第14章氮族元素Chapter 14The Nitrogen Family Elements
第14章 氮 族 元 素 Chapter 14 The Nitrogen Family Elements
本章基本要求1.熟悉氮元素在本族元素中的特殊性。2.掌握氮、磷以及它们的氢化物学习内容含氧酸及其盐的结构、性质、制备和用途。14.1通性3.熟悉本族元素不同氧化态间14.2氮及其化合物的转化关系，14.3磷及其化合物4.掌握砷、锑、秘单质及其化合14.4砷、锑、铋物的性质递变规律14.5情性电子对效应5.从结构特点上分析理解本族元素的通性和特性
1.熟悉氮元素在本族元素中的特殊性。 ２.掌握氮、磷以及它们的氢化物， 含氧酸及其盐的结构、性质、制 备和用途。 ３.熟悉本族元素不同氧化态间 的转化关系， ４.掌握砷、锑、铋单质及其化合 物的性质递变规律。 ５.从结构特点上分析理解本族 元素的通性和特性。 本章基本要求 学习内容 14.1通性 14.2氮及其化合物 14.3磷及其化合物 14.4砷、锑、铋 14.5惰性电子对效应
14.1氮族元素概述1.在周期表中的位置0VAVIAIIIAHe氨非金属2N氮F氟Ne氯B硼Nitrogen金属性增加3P磷AI铝CI 氯Ar氩Phosphorus准金属4Ga镓As砷Br溴Kr氪Arsenic5I碘In 铟Sb锑Xe氙Antimony金属6TI 铊Bi铋At 砭RnBismuth价层电子结构ns?np
14.1 氮族元素概述 0 ⅢA ⅤA ⅦA He氦 2 B 硼 Nitrogen N 氮 F 氟 Ne氖 3 Al 铝 Phosphorus P 磷 Cl 氯 Ar氩 4 Ga镓 Arsenic As砷 Br溴 Kr氪 5 In 铟 Antimony Sb 锑 I 碘 Xe氙 6 Tl 铊 Bismuth Bi 铋 At 砹 Rn 1.在周期表中的位置 价层电子结构ns2 np3 非 金 属 准 金 属 金属 金 属 性 增 加
2、存在形式N氮：大气中的N,(体积含量为78%)；动植物体内的含氮物质蛋白质、核酸的重要组分：智利硝石NaNO，0.03%第18位;P磷：动植物体内的含磷物质，最重要的矿石是磷灰石一磷酸钙Cas(PO4)2·H,O。0.11%第12位As砷、Sb锑、Bi铋：以硫化物的形式存在，雄黄As.S4，雌黄As,S，辉锑矿Sb,S辉铋矿Bi,S。这三者为重要的合金元素，AS、Sb为半金属，Bi为金属
N 氮：大气中的N2 (体积含量为78%)；动植物体内 的含氮物质蛋白质、核酸的重要组分；智利硝石 NaNO3 0.03% 第18位； P 磷：动植物体内的含磷物质，最重要的矿石是磷 灰石—磷酸钙Ca3 (PO4 ) 2·H2O。0.11% 第12位 2、存在形式 As砷、Sb锑、Bi铋：以硫化物的形式存在，雄黄 As4 S4 , 雌黄As2 S3 , 辉锑矿Sb2 S3 , 辉铋矿Bi2 S3。这三者 为重要的合金元素，As、Sb为半金属，Bi为金属
3.氮族元素的性质性质与N,P差别较大，砷族元素VA氮(N)磷(P)砷(As)锑(Sb)铋(Bi)2s22p33s23p34s24p35s25p36s26p3价层电子构型P、As、Sb、Bi原子有可供利用的d空轨道-3、0、-3、0-3、0(-3) 、0(-3)、0主要氧化数+1 ~ +5+3、+5+3、+5+3、+5+3、+5具有多种氧化数：低价化合物趋于稳定94714021012834703I/(kJmol-1)非金属性减弱电负性 (α)1.91.93.02.12.0砷族：+3氧化数化合物的稳定性增强，+5氧化数的氧化性增强→△Enp-nsT,ns价电子成键能力l,ns电子对活泼性降低，表现为高价态物质趋于不稳定，低价态趋于稳定一6s2惰电子对现象
ⅤA 氮(N) 磷(P) 砷(As) 锑(Sb) 铋(Bi) 价层电子构型 2s22p3 3s23p3 4s24p3 5s25p3 6s26p3 P、As、Sb、Bi原子有可供利用的d空轨道 主要氧化数 -3、0、 +1 ~ +5 -3 、0 +3、+5 -3 、0 +3、+5 (-3) 、0 +3、+5 (-3) 、0 +3、+5 I1 /(kJ·mol-1 ) 1402 1012 947 834 703 电负性 () 3.0 2.1 2.0 1.9 1.9 3.氮族元素的性质 具有多种氧化数；低价化合物趋于稳定 性质与N,P差别较大,砷族元素 砷族：+3氧化数化合物的稳定性增强，+5氧化数的氧化性增强。 →ΔEnp-ns↑, ns价电子成键能力↓,ns电子对活泼性降低,表现为高价 态物质趋于不稳定,低价态趋于稳定——6s2惰电子对现象 非金属性减弱
