无机化学唐慧安氮磷砷省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第第16章章 氮、磷、砷氮、磷、砷16-1 元素基本性质16-2 氮和氮化合物16-3 磷及其化合物16-4 砷习题第1页16-2 氮和氮化合物氮和氮化合物16-2-1 氮16-2-2 氮氢化物16-2-3 氮含氧化合物 16-2-4 氮其它化合物第2页16-3 磷及其化合物磷及其化合物16-3-1 单质磷16-3-2 磷氢化物、卤化物和硫化物16-3-3 磷含氧化合物第3页16-4 砷砷16-4-1 单质16-4-2 砷化合物第4页元素基本性质在非金属化学中,氮族元性质改变基本上是规律,在非金属化学中,氮族元性质改变基本上是规律,在非金属化学中,氮族元性质改变基本上是规律,在非金属化学中,氮
2、族元性质改变基本上是规律,是由经典非金属氮到经典金属铋一个完整过渡,所以是由经典非金属氮到经典金属铋一个完整过渡,所以是由经典非金属氮到经典金属铋一个完整过渡,所以是由经典非金属氮到经典金属铋一个完整过渡,所以往往被选为系统研究对象。周期系第往往被选为系统研究对象。周期系第往往被选为系统研究对象。周期系第往往被选为系统研究对象。周期系第VAVA族元素,包含族元素,包含族元素,包含族元素,包含了氮了氮了氮了氮(Nitrogen)Nitrogen)、磷磷磷磷(Phosphorus)Phosphorus)、砷砷砷砷(Arsenic)Arsenic)、锑锑锑锑(Stibium)Stibium)和铋和铋
3、和铋和铋(Bismuth)Bismuth)。一、元素发觉一、元素发觉一、元素发觉一、元素发觉氮由英氮由英氮由英氮由英-卢塞福、卢塞福、卢塞福、卢塞福、普利斯特里普利斯特里普利斯特里普利斯特里、瑞典、瑞典、瑞典、瑞典-舍勒舍勒舍勒舍勒(用(用(用(用NaOHNaOH除除除除空气空气空气空气中中中中COCO2 2,P P除除除除OO2 2)所发觉。所发觉。所发觉。所发觉。第5页元素基本性质第6页元素基本性质第一个发觉磷是德国波兰特,他听到第一个发觉磷是德国波兰特,他听到第一个发觉磷是德国波兰特,他听到第一个发觉磷是德国波兰特,他听到“尿里可制尿里可制尿里可制尿里可制得黄金得黄金得黄金得黄金”这么一
4、句传说。他就抱着发财目地,用尿做这么一句传说。他就抱着发财目地,用尿做这么一句传说。他就抱着发财目地,用尿做这么一句传说。他就抱着发财目地,用尿做了大量试验,了大量试验,了大量试验,了大量试验,16691669年他在一次试验中用砂、木炭、石年他在一次试验中用砂、木炭、石年他在一次试验中用砂、木炭、石年他在一次试验中用砂、木炭、石灰等和尿混合,加热蒸馏,虽没得到黄金却意外地得灰等和尿混合,加热蒸馏,虽没得到黄金却意外地得灰等和尿混合,加热蒸馏,虽没得到黄金却意外地得灰等和尿混合,加热蒸馏,虽没得到黄金却意外地得到一个漂亮物质,它色白质软,在黑暗地方能发光,到一个漂亮物质,它色白质软,在黑暗地方能
5、发光,到一个漂亮物质,它色白质软,在黑暗地方能发光,到一个漂亮物质,它色白质软,在黑暗地方能发光,取名取名取名取名“冷光冷光冷光冷光”,起初他极守密,不过此消息立刻传遍,起初他极守密,不过此消息立刻传遍,起初他极守密,不过此消息立刻传遍,起初他极守密,不过此消息立刻传遍了德国。了德国。了德国。了德国。砷是由中国炼丹家葛洪发觉(砷是由中国炼丹家葛洪发觉(砷是由中国炼丹家葛洪发觉(砷是由中国炼丹家葛洪发觉(3 3),德国),德国),德国),德国A.MagnusA.Magnus在(在(在(在(12501250年)也得到了砷。年)也得到了砷。年)也得到了砷。年)也得到了砷。锑是古代发觉。锑是古代发觉。
