氮族元素知识点整理

氮族元素，第V主族：元素符号核电荷数电子层结构原子半径pm主要化合价氮N72570-3、+1、+2、+3、+4、+5磷P15285110-3、+3、+5砷As3328185121-3、+3、+5锑Sb512818185141+3、+5铋Bi83281832185152+3、+5【最外层电子排布、元素化合价共同点】∵最外层电子都有5个，∴最高价+5，最低价-3∴最高价氧化物R2O5，气态氢化物RH3【原子半径、金属性、非金属性的递变规律】∵原子半径随着电子层数的增加而增大，得电子能力减弱→非金属性减弱失电子能力增强→金属性增强氮、磷：较显著的非金属性砷：较弱的金属性和非金属性锑、铋：较显著的金属性氮族元素的非金属性比同周期的氧族和卤族元素弱氮气N2一、氮元素的存在：单质：氮气，占大气体积的78%，总质量的75%化合物：无机物（硝酸盐、铵盐、氮的氧化物）有机物（蛋白质、核酸）二、物理性质：无色、无味、气体标况下，密度=1.25g/L（比空气略小，但相近，只能用排水法收集）沸点：-195.8℃无色液体（液氮）难液化熔点：-209.86℃雪状固体难溶于水（1：0.02）三、氮分子的结构：分子式：N2电子式：结构式：用元素符号和短线来表示分子中原子结合的式子（一根短线表示一对共用电子，即共价键）氮分子的结构很稳定，破坏分子中的共价键需要很大的能量通常情况下，N2的化学性质很不活泼，很难跟其他物质发生化学反应一定条件下（高温、放电），获得足够能量，能跟H2、O2、金属等反应四、化学性质：1、与H2反应：N2+3H22NH3+Q（工业合成氨）【注】反应要加热，不一定是吸热反应2、与O2反应：NO2ON22放电(无色、有毒、不溶于水)3、与金属反应：高温时，N2能跟钾、钠、镁、钙、锶、钡等金属化合-3232NMgNMg3高温（式量100：CaCO3、KHCO3）氮化镁、灰色【镁在空气中燃烧】232NMgNMg3高温（微量）MgO2OMg22点燃（主要产物，因O2比N2活泼）CMgO2COMg22△【氮化镁遇水】32223NH2OHMg3OH6NMg）（（非氧化还原）五、用途1、利亚N2的稳定性（化学性质不活泼）：代替稀有气体作焊接金属时的保护气充填灯泡，防止钨丝氧化，减慢钨丝的挥发充氮包装，食品保鲜高温高压催化剂2、利用液氮的低温：深度冷冻物质提供超导材料的工作环境保存待移植的活性器官冷冻麻醉开刀3、利用一定条件下的反应：合成氨、制硝酸、氮肥、炸药、塑料、药品、染料等六、氮的固定（固氮）【定义】把大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程1、生物固氮豆科植物根部的根瘤菌中存在固氮酶，能把空气中游离的氨变成氨（铵态氮肥）2、大气固氮——“雷电发庄稼”闪电时，大气中的氮转化为氮的氧化物，经降水生成极稀的硝酸（硝态氮肥）NO2ON22放电22NO2ONO2NOHNO2OHNO33223、工业固氮——“先合成氨，再生产各种化肥”N2+3H22NH3固氮途径自然固氮人工固氮生物固氮大气固氮化学模拟生物固氮工业固氮高温高压催化剂氨NH3一、氨分子的结构：氮的气态氢化物分子式：NH3电子式：NHHH结构式：NHHH分子空间构型：三角锥形氮原子位于锥顶，3个氢原子位于锥底，键角107°18′，极性分子二、物理性质：1、无色、刺激性气味、气体2、比空气轻，标况下，密度=0.771g/L3、极易溶于水（1:700），形成氨水难溶不易溶能（可）溶易溶极易溶H2、CON2＜O2CO21:1Cl21:2H2S1:2.6SO21:40HCl1:500NH31:700【喷泉实验】视频现象：气体体积迅速减小，烧杯里的酚酞溶液由玻璃管喷入烧瓶，形成红色喷泉结论：①氨气极易溶于水②氨水溶液呈碱性原理：气体能被胶