第 16 章 氮

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1、第16章氮、磷、砷 　[教学要求]1.掌握氮分子的结构、氮气的制备和化学模拟生物固氮。2.掌握氨的合成、性质。3.掌握铵盐的性质和用途。4.掌握氮的氧化物，含氧酸及其盐类的性质和用途。5.掌握磷的氧化物、含氧酸及其盐类的性质和用途。[教学重点]氮和磷的单质及重要化合物的结构和性质[教学难点]氮和磷的单质及重要化合物的结构和性质[教学时数]6学时[教学内容]1.氮族元素的基本性质2.氮和氮的基本化合物3.磷及其化合物16-1氮族元素的基本性质氮族元素包括氮（N）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）五种元素。其中氮、磷是非金属元素，

2、砷是准金属，锑和铋是金属。本章重点介绍氮和磷。一、氮、磷、砷的基本性质氮、磷、砷的基本性质性质氮磷砷原子序数原子量价电子构型常见氧化态714.012s22p3-3,-2,-1,+1→+51530.973s23p3-3,0,+1,+3,+52374.924s24p3-2,0,+2,+4,+6孝感学院化学系tel:0712-2345464共价半径/pm第一电离能/(kJ/mol)第一电子亲合能/(kJ/mol)电负性(Pauling标度)单键键能/(kJ/mol)三键键能/(kJ/mol)70140273.04-1679421101012-7

3、22.192014811521947.1782.18146380二、氮的成键特征和价键结构N原子的成键特征和价键结构结构基础杂化态σ键π键孤电子对分子形态例子共价键三个单键sp3430001正四面体三角锥NH4+NH3一单一双sp2321101三角形角形NO3-ClNO一个三键sp121直线形N2、HCN离子键离子型氮化物：Li3N、Ca3N2、Mg3N2等配位键配位化合物：氨合物、铵合物、过渡金属氮分子配位化合物等三、氮族元素的电极电势 氮的电势图：0.9340.9831.5911.7680.27φAθ/VNO3-———HNO2———N

4、O———N2O———N2———NH4+ 0.01-0.460.760.94φBθ/VNO3-———NO2-———NO———N2O———N2 磷的电势图：-0.276-0.499-0.508-0.063φAθ/VH3PO4———H3PO3———H3PO2———P———PH3 -1.05-1.65-2.05-0.89φBθ/VPO43-———HPO32-———H2PO2-———P———PH3 16-2氮和氮的化合物一、单质氮氮在地壳中的质量百分含量是0.46%，绝大部分氮是以单质分子N2的形式存在于空气中。除了土壤中含有一些铵盐、硝酸盐外，氮

5、以无机化合物形式存在于自然界是很少的，而氮却普遍存在于有机体中，是组成动植物体的蛋白质和核酸的重要元素。1.氮的性质单质氮在常况下是一种无色无臭的气体，在标准情况下的气体密度是1.25g·dm-3,熔点63K,沸点75K，临界温度为126K，它是个难于液化的气体。在水中的溶解度很小，在283K时，一体积水约可溶解0.02体积的N2。氮气分子的分子轨道式为[KK(σ2s)2(σ*2s)2(π2py)2(π2pz)2(σ2px)2]，对成键有贡献的是(π2py)2(π2pz)2(σ2px)2三对电子，即形成两个π键和一个σ键。(σ2s)2(σ

6、*2s)2对成键没有贡献，成键与反键能量近似抵消，它们相当于孤电子对。由于N2分子中存在叁键N≡N，所以N2分子具有很大的稳定性，将它分解为原子需要吸收941.69kJ/mol的能量。N2分子是已知的双原子分子中最稳定的。单质N2不活泼，只有在高温高压并有催化剂存在的条件下，氮气和氢气反应生成氨。在放电条件下，氮气可以和氧气化合生成一氧化氮。N2与电离势小，而且其氮化物具有高晶格能的金属能生成离子型的氮化物。N2与金属锂在常温下就可直接反应：6Li+N2===2Li3NN2与碱土金属Mg、Ca、Sr、Ba在炽热的温度下作用：3Ca+N2=

7、==Ca3N2N2与硼和铝要在白热的温度才能反应：2B+N2===2BN（大分子化合物）N2与硅和其它族元素的单质一般要在高于1473K的温度下才能反应。2.氮的制备单质氮一般是由液态空气的分馏而制得的，常以1.52×107Pa的压力把氮气装在气体钢瓶中运输和使用。一般钢瓶中氮气的纯度约99.7%。实验室中制备少量氮气的基本原理是用适当的氧化剂将氨或铵盐氧化，最常用的是如下几种方法：⑴加热亚硝酸胺的溶液：NH4NO2（aq）→N2↑+2H2O⑵亚硝酸钠与氯化胺的饱和溶液相互作用：NH4Cl+NaNO2===NaCl+2H2O+N2↑⑶将氨

8、通过红热的氧化铜：2NH3+3CuO===3Cu+3H2O+N2↑⑷氨与溴水反应：8NH3+3Br2(aq)===6NH4Br+N2↑⑸重铬酸铵加热分解。3.氮的用途氮主要用于合成氨，由此制造