氮、磷及其化合物

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1、我们已学习了ⅠA、ⅣA、ⅥA、ⅦA等主族元素。在周期表中，位于碳族元素和氧族元素之间的第ⅤA族元素也是主族元素，包括氮（N）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）五种元素，我们称它们为氮族元素。　　随着核电荷数和原子核外电子层数的增加，氮族元素的一些性质呈现规律性变化。例如，在周期表中从上到下，元素的原子半径逐渐增大，核对外层电子的引力逐渐减弱，在化学反应中得电子的能力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强，非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强。在氮族元素的单质中，氮、磷表现出比较明显的非金属性，砷虽然是非金属，但已有一些金属性，而铋、锑已具有比较明显的金属性。　　

2、氮族元素在它们的化合物中，能显示出多种化合价，如－3、+3、+5等　　（表1）。从氮族元素的原子结构看，它们的原子最外层都有5个电子，最高化合价都是+5。　　思考：从氮族元素在周期表中的位置看，氮族元素的非金属性与卤族元素、氧族元素相比，强弱如何？　　我们知道，土壤里缺乏氮、磷、钾三种元素，会影响农作物的生长，所以，农业上主要施用含氮、磷、钾元素的化肥。氮和磷是重要的非金属元素,都位于元素周期表的第ⅤA族，它们在化学性质上有一些相似之处，如单质在一定条件下都能与某些非金属反应等。下面我们主要介绍氮和磷单质的一些性质。　　　　一、氮气　　　氮是一种重要的元素，它

3、以化合态存在于多种无机物和有机物之中，是构成蛋白质和核酸不可缺少的物质。在空气中，氮以氮气的形式存在，是空气的主要成分。　　纯净的氮气是一种无色的气体，密度比空气的稍小。氮气在水中的溶解度很小，通常状况下，1体积水中只能溶解大约0.02体积的氮气。在压强为101kPa时，氮气在-195.8℃时变成无色液体，在-209.9℃时变成雪花状固体。氮气的一些物理性质见表1。　　氮气是由氮原子组成的双原子分子。氮分子中，2个氮原子共用3对电子,形成3个共价键：　　由于氮分于中的N≡N键很牢固，使氮分子的结构很稳定。通常状况下，氮气的化学性质不活泼，很难与其他物质发生化学

4、反应。但是，在一定条件下，如高温、高压、放电等，氮分子获得足够的能量，使共价键断裂，就能与一些物质如H2、O2等发生化学反应。　　1．氮气与氢气的反应　　在高温、高压和有催化剂存在的条件下，N2与H2可以直接化合，生成氨（NH3），并放出热量。同时，NH3也会分解成N2和H2，所以，这个反应是个可逆反应。　　工业上利用这一反应原理合成氨。关于合成氨工业，我们将在以后介绍。　　2．氮气与氧气的反应　　我们知道，空气的主要成分是N2和O2，在通常状况下，它们不起反应。但是，在放电条件下，N2和O2却可以直接化合，生成无色、不溶于水的一氧化氮（NO）气体。　　　反应

5、生成的NO在常温下很容易与空气中的O2化合，生成红棕色、有刺激性气味的二氧化氮（NO2）气体。2NO+O2=2NO2　　NO2是一种有毒气体，易溶于水，它与水反应生成HNO3和NO。工业上利用这一反应制取硝酸。3NO2+H2O=2HNO3+NO　　　以上几个反应是在自然界中经常发生的重要反应。在电闪雷鸣的雨天，会产生放电现象，由于放电，使空气中的N2和O2反应生成了NO，NO又被O2氧化成NO2。NO2在雨水中与水反应生成硝酸，随雨水淋洒到土壤中，并与土壤中的矿物质作用生成能被植物吸收的硝酸盐。这样就使土壤从空气中得到氮，促进了植物的生长。　　值得注意的是，N

6、O和NO2是大气的污染物。空气中的NO和NO2污染物主要来自石油和煤燃烧的产物、汽车尾气、制硝酸工厂的废气等。近年来，光化学烟雾污染问题已引起人们的注意，而空气中的NO2是造成光化学烟雾的主要因素。NO2在紫外线照射下，会发生一系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾——光化学烟雾，刺激呼吸器官，使人生病甚至死亡。目前，随着汽车数量的增大，每天排放到大气中的废气（包括NO2）越来越多，汽车污染问题已日益严重。在世界的某些大城市，已经出现光化学烟雾，我国的一些城市也已有了这种潜在的危险。所以，加强对汽车尾气的治理已十分迫切。　　另外，雷雨天如果产生大量的NO2，也会造

7、成酸雨，酸雨腐蚀金属、建筑物，破坏森林，污染湖泊……。　　在工业上，氮气是合成氨、制硝酸的重要原料。在通常状况下由于氮气的化学性质很不活泼，因此它常被用作保护气。例如，焊接金属时用氮气保护金属使其不被氧化；在灯泡中填充氮气以防止钨丝被氧化或挥发；粮食、罐头、水果等食品，也常用氮气作保护气，以防止食品腐烂。在医学上，常用液氮作冷冻剂，在冷冻麻醉条件下做手术等。在高科技领域中常用液氮制造低温环境，如有些超导材料就是在经液氮处理后的低温下才获得超导性能的。　　　　二、磷　　　　在自然界中，没有游离态的磷存在，磷主要以磷酸盐的形式存在于矿石中。磷和氮一样，是构成蛋白质

8、的成分之一。动物的骨骼、牙齿和神经组织