头滴管中挤出的少量液体快速吸收，使烧瓶内气体压强远远低于外界大气压关键：①烧瓶、预先吸液的滴管、长直玻璃管外部都要干燥②气体要充满圆底烧瓶③装置气密性好，不漏气，止水夹要夹紧烧瓶中气体Cl2CO2H2SNO2+NOHCl滴管中液体浓NaOH浓NaOH浓NaOH浓NaOHH2O4、易液化，成无色液体，放出大量的热（常温冷却到-33.5℃、常温加压到700-800kPa）（易液化的气体还有：Cl2、SO2、HF）液氨气化时要吸收大量热，能使周围温度剧降——制冷剂三、化学性质：1、与水反应：NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-化学平衡电离平衡【氨水中有6种微粒，3分3离】NH3、H2O、NH3·H2ONH4+、OH-、H+（极少量）【氨水与液氨的区别】液氨是纯净物，只有NH3分子氨水是混合物，含6种微粒【氨水的性质】弱碱性：氨气本身不显碱性弱电解质溶液：电解质是NH3·H2O不稳定性：OHNHOHNH2323△刺激性气味：游离的氨分子挥发性：NH3易挥发（浓氨水瓶口有白雾）保存：密封、阴暗处密度小于纯水，越浓密度越小（28%，密度=0.91g/cm3）同酒精计算氨水的浓度，以NH3计算沉淀性：很好的沉淀剂，制取Al(OH)3、Fe(OH)3弱还原性：OH8NClNH6OHNH8Cl3224232离子方程式书写：①反应物，写化学式②生成物：浓溶液+加热——NH3↑+H2O稀溶液+不加热——化学式2、与酸反应：视频ClNHHClNH43白烟（挥发出的氨跟氯化氢化合生成的微小的氯化铵晶体）3433NONHHNONH硝铵白烟424423SONHSOH2NH）（硫胺无白烟34223HCONHOHCONH碳铵无白烟【注】NH3与挥发性酸反应生成铵盐，有白烟【氨跟强酸溶液反应的本质】43NHHNH3、与氧气反应：（最低价，具有还原性）（Pt、Cr2O3）QOH6NO4O5NH4223催化剂△氨的催化氧化（接触氧化），工业制硝酸的基础【现象】①虽然停止加热，催化剂仍能保持红热②圆底烧瓶内出现红棕色气体22NO2ONO2③紫色石蕊溶液变红NOHNO2OHNO3322④烧瓶内有时会看到白色烟雾3433NONHHNONH⑤圆底烧瓶内红棕色不明显322HNO4OH2O3NO44、与其他氧化剂反应：ClNH6NNH8Cl34232氨气过量——工厂检验氯气HCl6NNH2Cl3232氯气过量OH3NCu3NH2CuO3223△H2O2、KMnO4均可氧化NH3四、制法1、自然界：动植物体内的蛋白质腐败产生2、工业制法：原理：N2+3H22NH3【注】可逆反应，得到的产品是3者的混合物，利用NH3易液化的特点将其分离后，N2和H2可循环使用N2：蒸馏液态空气H2：焦炭与高温水蒸气反应22HCOOHC高温222HCOOHCO高温3、实验室制法：、1）固态铵盐与固体强碱加热【原料】常用消石灰，不用烧碱：①在加热条件下烧碱对玻璃的腐蚀作用更强，试管易碎裂②烧碱价格昂贵【原理】OH2NH2CaClOHCaClNH223224△）（强碱制弱碱【装置】固固加热，同O2【干燥】碱石灰——干燥管、U型管（不能用浓硫酸、无水氯化钙CaCl2·8NH3）【收集】只能用向下排空气（集气试管口棉花作用：防止气体对流，有利于集满）【检验】①湿润的红色石蕊试纸，变蓝高温高压催化剂②把气体通入酚酞试液，试液变红氨气是中学化学唯一的碱性气体③蘸有浓盐酸的玻璃棒，白烟【验满】①湿润的红色石蕊试纸放在集气瓶口，变蓝②蘸有浓盐酸的玻璃棒接近瓶口，白烟【尾气】用水浸湿的棉花团2）在生石灰（或固体烧碱）中加入浓氨水生石灰（或固体烧碱）遇到浓氨水放出大量热，使一水合氨分解。温度升高，氨气的溶解度降低。