6、锑是古代发觉。锑是古代发觉。铋是由法国铋是由法国铋是由法国铋是由法国C.J.GeoffroyC.J.Geoffroy从铅中分离得到。从铅中分离得到。从铅中分离得到。从铅中分离得到。第7页元素基本性质二、氮族元素基本性质二、氮族元素基本性质二、氮族元素基本性质二、氮族元素基本性质第8页元素基本性质三、三、氮族元素氧化态氮族元素氧化态氮族元素氧化态氮族元素氧化态电子构型电子构型氧化态氧化态NHe2s22p3-3-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5PNe3s23p3-3,0,+3,+5AsAr4s24p3-3,0,+3,+5SbKr5s25p3-3,0,+3,+5BiXe6s26p30,+3
7、,+5第9页元素基本性质四、氮族元素特征四、氮族元素特征四、氮族元素特征四、氮族元素特征因为价电子层为因为价电子层为因为价电子层为因为价电子层为nsns2 2npnp3 3与氧族、卤素比较,与氧族、卤素比较,与氧族、卤素比较,与氧族、卤素比较,它们若要取得三个电子而形成它们若要取得三个电子而形成它们若要取得三个电子而形成它们若要取得三个电子而形成-价离子是较价离子是较价离子是较价离子是较困难,只有电负性较大困难,只有电负性较大困难,只有电负性较大困难,只有电负性较大N N、P P能形成极少数能形成极少数能形成极少数能形成极少数-价离子型化合物,价离子型化合物,价离子型化合物,价离子型化合物,L
8、iLi3 3N N、MgMg3 3N N2 2、NaNa3 3P P、CaCa3 3P P2 2等,因为等,因为等,因为等,因为N N3-3-、P P3-3-离子半径大轻易变型,离子半径大轻易变型,离子半径大轻易变型,离子半径大轻易变型,遇水强烈水解生成遇水强烈水解生成遇水强烈水解生成遇水强烈水解生成NHNH3 3和和和和PHPH3 3如:如:如:如:MgMg3 3N N2 2+6H+6H2 2O=3Mg(OH)O=3Mg(OH)2 2+3NH+3NH3 3 NaNa3 3P+3HP+3H2 2O=3NaOH+3PHO=3NaOH+3PH3 3 本族元素形成正价趋势较强,如本族元素形成正价趋势
9、较强,如本族元素形成正价趋势较强,如本族元素形成正价趋势较强,如NFNF3 3、PBrPBr5 5、AsFAsF5 5、SbClSbCl5 5、BiClBiCl3 3、SbClSbCl3 3等,形成共价化合等,形成共价化合等,形成共价化合等,形成共价化合物是本族元素特征。物是本族元素特征。物是本族元素特征。物是本族元素特征。第10页元素基本性质从从从从N N到到到到Bi,+VBi,+V氧化态稳定性递减氧化态稳定性递减氧化态稳定性递减氧化态稳定性递减,而而而而+氧化态稳定性氧化态稳定性氧化态稳定性氧化态稳定性递增。递增。递增。递增。+V V氧化态氮是较强氧化剂。氧化态氮是较强氧化剂。氧化态氮是较
10、强氧化剂。氧化态氮是较强氧化剂。除氮外从磷到铋除氮外从磷到铋除氮外从磷到铋除氮外从磷到铋+V V氧化氧化氧化氧化态氧化性态氧化性态氧化性态氧化性(从从从从+V V还原到还原到还原到还原到+)+)依次增强依次增强依次增强依次增强。+V V氧化态磷儿乎不含有氧化性而且氧化态磷儿乎不含有氧化性而且氧化态磷儿乎不含有氧化性而且氧化态磷儿乎不含有氧化性而且最稳定最稳定最稳定最稳定,而而而而+V V氧氧氧氧化态铋是化态铋是化态铋是化态铋是最强氧化剂最强氧化剂最强氧化剂最强氧化剂,它它它它+氧化态最稳定氧化态最稳定氧化态最稳定氧化态最稳定,几乎不显还几乎不显还几乎不显还几乎不显还原性。原性。原性。原性。第1
