氮族元素[上学期]

第二章? 氮族元素 ? 我们已学习了ⅠA、ⅣA、Ⅵ A、Ⅶ A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。 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2－1）。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：从氮旗元素在周期表中的位置看，氮族元素的非金属性与卤旗元素、氧族元素相比，强弱如何？ 表2－1 氮族元素及其单质的一些重要性质 元素名称 元素符号 原子半径 主要化合价 单质的性质 nm 颜色和状态 密度 熔点 沸点 (常态) g·cm-3 ℃ ℃ 氮 N 0.075 -3，+1，+2，+3，+4，+5 无色气体 1.251* -209.9 -195.8 磷 P 0.110 -3，+3，+5 白磷：白色或黄色固体 红磷：红棕色固体 1.82 (白磷) 2.34 (红磷) 44.1 (白磷) 280 (白磷) 砷 As 0.121 -3，+3，+5 灰砷：灰色固体 5.727 (灰砷) 817 (2.8MPa) (灰砷) 613 (升华) (灰砷) 锑 Sb 0.141 +3，+5 银白色金属 6.684 630.7 1750 铋 Bi 0.152 +3，+5 银白色或微显红色金属 9.80 271.3 1560 *? 精确值为1.2506g·L-1。 第一节? 氮和磷 ? 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101 kPa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2－1。 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。 N2+3H2 2NH3 工业上利用这一反应原理合成氨。关于合成氨工业，我们将在下一章介绍。 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 ... ...