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

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。

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。

第十三章N族元素第一节通性1．ns2np3a．氧化态为–3 、+5b．可以为金属、非金属2．亚周期性第二周期：1.无2d轨道配位数少2．半径小3．内层电子数少共价单键键能小3．惰性电子对效应：对6s2电子的争夺从Hg、Tl、Pb、Bi有什么样的关系E o Hg2+/Hg < E o Tl3+/Tl+< E o PbO2/Pb2+< E o BiO3-/Bi3+从屏蔽效应来看第二节N§2-1 N 2一、 结构分子轨道理论为 KK (σ2s )2(σ2s *)2(π2p )4(σ2p )2a. 为什么N 图和O 图不同？1． σ键和π键的键能哪个大 1)能量 2)N N 三键参数 945.4kJ·mol -12．CO 和N 2相比哪个键能高？CO 1077kJ·mol -1为什么CO 比N 2活泼？1)有极性使C 易给出电子2)CO 中的HOMO σ2p 能量大 LUMO π2p * 易成键这是羰基配合物多而分子氮配合物少的原因 生物固氮难：a.给电子到π2p * 不稳定 b.从σ2p 上失电子 不稳定σ2p * π2p * σ2p π2p二、制备1．分离空气 普氮99%高纯氮99.99%无水无氧装置2.实验室制N 2NH 4NO 2 N 2 + 2H 2O比较：NH 4NO 2 N 2O + 2H 2ONH 4NO 2 N 2 + 1/2O 2 + 2H 2O此法太快 NH 4+ + NO 2– N 2 + 2H 2O其中有NH 3 NO O 2 H 2O 等杂质如何除去 H 2SO 4、FeSO 4、Cu 、P 4O 10较纯的方法：2NH 3+3Br 2 N 2 + 6HBr 最纯：NaN 3(s) 2Na(l) + 2N 2(g)反应于 100-150o C 干燥 除去水300o C 分解三、N 成键特征 1. 最大配位数是42.易形成π键 N N N 3–§2-2 氢化物等NH 3 NH 4+ NH 2OH H 2N –NH 2 N 3– HN 3Δ Δ Δ Δ1．为什么H2N–NH2 不能再连下去？所以它的性质易炸2．比较碱性NH2OH NH3HN3N2H4即它们结合质子的能力，从化合价判断即可3．N2H4肼1)制备方法NaClO + 2NH3N2H4 + NaCl +H2O4NH3 + (CH3)2CO + Cl2+2NH4Cl +H2O4．氮化物Mg3N2ⅡA 都是N化物Li3N外IA的N化物不稳定，易分解离子型N化物的热稳定性顺序是：小阳小阴大阳大阴备注：1)N3–是小阴离子，半径其实和Cs+相当，这里阴离子和阴离子比，阳离子和阳离子比。

氮族元素概述王振山一、氮族元素通性周期系ⅤＡ族包括N、P、As、Sb、Bi五种元素称为氮族元素。

氮在地壳中的丰度为0.0046%，氮主要以单质存在于大气中；磷在地壳中的丰度为0.118%，磷主要以磷酸盐形式分布在地壳中；砷、锑、铋是亲硫元素，它们在自然界中主要以硫化物１、原子结构与氧化数⑵、氧化态：①、有获得3个电子成为-3氧化态而达到稀有气体结构的趋势，但要完全夺得3个电子成为-3价离子则困难，只有电负性较大的N和P在个别化合物中能成为-3价离子，如Li3N，Mg3N2，Na3P，Ca3P2等，但只能存在于干态，因N3-，P3-离子半径大，变形性强，遇水会强烈水解生成NH3和PH3。

本族元素与电负性较小的元素化合时，可形成-3氧化态的共价化合物。

②、本族元素与电负性较大元素化合时，主要形成氧化数为+3或+5的化合物，这与共价层电子相关，即前者相当于用3个np电子成键，而后者则用2个ns电子和3个np电子成键。

本族元素从上→下，+5氧化态化合物稳定性递减，而+3氧化态的稳定性递增。

２、性质变化规律N P As Sb Bi单质物态：气固固固固非金属元素准金属元素金属元素I1──────────────────>减小X──────────────────>减小EA1─────────────────>递增，负值减小N在本族中半径最小，电负性最大，价电子层数为2，故具有一些与本族其它元素不同的特性。

如形成化合物时，只有2s、2p轨道可用，故最高配位数为4；r小，故易形成重键。

共价半径(单键)/pm：N，70；O，66；F，64；(双键)/pm：N，60；O，55；F，(54)；(叁键)/pm：N，55；O，(51)；—与氧族元素及卤素比较⑴、本族元素的金属性更强，同族从上到下非金属性向金属性过渡完整。

⑵、ⅥＡ、ⅦＡ族元素均存在8-族数的负氧化态离子，本族则只有N和P两元素在固态下个别化合物中有-3氧化态离子，As，Sb，Bi不形成负离子。

第十七章氮族元素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 砷锑铋的化合物氮族元素的基本性质2.022.052.182.193.04电负性1001017771.07-6.75电子亲和能(kJ·mol -1)70383294410121402第一电离能(kJ·mol -1)14614112111070半径/pm 208.98121.7674.9230.9714.01原子量[Xe]2s 22p 3[Kr]2s 22p 3[Ar]2s 22p 3[Ne]2s 22p 3[He]2s 22p 3电子构型835133157原子序数Bi Sb As P N 元素17.2 氮族元素的单质N2分子模型N分子的电子云分布2氮的化学反应6Li +N 22Li 3N N 2+3H 22NH 33Ca +N 2Ca 3N 2N 2+O 22NO2B +N 22BNNH 4NO 2N 2(g)+2H 2O (g)高温高压催化剂放电17.2.2 磷17.2 磷的化学反应2P+3X22PX3PX3+X2PX54P+3S P4S3(P4S6,P4S10)P4+NaOH+3H2O PH3+3NaH2PO211P+15CuSO4+24H2O3Cu3P+5H3PO4+15H2SO4磷的化学反应P+5HNO3H3PO4+5NO2(g)+H2O3P+5HNO3(稀)+2H2O3H3PO4+5NO(g) Ca3(PO4)2(s)+3SiO2(s)3CaSiO3(l)+P2O5(g) P2O5(g)+5C(s)2P(g)+5CO(g)17.2.3 砷、锑、铋单质砷和锑各有灰、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。

砷、锑、铋的化学反应2As+3H2SO4(热,浓)As2O3+3SO2(g)+3H2O3As+5HNO3+2H2O3H3AsO4+5NO(g)2Sb+6H2SO4(热,浓)Sb2(SO4)3+3SO2(g)+6H2O 3Sb+5HNO3+8H2O3HSb(OH)6+5NO(g)2Bi+6H2SO4(热,浓)Bi2(SO4)3+3SO2(g)+6H2O Bi+4HNO3Bi(NO3)3+NO(g)+2H2O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。