11、1页氮工业上生产氮普通是由分馏液态空气在工业上生产氮普通是由分馏液态空气在工业上生产氮普通是由分馏液态空气在工业上生产氮普通是由分馏液态空气在15.215.2MPa(150atm)MPa(150atm)压力下装入钢瓶备用。或做压力下装入钢瓶备用。或做压力下装入钢瓶备用。或做压力下装入钢瓶备用。或做成成成成液氮液氮液氮液氮存于液氮瓶中,试验室里备少许氮气。存于液氮瓶中,试验室里备少许氮气。存于液氮瓶中,试验室里备少许氮气。存于液氮瓶中,试验室里备少许氮气。如如如如:NH4Cl(s)+NaNO2(饱和饱和)=NH4NO2+NaClNH4NO2=N2+2H2O产物中有少许产物中有少许NH3、NO、O
12、2和和H2O等杂质,等杂质,可设法除去。可设法除去。(NH4)2Cr2O7=N2+Cr2O3+4H2O 2NH3+3CuO=3Cu+N2+3H2O NaN3=Na(l)+N2(可得到很纯氮可得到很纯氮)第12页氮氮原子间能形成多重键,因而能生成本族其它元素氮原子间能形成多重键,因而能生成本族其它元素氮原子间能形成多重键,因而能生成本族其它元素氮原子间能形成多重键,因而能生成本族其它元素所没有化合物如叠氮化物所没有化合物如叠氮化物所没有化合物如叠氮化物所没有化合物如叠氮化物(N N3 3-),偶氮化合物偶氮化合物偶氮化合物偶氮化合物(N NN)N)等。因为等。因为等。因为等。因为N N2 2键能
13、很大键能很大键能很大键能很大(946(946kJmolkJmol-1-1),加热到加热到加热到加热到32733273KK时,只有时,只有时,只有时,只有0.1%0.1%离解。离解。离解。离解。N N2 2在常温下就和锂直接反应生成在常温下就和锂直接反应生成在常温下就和锂直接反应生成在常温下就和锂直接反应生成LiLi3 3N N,在高温时不在高温时不在高温时不在高温时不但能和镁、钙、铝、硼、硅等化合生成氮化物,而且但能和镁、钙、铝、硼、硅等化合生成氮化物,而且但能和镁、钙、铝、硼、硅等化合生成氮化物,而且但能和镁、钙、铝、硼、硅等化合生成氮化物,而且能与氧、氢直接化合。能与氧、氢直接化合。能与氧
14、、氢直接化合。能与氧、氢直接化合。因因因因N N原子半径小、又没有原子半径小、又没有原子半径小、又没有原子半径小、又没有d d轨道可供成键,所以轨道可供成键,所以轨道可供成键,所以轨道可供成键,所以N N在在在在化合物中配位数最多不超出化合物中配位数最多不超出化合物中配位数最多不超出化合物中配位数最多不超出4 4。第13页氮把空气中把空气中把空气中把空气中N N2 2转化为可利用含氮化合物过程叫转化为可利用含氮化合物过程叫转化为可利用含氮化合物过程叫转化为可利用含氮化合物过程叫做固氮。雷雨闪电时生成做固氮。雷雨闪电时生成做固氮。雷雨闪电时生成做固氮。雷雨闪电时生成NONO,一些细菌尤其一些细菌
15、尤其一些细菌尤其一些细菌尤其是根瘤菌把游离态氮转变为化合态氮都是自然是根瘤菌把游离态氮转变为化合态氮都是自然是根瘤菌把游离态氮转变为化合态氮都是自然是根瘤菌把游离态氮转变为化合态氮都是自然界中固氮。人工固氮既消耗能量,产量也很有界中固氮。人工固氮既消耗能量,产量也很有界中固氮。人工固氮既消耗能量,产量也很有界中固氮。人工固氮既消耗能量,产量也很有限。限。限。限。固氮原理就是使固氮原理就是使N2活化,减弱活化,减弱N原子间牢原子间牢 固固三重健,使它轻易发生化学反应。三重健,使它轻易发生化学反应。因为电子不易被激发因为电子不易被激发,难氧化难氧化;同时同时N2最低空最低空轨道轨道不易接收电子而被
