为7,原子符号为N。
氮气是大气的主要成分之一,占约78%。
氮气是一种无色、无味、不可燃的气体,密度较空气略大。
在高温和高压条件下,氮气可以与氢反应生成氨气。
2.氮的化合物:氮主要以N2分子形式存在于大气中,但在化学反应中,氮通常以离子形式存在。
氮的最常见的化合物是氨(NH3)和氧化亚氮(NO)。
氨是一种气体,有强烈的刺激性气味;氧化亚氮是一种无色气体,对人体有毒。
此外,氮还可以与氧形成一系列的氮氧化物,如二氧化氮(NO2)和三氧化二氮(N2O3)等。
3.氮的化合物的制备和应用:氨的制备通常是通过哈伯–博帕法制取,即将氮气与氢气通过催化剂(通常是铁)的作用下,在高温和高压条件下反应生成氨气。
氨被广泛用于制造化肥、合成纤维和塑料等工业生产中。
氧化亚氮通常是通过氧化铵制备,氧化亚氮可以用作氧化剂、爆炸药以及用于治疗心血管疾病的药物。
4.氮族元素的特点:氮族元素是位于元素周期表第15族的元素,包括氮、磷、砷、锑和铋。
这些元素的原子结构具有相似的电子排布,因此它们有一些共同的化学特性。
例如,氮族元素通常形成负电荷的离子,因为它们的原子有5个价电子。
这些元素的化合物通常具有共有键和离子键的性质。
总结:本文介绍了高中化学中关于氮及氮的化合物和氮族元素的知识点。
氮是一种常见的元素,主要以氮气的形式存在于大气中。
氮的化合物包括氨、氧化亚氮等,这些化合物有广泛的应用。
氮族元素具有一些共同的特点,包括原子结构和化学性质的相似性。
对于理解氮及氮化合物和氮族元素的特性,有助于学生进一步学习高中化学相关知识。
氮族元素及其化合物1.氮和磷[氮族元素]包括氮(7N)、磷、(15P)、砷(33As)、锑(51Sb)、铋(83Bi)五种元素.氮族元素位于元素周期表中第VA族,其代表元素为氮和磷.[氮族元素的原子结构](1)相似性:①最外层电子数均为5个;②主要化合价:氮有-3、+1、+2、+3、+4、+5价;磷和砷有-3、+3、+5价;锑、铋有+3、+5价.(2)递变规律:按氮、磷、砷、锑、铋的顺序,随着核电荷数的增加,电子层数增多,原子半径增大,失电子能力增强,得电子能力减弱,非金属性减弱,金属性增强.在氮族元素的单质中,氮、磷具有较明显的非金属性;砷虽然是非金属,但有一些金属性;锑、铋为金属.[氮族元素单质的物理性质]N2P As Sb Bi颜色无色白磷:白色或黄色红磷:红棕色灰砷:灰色银白色银白色或微显红色状态气体固体固体固体固体密度逐渐增大熔点、沸点先按N2、P、As的顺序逐渐升高,而后按Sb、Bi的顺序逐渐降低[氮气](1)氮元素在自然界中的存在形式:既有游离态又有化合态.空气中含N278%(体积分数)或75%(质量分数);化合态氮存在于多种无机物和有机物中,氮元素是构成蛋白质和核酸不可缺少的元素.(2)氮气的物理性质:纯净的氮气是无色气体,密度比空气略小.氮气在水中的溶解度很小.在常压下,经降温后,氮气变成无色液体,再变成雪花状固体.(3)氮气的分子结构:氮分子(N2)的电子式为,结构式为N≡N.由于N2分子中的N≡N键很牢固,所以通常情况下,氮气的化学性质稳定、不活泼.(4)氮气的化学性质:①N2与H2化合生成NH3N2 +3H22NH3说明该反应是一个可逆反应,是工业合成氨的原理.②N2与O2化合生成NO:N2 + O22NO说明在闪电或行驶的汽车引擎中会发生以上反应.(5)氮气的用途:①合成氨,制硝酸;②代替稀有气体作焊接金属时的保护气,以防止金属被空气氧化;⑧在灯泡中填充氮气以防止钨丝被氧化或挥发;④保存粮食、水果等食品,以防止腐烂;⑤医学上用液氮作冷冻剂,以便在冷冻麻醉下进行手术;⑥利用液氮制造低温环境,使某些超导材料获得超导性能.[NO、NO2性质的比较]氮的氧化物一氧化氮(NO) 二氧化氮(NO2)物理性质为无色、不溶于水、有毒的气体为红棕色、有刺激性气味、有毒的气体,易溶于水化学性质①极易被空气中的O2氧化:2NO + O2= 2NO2②NO中的氮为+2价,处于中间价态,既有氧化性又有还原性与H2O反应:3NO2 + H2O=2HNO3 + NO(工业制HNO 3原理.在此反应中,NO2同时作氧化剂和还原剂)[自然界中硝酸盐的形成过程](1)电闪雷鸣时:N2+O22NO (2) 2NO + O2= 2NO2(3)下雨时:3NO2 + H2O=2HNO3 + NO(4)生成的硝酸随雨水淋洒到土壤中,并与土壤中的矿物作用生成能被植物吸收的硝酸盐.[光化学烟雾]NO、NO2有毒,是大气的污染物.空气中的NO、NO2污染物主要来自于石油产品和煤燃烧的产物、汽车尾气以及制硝酸工厂的废气.NO2在紫外线照射下,发生一系列光化学反应,产生一种有毒的烟雾——光化学烟雾.因此,NO2是造成光化学烟雾的主要因素.光化学烟雾刺激呼吸器官,使人生病甚至死亡.[磷](1)磷元素在自然界中的存在形式:自然界中无游离态的磷.