901 无机化 第十六章氮族元素 医药化工学院无机化学教研室 www.yyhg.tzc.edu.cn
1 医药化工学院 无机化学教研室 www.yyhg.tzc.edu.cn 第十六章 氮族元素
本章内容 巴纪之处升鲁 本章共用5课时 氮族元素单质的物理化学性质 氮族元素氢化物的物理化学性质 氮族元素含氧酸的物理化学性质 氮族元素含氧酸盐的物理化学性质 S Fe Mo 固氮酶MoFe,S。蛋白结构示意图 2
2 本章内容 本章共用5课时 氮族元素单质的物理化学性质 氮族元素氢化物的物理化学性质 氮族元素含氧酸的物理化学性质 氮族元素含氧酸盐的物理化学性质
第一节通性 VA包括元素：N,P,As,Sb,Bi 元素在周期 表中的位置 He Li Be Ne He Na Mg Si P Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr N F Ne Rb Sr Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La- Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg TI Pb Bi Po At Rn Lu Al Si Ar Ac- Fr Ra Db Bh Hs Mt 110 111 112 114 116 118 Lr Rf Sg Ga Ge As Se Kr s block dblock p block La Ce PrNd Pm Sm Eu Tb Ho Lu In Sn Sb Te Xe A Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Es fblock Ti Pb Bi Po At Rn 价层电子（价轨道）：ns2np3(ns np nd共 9个，对N价轨道为2s2P共4个)。 114 116 118 pblock
3 第一节 通 性 ⅤA包括元素：N，P，As，Sb，Bi 元素在周期 表中的位置 价层电子(价轨道): ns 2np3 (ns np nd共 9个, 对N价轨道为2s 2p共4个)
一，通性 1、典型的非金属渐变到金属的一个完整过渡。 元素 N P As Sb Bi 金属性 非 非 准金 金 38 35 As,SbBi的电导率 ■22°C ■ 0°C 温度/℃ 22 26 0 24 k(As)/kS·cm-1 35 38 k(Sb)/kS.cm-1 24 26 958.6 k(Bi)/kS.cm-1 8.6 9.5 2、形成共价化合物是本族元素的特征。 As Sb Bi N3、P3-半径大易变形，水解成NH3、PH? 固态存在LiN、Mg3N2、Na,P、CaP2。 Sb3+,Bi3+水解成SbO+,BiOH 4
4 一．通性 1、典型的非金属渐变到金属的一个完整过渡。 元素 N P As Sb Bi 金属性 非 非 准 金 金 温度 / ℃ 22 0 k(As)/kS·cm-1 35 38 k(Sb)/kS·cm-1 24 26 k(Bi)/kS·cm-1 8.6 9.5 As, Sb Bi 的电导率 2、形成共价化合物是本族元素的特征。 N3-、P3-半径大易变形，水解成NH3、PH3 固态存在Li3N、 Mg3N2、Na3P、Ca3P2。 Sb3+ ，Bi3+水解成SbO+ ，BiO+
3、氧化数：-3,1,3,5 吧之处升 主要氧化态： 元素 N P As Sb Bi 氧化数-3+5-3+3+5-3+3+5(-3)+3+5 (-3)+3+5 +Ⅲ稳定性增加，还原性减弱；+V稳定性递减，氧化性增强。 氮是氧化态变化最多的元素之一，而且几乎所有氧 化态都存在相对稳定的物种 氧化态 实例 氧化态 实例 -3 NH LigN +1 N2O -2 NH4 +2 NO -1 NH,OH +3 N2O3 HNO2,NO2 -1/3 HN: +4 NO2 0 N2 +5 N2O5,HNO3,NO3 5
5 氮是氧化态变化最多的元素之一，而且几乎所有氧 化态都存在相对稳定的物种. 氧化态 实例 氧化态 实例 -3 NH3·Li3N +1 N2O -2 N2H4 +2 NO -1 NH2OH +3 N2O3 , HNO2 , NO2 - -1/3 HN3 +4 NO2 0 N2 +5 N2O5 , HNO3 , NO3 - 3、氧化数： -3, 1, 3, 5 主要氧化态： 元素 N P As Sb Bi 氧化数 -3~+5 -3+3+5 -3+3+5 (-3)+3+5 (-3)+3+5 ＋Ⅲ稳定性增加，还原性减弱；＋Ⅴ稳定性递减，氧化性增强