16、还原。所以人工固氮很困不易接收电子而被还原。所以人工固氮很困难难,而生物固氮却轻易得多。所以而生物固氮却轻易得多。所以,人们长久以来人们长久以来一直期望能用化学方法模拟固氮菌实现在常温常一直期望能用化学方法模拟固氮菌实现在常温常压下进行固氮。压下进行固氮。第14页氮氢化物一、氨一、氨一、氨一、氨氨是氮最主要化合物之一。在工业上氨制备是氨是氮最主要化合物之一。在工业上氨制备是用氮气和氢气在高温高压和催化剂存在下用氮气和氢气在高温高压和催化剂存在下合成合成。在。在试验室中通惯用铵盐和碱反应来制备少许氨气。试验室中通惯用铵盐和碱反应来制备少许氨气。第15页氮氢化物第16页氮氢化物氨主要化学性质有:氨
17、主要化学性质有:氨主要化学性质有:氨主要化学性质有:1 1、还原性、还原性、还原性、还原性常温下,氨在水溶液中能被常温下,氨在水溶液中能被常温下,氨在水溶液中能被常温下,氨在水溶液中能被ClCl2 2、HH2 2OO2 2、KMnOKMnO4 4等氧化等氧化等氧化等氧化,比如:比如:比如:比如:3 3ClCl2 2+2NH+2NH3 3=N=N2 2+6HCl+6HCl若若若若ClCl2 2过量则得过量则得过量则得过量则得NClNCl3 3。3Cl3Cl2 2+NH+NH3 3=NCl=NCl3 3+3HCl+3HCl2 2、取代反应取代反应取代反应取代反应取代反应是氨分子中氢被其它原子或基团
18、所取代反应是氨分子中氢被其它原子或基团所取代反应是氨分子中氢被其它原子或基团所取代反应是氨分子中氢被其它原子或基团所取代取代取代取代:HgClHgCl2 2+2NH+2NH3 3=HgNH=HgNH2 2Cl(Cl(白色白色白色白色)+)+NHNH4 4ClCl第17页氮氢化物COClCOCl2 2+4NH+4NH3 3=CO(NH=CO(NH2 2)2 2+2NH+2NH4 4ClCl(光气光气光气光气)(尿素尿素尿素尿素)这种反应与水解反应相类似,称为氨解反应。这种反应与水解反应相类似,称为氨解反应。这种反应与水解反应相类似,称为氨解反应。这种反应与水解反应相类似,称为氨解反应。3 3、易
19、形成配合物、易形成配合物、易形成配合物、易形成配合物氨中氮原子上孤电子对能与其它离子或分子形成共氨中氮原子上孤电子对能与其它离子或分子形成共氨中氮原子上孤电子对能与其它离子或分子形成共氨中氮原子上孤电子对能与其它离子或分子形成共价配如价配如价配如价配如 Ag(NHAg(NH3 3)2 2+和和和和BFBF3 3NHNH3 3都是氨配合物。都是氨配合物。都是氨配合物。都是氨配合物。4 4、弱碱性、弱碱性、弱碱性、弱碱性NHNH3 3HH2 2OOK Kb b=1.8=1.8 1010-5-5,可与酸发生中和反应。可与酸发生中和反应。可与酸发生中和反应。可与酸发生中和反应。第18页氮氢化物二、氨盐
20、二、氨盐二、氨盐二、氨盐 氨盐普通是无色晶体,易溶于水。氨盐普通是无色晶体,易溶于水。氨盐普通是无色晶体,易溶于水。氨盐普通是无色晶体,易溶于水。NHNH4 4+离子离子离子离子半径为半径为半径为半径为143143pmpm靠近于和半径,所以氨盐性质类靠近于和半径,所以氨盐性质类靠近于和半径,所以氨盐性质类靠近于和半径,所以氨盐性质类似于碱金属盐类,而且往往与钾盐、铷盐同晶,似于碱金属盐类,而且往往与钾盐、铷盐同晶,似于碱金属盐类,而且往往与钾盐、铷盐同晶,似于碱金属盐类,而且往往与钾盐、铷盐同晶,并有相同溶解度。并有相同溶解度。并有相同溶解度。并有相同溶解度。因为氨弱碱性,由强酸组成氨盐其水溶