化合态的磷主要以磷酸盐的形式存在于矿石中.动物的骨骼、牙齿和神经组织,植物的果实和幼芽,生物的细胞里都含有磷.(2)单质磷的化学性质:①与O2反应:4P+5O22P2O5②磷在C12中燃烧:2P+3C12(不足量) 2PCl32P+5Cl2(足量) 2PCl5[磷的同素异形体——白磷与红磷]磷的同素异形体白磷红磷说明物理性质颜色、状态无色蜡状固体红棕色粉末①白磷与红磷的结构不同是物理性质存在差别的原因②由两者物理性质的不同,证明了白磷与红磷是不同的单质密度(g·cm-3)1.822.34溶解性不溶于水,溶于CS2不溶于水,也不溶于CS2毒性剧毒无毒着火点40℃(白磷受到轻微的摩擦就会燃烧;常温时,白磷可被氧化而发光)240℃化学性质白磷、红磷在空气中燃烧,都生成白色的P2O5白磷与红磷燃烧都生成P2O5,证明它们都是由磷元素形成的单质相互转化白磷红磷证明白磷与红磷所含元素相同——互为同素异形体保存方法密封保存,少量白磷保存在水中密封保存,防止吸湿切削白磷应在水中进行用途制造高纯度磷酸;制造燃烧弹、烟幕弹制造高纯度磷酸;制农药、安全火柴[五氧化二磷、磷酸](1)五氧化二磷的性质:五氧化二磷是白色粉末状固体,极易吸水(因此可作酸性气体的干燥剂).P2O5是酸性氧化物,与水反应:P2O5+3H2O2H3PO4(2)磷酸的性质、用途:磷酸(H3PO4)是一种中等强度的三元酸,具有酸的通性.磷酸主要用于制造磷肥,也用于食品、纺织等工业.[氮、磷元素及其单质、化合物性质的比较]元素氮(N)磷(P)自然界中存在的形式游离态和化合态只有化合态单质与O2化合的情况N2+O22NO(易)4P+5O22P2O5(难)单质与H2化合的情况N2 +3H22NH32P(蒸汽) + 3H22PH3单质的化学活泼性及原因单质活泼性:N2<P原因:N2分子中N≡N键很牢固,故N2性质稳定、不活泼氢化物的稳定性NH3>PH3最高价氧化物对应水化物的酸性HNO3>H3PO4非金属性N>P2.铵盐[氨](1)氨的物理性质:①氨是无色、有刺激性气味的气体,比空气轻;②氨易液化.在常压下冷却或常温下加压,气态氨转化为无色的液态氨,同时放出大量热.液态氨气化时要吸收大量的热,使周围的温度急剧下降;③氨气极易溶于水.在常温、常压下,1体积水中能溶解约700体积的氨气(因此,氨气可进行喷泉实验);④氨对人的眼、鼻、喉等粘膜有刺激作用.若不慎接触过多的氨而出现病症,要及时吸入新鲜空气和水蒸气,并用大量水冲洗眼睛.(2)氨分子的结构:NH3的电子式为,结构式为,氨分子的结构为三角锥形,N原子位于锥顶,三个H原子位于锥底,键角107°18′,是极性分子.(3)氨的化学性质:①跟水反应.氨气溶于水时(氨气的水溶液叫氨水),大部分的NH3分子与H2O分子结合成NH3·H2O(叫一水合氨).NH3·H2O为弱电解质,只能部分电离成NH4+和OH-:NH3 + H2O NH3·H2O NH4++ OH-a.氨水的性质:氨水具有弱碱性,使无色酚酞试液变为浅红色,使红色石蕊试液变为蓝色.氨水的浓度越大,密度反而越小(是一种特殊情况).NH3·H2O不稳定,故加热氨水时有氨气逸出:NH4++ OH-NH3↑+ H2Ob.氨水的组成:氨水是混合物(液氨是纯净物),其中含有3种分子(NH3、NH3·H2O、H2O)和3种离子(NH4+和OH-、极少量的H+).c.氨水的保存方法:氨水对许多金属有腐蚀作用,所以不能用金属容器盛装氨水.通常把氨水盛装在玻璃容器、橡皮袋、陶瓷坛或内涂沥青的铁桶里.d.有关氨水浓度的计算:氨水虽然大部分以NH3·H2O形式存在,但计算时仍以NH3作溶质.②跟氯化氢气体的反应:NH3 + HCl =NH4C1说明a.当蘸有浓氨水的玻璃棒与蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近时,产生大量白烟.这种白烟是氨水中挥发出来的NH3与盐酸挥发出来的HCl化合生成的NH4C1晶体小颗粒.b.氨气与挥发性酸(浓盐酸、浓硝酸等)相遇,因反应生成微小的铵盐晶体而冒白烟,这是检验氨气的方法之—.c.氨气与不挥发性酸(如H2SO4、H3PO4等)反应时,无白烟生成.③跟氧气反应:4NH3 + 5O24NO + 6H2O说明 这一反应叫做氨的催化氧化(或叫接触氧化),是工业上制硝酸的反应原理之一. (4)氨气的用途:①是氮肥工业及制造硝酸、铵盐、纯碱的原料;②是有机合成工业如合成纤维、塑料、染料、尿素等的常用原料;③用作冰机中的致冷剂. [铵盐]铵盐是由铵离子(NH 4+)和酸根阴离子组成的化合物.铵盐都是白色晶体,都易溶于水. (1)铵盐的化学性质:①受热分解.固态铵盐受热都易分解.根据组成铵盐的酸根阴离子对应的酸的性质的不同,铵盐分解时有以下三种情况:a .组成铵盐的酸根阴离子对应的酸是非氧化性的挥发性酸时,则加热时酸与氨气同时挥发,冷却时又重新化合生成铵盐。