3223NH)OH(CaCaOOHNH3）直接加热浓氨水OHNHOHNH2323△气体的溶解度随温度升高而减小；氨水越浓越易挥发出NH3五、用途作制冷剂、制氮肥、硝酸、炸药、纯碱、合成纤维、塑料、染料、药物铵盐一、铵根离子的结构电子式：结构式：空间构型：正四面体，键角109°28′二、物理性质：都是离子晶体，能溶于水，呈无色溶液，易被农作物吸收铵盐是由铵根离子和酸根离子构成的盐，都是非金属元素。但属于离子晶体，存在离子键、共价键、配位键。三、化学性质：1、受热分解：视频①挥发性酸的铵盐：氨气与酸一起挥发，冷却时又重新结合成铵盐HClNHClNH34△ClNHHClNH43HBrNHBrNH34△【现象】试管底部的NH4Cl晶体渐渐减少，试管上端的壁上有白色固体附着（在试管上部冷却时，又重新结合生成白色的氯化铵晶体）【思考】碘受热变成蒸气，蒸气遇冷又变成晶体碘；氯化铵受热分解生成的气体遇冷仍变成氯化铵，本质是否相同？碘升华是物理变化；氯化铵分解是化学变化②难挥发性酸的铵盐：氨呈气态逸出，酸残留在加热容器中433434POH3NHPONH△）（4243434HPONHNHPONH）（）（△423424SOH2NHSONH△）（③不稳定且无强氧化性酸的铵盐：氨气、酸的分解产物223324COOH2NHCO)(NH△22334COOHNHHCONH△2234HI2NHI2NH△④不稳定且有强氧化性酸的铵盐：温度不同，产物不同33110-9034HNONHNONH℃OH2ONNONH22200-18534℃OH4O2NNO2NH22250034℃【注】铵盐只有在固态时，才能较好地受热分解，溶液时很难不是所有铵盐受热分解都产生NH3铵态氮肥要低温保存、避免受热、深施盖土2、跟碱反应（视频）OH2NH2SONa2NaOHSONH2342424△）（OHNHNaNONaOHNONH23334△铵盐跟可溶性强碱溶液反应的本质：OHNHOHNH23-4△该性质的应用：1）实验室制取氨气2）检验NH4+：样品强碱△气体湿润红色石蕊试纸蓝色【注】实验室不能用加热分解铵盐的方法检验NH4+：1）可能爆炸2）并不是所有的铵盐分解都产生氨气3）识别铵态氮肥（与熟石灰混合）OH2NH2CaSOOHCaSONH2342424）（）（【注】铵盐晶体和固体碱同样能反应逸出氨气∴铵态氮肥不能跟碱性物质（草木灰）混合使用或保存，会降低肥效（跑氨现象）【铵态氮肥注意事项】低温保存、避免受热、深施盖土不能跟碱性物质（草木灰）混合使用或保存（跑氨现象）3、铵盐的水解：NH4++H2ONH3·H2O+H+四、用途：作氮肥五、贮存：密封包装，并放在阴凉通风处氮的氧化物氮的化合价：-30+1+2+3+4+5N2ONON2O3NO2、N2O4N2O5【N2O】氧化亚氮、一氧化二氮、笑气无色、有甜味、气体能溶于水，但不与水作用可用作麻醉剂【N2O3】红棕色气体、蓝色液体熔点-102℃＜-20℃表现稳定，于3.5℃即分解，生成NO和NO2把NO和NO2混合，并使温度低于-21℃即可制得【N2O5】熔点30℃（常温下为固体）沸点47℃（易分解成NO2和O2）溶于水，与水反应生成硝酸（酸酐）一、NO1、物理性质：无色、无刺激性气味、气体不成盐氧化物，既不（微）溶于水，也不溶于酸和碱有毒，会使血红蛋白变质2、化学性质：在常温下很容易跟空气中的氧气反应生成红棕色的具有刺激性气味的NO22NO+O22NO2N2O4+Q红棕色无色3体积2体积1体积若将20mlO2注入贮有40ml的NO针筒中，最后将得到多少体积气体？20＜V＜403、制备：①氨的催化氧化：OH6NO4O5NH4223催化剂△②铜与浓硝酸：OH4NO2NO3CuNHO83Cu2233）（（稀）二、NO21、物理性质：红棕色、有刺激性气味、气体易溶于水有毒2、化学性质：NOHNO2OHNO3322不是硝酸的酸酐