3、氧化数 低氧化态相对 稳定性增大 Ga Ge As 情性电子对稳 定性增大 4s2 In Sn Sb 5s2 TI Pb Bi 6s2 惰性电子对效应 ·即同一元素从上到下低氧化态渐趋于稳定 (惰性电子对 效应)表现在IVA、IIA族，重元素价电子中ns2不易成键 原因 ①形成高氧化态化合物时，需要激发能(spn→slpm+) ②原子序数大的重元素成键能力较弱（原子半径大，电 子云重叠程度差；内层电子数增多，内层电子与其键合 原子的内层间斥力增大) ③Sb,Bi:ns2(n-l)d1np3,nsnp电子钻穿效应差异相对变 大，ns钻得深，ns比np电子能量低得多，N、P:ns2np3 钻穿差异相对少。 6
6 惰性电子对效应： ①形成高氧化态化合物时，需要激发能 (s 2pn →s 1pn+1) 原因 ②原子序数大的重元素成键能力较弱（原子半径大，电 子云重叠程度差；内层电子数增多，内层电子与其键合 原子的内层间斥力增大） ③ Sb，Bi :ns 2 (n-1)d10np3 ,ns np电子钻穿效应差异相对变 大，ns钻得深，ns比np电子能量低得多，N、P：ns 2np3 钻穿差异相对少。 •即同一元素从上到下低氧化态渐趋于稳定（惰性电子对 效应）表现在ⅣA、ⅢA族，重元素价电子中ns 2不易成键 Ga Ge As In Sn Sb Tl Pb Bi 4s 2 5s 2 6s 2 低 氧 化 态 相 对 稳 定 性 增 大 4s 1-3 5s 1-3 6s 1-3 惰 性 电 子 对 稳 定 性 增 大 3、氧化数
二.成键方式 价层电子（价轨道）：ns2np3(ns np nd共9个，对N价轨道为2s2p共 4个). 电负性规律：自上到下变小，得电子能力下降，失电子能力 增强。 ①得到电子形成离子化合物， 氧化态-3（极难） Mg3N2Na3P、Ca,Pz ②共用电子对形成共价化合物，氧化 态-3，与电负性大的元素共用电子对， 氧化态为正+3 PH; PCl
7 二．成键方式 价层电子(价轨道): ns 2np 3 (ns np nd共9个,对N价轨道为2s 2p共 4个)。 电负性规律：自上到下变小，得电子能力下降，失电子能力 增强。 ②共用电子对形成共价化合物，氧化 态-3,与电负性大的元素共用电子对， 氧化态为正+3 ①得到电子形成离子化合物， 氧化态-3(极难） Mg3N2、Na3P、Ca3P2 PH3 PCl3
二.成键方式 巴纪之处升雪 ③集团得到电子氧化态多变，N最多 只能形成4个共价键，P、As由于有 可利用的d轨道，配位数可扩大到5 或6，如PCl5和[PCl6]-。 PCI ④成链能力强，且具有一定的自我成链能力，还 可以与其它元素化合形成网状结构 8
8 ③集团得到电子氧化态多变,N最多 只能形成4个共价键，P、As由于有 可利用的d轨道，配位数可扩大到5 或6，如PCl5和[PCl6]－。 PCl5 •④成链能力强，且具有一定的自我成链能力，还 可以与其它元素化合形成网状结构 二．成键方式
二.成键方式 ⑤负氧化态时可形成叁个共价键，故具有π成键能力 SP- 118 B,N,H6(无机苯) BN 116° ⑥p→dπ配键：第二周期元素与第三周期及其 1.478 以下的元素之间形成，由第二周期元素提 供孤电子对，第三周期及以下的元素提供 139 102 空轨道而形成。 1.54A H:PO 9
9 ⑤负氧化态时可形成叁个共价键，故具有π 成键能力 BN B3N3H6 (无机苯) ⑥p→dπ配键:第二周期元素与第三周期及其 以下的元素之间形成，由第二周期元素提 供孤电子对，第三周期及以下的元素提供 空轨道而形成。 H3PO4 二．成键方式
二.成键方式 ⑦大π键πm(m<2n):有第二周期元素参与而形成的多中心多 电子的大π键。 氧化二氮 一氧化氮 三氧化二氮 二氧化氮 四氧化二氮 五氧化二氮 34 33 68 234 失去电子形成离子化合物(Sb,B常见)，集团失去电子相对更容易。 般以化合态形式存在，N主要以单 质，有机物存在，P以磷酸盐形式存 在。其它多以氧化物或硫化物形式存 存在状态： 在。 10
10 氧化二氮 一氧化氮 三氧化二氮 二氧化氮 四氧化二氮 五氧化二氮 ∏3 4 ∏ 5 6 ∏ 3 3 ∏ 6 8 2 ∏ 3 4 ⑦大π键πn m(m<2n)：有第二周期元素参与而形成的多中心多 电子的大π键。 •一般以化合态形式存在，N主要以单 质，有机物存在，P以磷酸盐形式存 在。其它多以氧化物或硫化物形式存 存在状态： 在。 失去电子形成离子化合物 (Sb,Bi常见)，集团失去电子相对更容易。 二．成键方式