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课件网) 第 17 章 Nitrogen Family Elements 氮 族 元 素 Chapter 17 本章教学内容 17.1 氮族元素概述 17.2 氮族元素的单质 17.3 氮的化合物 17.4 磷的化合物 17.5 砷锑铋的化合物 17.1 氮族元素概述 氮族元素在周期表中的位置 氮 族 元素 氮 (N) 磷 (P) 砷 (As) 锑 (Sb) 铋 (Bi) 原子序数 7 15 33 51 83 电子构型 [He]2s22p3 [Ne]2s22p3 [Ar]2s22p3 [Kr]2s22p3 [Xe]2s22p3 原子量 14.01 30.97 74.92 121.76 208.98 半径/pm 70 110 121 141 146 第一电离能(kJ·mol-1) 1402 1012 944 832 703 电子亲和能(kJ·mol-1) -6.75 71.07 77 101 100 电负性 3.04 2.19 2.18 2.05 2.02 ~ 氮族元素的基本性质 ~ 17.2 氮族元素的单质 17.2.1 氮 17.2.2 磷 17.2.3 砷、锑、铋 17.2.1 氮 氮气是大气的主要成分，大规模制备是通过分馏液态空气实现 的。但因需求量太大仍然促使人们谋求建立某种成本更低的制备工艺。 最大的用途是用于制造氮肥、其他含氮化合物和作保护气体。高纯 N2 要 进一步除水和氧。液 氮(b.p. –196 C) 是一 种重要的致冷剂。 氮气概述 惰性气氛手套箱 N2 分子模型 N 原子的价电子构型为 2s2 2p3，在 N2 形成时，两个氮原子之间形成 1 个σ键和 2 个π键，所以结构式表示为 :N N: 。 氮的结构 氮的性质 在一般情况下，N2 的化学性质稳定，不易于与其他物质 发生反应，但常温下可与金属锂直接反应生成 Li3N，高温时能和 Mg、Ca、Ba、Al、B、Si 等化合生成氮化物。 2B + N2 2BN 6Li + N2 = 2Li3N 高温 17.2.1 磷 磷的同素异形体 磷有多种同素异形体，常见的有白磷，黑磷和红磷三种。 白磷 黑磷 红磷 白磷为无色透明晶体，剧毒，至死量为 0.1 g，不溶于水，易溶于 CS2 中。 黑磷是以白磷为原料在 220℃，1.216×109Pa下制成的，其结构和石墨相似，不溶于有机溶剂。 红磷为暗红色固体，无毒，不溶于水、碱和 CS2 中。经测定，磷的相对分子质量相当于分子式 P4。 磷的化学反应 常温下，红磷的化学性质比较稳定，白磷却有很高的 化学活性，在空气中燃烧生成 P4O6 和 P4O10，氧气充 分时，生成物以 P4O10 为主。 2P + 3X2 = 2PX3 PX3 + 3X2 = 2PX5 磷与卤素、硫都能直接化合，生成相应的化合物： 4P + 3S = P4S3 (P4S6, P4S10) 白磷和碱作用，发生歧化反应，生成膦和次磷酸盐。 P4 + 3NaOH + 3H2O = PH3 + 3NaH2PO4 白磷能将 Au、Ag、Cu 等从它的盐溶液中还原出来。 11P + 15CuSO4 + 24H2O = 5Cu3P + 6H3PO4 + 15H2SO4 2P + 5CuSO4 + 8H2O = 5Cu + 2H3PO4 + 5H2SO4 磷还能与氧化性酸反应。 P + 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O 3P + 5HNO3(稀) + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO 所以，工业上用磷与 HNO3 反应制备 H3PO4。 17.2.3 砷、锑、铋 砷和锑各有灰、黄、黑三种同素异形体，而铋没有。 常温常压下，单质砷、锑、铋均为固体。 砷是非金属，锑、铋是金属，但熔点较低且易挥发。 一般金属熔化时导电性能降低，铋却相反，固体铋的 导电性仅为液体的 48% 左右。 砷、锑、铋概述 砷、锑、铋的化学反应 通常状况下，砷、锑、铋在水和空气中比较稳定，不溶 于稀酸和非氧化性酸，但能与 HNO3、热浓H2SO4 及王 水反应。 2As + 3H2SO4 (热、浓) = As2O3 + 3SO2 + 3H2O 2Sb + 6H2SO4 (热、浓) = Sb2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 2Bi + 6H2SO4 (热、浓) = Bi2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 3As + 5HNO3 = 3H3AsO4 + 5NO 3Sb + 5HNO3 + 8H2O = 3H3Sb(OH)6 + 5NO 3Bi + 4HNO3 = Bi(NO3)3 + NO + 2H2O 高温下，砷、锑、铋能和氧、硫、卤素反应，产物一 般是 + 3 价，与氟反应，产物是 + 5 价。 4As + 3O2 = 2As2O3 2As + 3Cl2 = 2AsCl3 2As + 5F2 = 2AsF5 锑、铋都不与碱反应，但砷可与熔融碱反应。 2As + 6Na ... ...