4.成键特征(ns?np3)形成-3、+3氧化数的离子化合物仅N和P可与活泼金属形成-3的离子化合物，Li,NMg2N33CasN2Na,PCa,P,只能存在于干态,水溶液中强烈水解离子键N3-+H,O=-NH +OHCa,P2 + 6H,0==3Ca(OH)2 +2 PH,1Bi3+和Sb3+只存在于强酸溶液中，水Sb2(SO4)3 Bi(NO3)3+3溶液中强烈水解为SbO+和BiO+形成-3，0，+1，+2，+3，+5共价化合物--本族元素的特征单键配位键NH PH N,H4 NCl, PCls SbCls[Cu(NH3)4]2+重键N=N N=N=N-H O-P(OH)3N的2p-p元键强，可sp3、sp2、Sp杂化，氧化态多；N特殊性无可利用的d轨道，配位数<4其他元素主要sp3杂化，有时可以sp3dl2，配位数5,6
4.成键特征(ns2np3 ) 形成-3，0，+1,+2,+3,+5共价化合物-本族元素的特征 形成-3、+3氧化数的离子化合物 N特殊性 仅N和P可与活泼金属形成-3的离子化合物，Li3N Mg2N3 Ca3N2 Na3P Ca3P2只能存在于干态,水溶液中强烈水解 N3- + H2O ==NH3 + OH- Ca3P2 + 6H2O==3Ca(OH)2 +2 PH3 Sb2 (SO4 )3 Bi(NO3 )3 Bi3+和Sb3+只存在于强酸溶液中，水 溶液中强烈水解为SbO+和BiO+ 离 子 键 -3 +3 N的2p-pπ键强，可sp3 、sp2 、sp杂化，氧化态多； 无可利用的d轨道，配位数≤4 其他元素主要sp3杂化，有时可以sp3d 1,2，配位数5,6 单键 重键 NH3 PH3 N2H4 NCl3 PCl5 SbCl5 NN NN=N-H O=P(OH)3 配位键 [Cu(NH3 )4 ] 2+
14-2氮及其化合物Nitrogen and compounds of nitrogen氮单质N2: [KK(α2s)2 (α*2s)2 (元 2p)4 (α 2p)]结构式：:N=N参键N=N、942kJ·mol-1——N,分子很稳定。它是已知双原子分子中热稳定性最大的。3000℃仅有0.1%解离。常温表现情性一常作为保护气。熔点63K，沸点75K。难于液化的气体一常用的低温冷却剂(液态氮)情性气氛手套箱
氮 单 质 14-2 氮及其化合物 Nitrogen and compounds of nitrogen 常温表现惰性—常作为保护气。 N2 : [KK(2s) 2 ( * 2s) 2 ( 2P) 4 ( 2P) 2 ] 结构式: N N 叁键N≡N、942 kJ·mol-1——N2分子很稳定。它是已知 双原子分子中热稳定性最大的。3000℃仅有0.1%解离。 箱 熔点63K,沸点75K。难于液 化的气体—常用的低温冷却剂 (液态氮)
主要反应---高温反应T,P,催化剂2NH3N,+3H化肥、硝酸、炸药Fritz Haber(1868-1934)固氮，电力发达放电德物理化学家2NO地方用于制硝酸1918诺贝尔化学奖2B+N,2BN (1200℃)（类石墨无机大分子）高温时可以和几种金属直接化合 (Li Mg Ca Sr Ba Al Ga Ti)6Li+N2==2Li,N（常温）3Mg +N,== Mg3N,(炽热)(Ca Sr Ba类似)
主要反应-高温反应 固氮，电力发达 地方用于制硝酸 高温时可以和几种金属直接化合（Li Mg Ca Sr Ba Al Ga Ti） 6Li+N2 == 2Li3N (常温) 3Mg +N2 == Mg3N2 (炽热)(Ca Sr Ba类似) N2+3H2==========2NH3 化肥、硝酸、炸药 T,P,催化剂 放电 2B+N2====2BN(1200℃) (类石墨无机大分子) N2+O2====2NO Fritz Haber(1868-1934) 德物理化学家 1918诺贝尔化学奖
氮循环大气中的NNO3NO3氮素化肥尿素及动植物遗体NH3土壤中的微生物
大气中的N2 尿素及动 植物遗体 NO3 - 土壤中的微生物 NH3 NO3 - 氮素化肥 氮循环
*生物固氮根瘤菌Mo固氮心固氮酶中含有铁钼簇配合物，与心闪电时空气中N,与O,反N,配位--削弱氮三键--实现固氮一应生成NO，进而转化为提示？1965年合成[Ru(NH3);N2]X,--很多HNO.随雨水降到地面为土分子氮配合物--Ru（II）分子氮配合壤氮的主要来源，雷电合物水溶液在光照下可以生成NH3，现民间成4～5亿吨/年在产量还比较低雷雨发庄稼”H
固 氮 闪电时空气中N2与O2反 应生成NO，进而转化为 HNO3随雨水降到地面为土 壤氮的主要来源，雷电合 成4～5亿吨/年——民间 “雷雨发庄稼” 生物固氮——根瘤菌 固氮酶中含有铁钼簇配合物，与 N2配位-削弱氮三键-实现固氮－ 提示？ 1965年合成[Ru(NH3 )5N2 ]X2-很多 分子氮配合物-Ru(Ⅱ)分子氮配合 物水溶液在光照下可以生成NH3，现 在产量还比较低