21、液显因为氨弱碱性,由强酸组成氨盐其水溶液显因为氨弱碱性,由强酸组成氨盐其水溶液显因为氨弱碱性,由强酸组成氨盐其水溶液显酸性:酸性:酸性:酸性:NHNH4 4+H+H2 2O=NHO=NH3 3 H H2 2O+HO+H+所以在任何氨盐溶液中加入强碱并加热,就会放所以在任何氨盐溶液中加入强碱并加热,就会放所以在任何氨盐溶液中加入强碱并加热,就会放所以在任何氨盐溶液中加入强碱并加热,就会放出氨(出氨(出氨(出氨(NHNH4 4+判定反应):判定反应):判定反应):判定反应):NHNH4 4+OH+OH-=NH =NH3 3+H+H2 2O O 第19页氮氢化物三、联氨三、联氨三、联氨三、联氨(N
22、N2 2HH4 4)联氨又称联氨又称联氨又称联氨又称肼肼肼肼。它可看成是氨分子内一个氢原。它可看成是氨分子内一个氢原。它可看成是氨分子内一个氢原。它可看成是氨分子内一个氢原子被氨基所取代衍生物,其结构如图:子被氨基所取代衍生物,其结构如图:子被氨基所取代衍生物,其结构如图:子被氨基所取代衍生物,其结构如图:第20页氮氢化物 肼肼肼肼(N N2 2HH4 4)是以次氯酸钠氧化氨是以次氯酸钠氧化氨是以次氯酸钠氧化氨是以次氯酸钠氧化氨(在氨过量条件在氨过量条件在氨过量条件在氨过量条件下下下下),但仅能取得肼稀溶液。,但仅能取得肼稀溶液。,但仅能取得肼稀溶液。,但仅能取得肼稀溶液。NaClO+2NHN
23、aClO+2NH3 3=N=N2 2HH4 4+NaCl+H+NaCl+H2 2OO 联氨联氨联氨联氨分子结构每个氮原子都用分子结构每个氮原子都用分子结构每个氮原子都用分子结构每个氮原子都用spsp3 3杂化轨道形杂化轨道形杂化轨道形杂化轨道形成键。因为两对孤电子正确排斥作用,使两对成键。因为两对孤电子正确排斥作用,使两对成键。因为两对孤电子正确排斥作用,使两对成键。因为两对孤电子正确排斥作用,使两对孤电子对处于反位,并使孤电子对处于反位,并使孤电子对处于反位,并使孤电子对处于反位,并使NNNN键稳定性降低,键稳定性降低,键稳定性降低,键稳定性降低,所以所以所以所以N N2 2HH4 4比比比
24、比NHNH3 3更不稳定,加热时便发生爆炸更不稳定,加热时便发生爆炸更不稳定,加热时便发生爆炸更不稳定,加热时便发生爆炸性分解性分解性分解性分解N N2 2HH4 4(l)+O(l)+O2 2(g)=(g)=N N2 2(g)+2H(g)+2H2 2O(l)O(l)r rHH=-624kJ/mol=-624kJ/mol 肼和其一些衍生物燃烧时放热很多肼和其一些衍生物燃烧时放热很多肼和其一些衍生物燃烧时放热很多肼和其一些衍生物燃烧时放热很多,可做为火可做为火可做为火可做为火箭燃料。箭燃料。箭燃料。箭燃料。第21页氮氢化物 联氨中每一个联氨中每一个联氨中每一个联氨中每一个N N有一孤电子对,能够接
25、收两有一孤电子对,能够接收两有一孤电子对,能够接收两有一孤电子对,能够接收两个质子而显碱性,是二元弱碱,碱性稍弱于氨。个质子而显碱性,是二元弱碱,碱性稍弱于氨。个质子而显碱性,是二元弱碱,碱性稍弱于氨。个质子而显碱性,是二元弱碱,碱性稍弱于氨。N N2 2HH4 4+H+H2 2O=NO=N2 2HH5 5+OH+OH-K K1 1=1.0=1.0 1010-6-6(298K)(298K)N N2 2HH5 5+H+H2 2O=NO=N2 2HH6 62+2+OH+OH-K K2 2=9.0=9.0 1010-1616(298K)(298K)联氨在酸性条件下既是氧化剂又是还原剂联氨在酸性条件下
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