p区元素总结.doc
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1、第1节 氮族元素分页: 1 2 3 4 周期系第VA族元素称氮族元素(Nitrogen family elements)。它包括氮(Nitrogen)、磷(Phosphorus)、砷(Arsenic)、锑(Antimony)与铋(Bismuth)。氮就是生命得基础,磷就是动植物得必需元素。砷、锑、铋三者性质较为相似,就是重要得合金元素。而磷却与砷、锑有一定得相似性,它们得化合物丰富多彩,大多就是重要得工业原料、肥料、新技术材料。14、1 氮族元素 14、1、1 氮族元素概述 周期系第VA族:氮N、磷P、砷As、锑Sb、铋Bi 五种元素,又称为氮族元素; ? 氮与磷就是非金属元素,砷与锑就是准金
2、属,铋就是金属元素;氮族元素价电子构型: ns2 np3; 氮族元素所形成得化合物主要就是共价型得,原子越小形成共价键得趋势越大。图14-1 氮族元素在周期表中得位置表14-1 氮族元素得一般性质14、1、2 氮族元素得单质 ? ?图14-2 氮族元素得单质1、存在 氮族元素中除磷在地壳中含量较多外,其它各元素含量均较少。 氮主要以单质存在于大气中,天然存在得氮得无机化合物较少。磷较容易氧化,在自然界中不存在单质。它主要以磷酸盐得形式分布在地壳中。? 砷、锑与铋主要以硫化物矿得形式存在,如雄黄:As4 S4 。雌黄(As2S3 ) 辉锑矿(Sb2S3 ) 雄黄(As4S4)图14-3 氮族元素
3、得存在2、 性质除氮气外,其它氮族元素得单质都比较活泼。化学性质列于上表中。表14-2 氮族元素得化学性质3、 N2N2分子得分子轨道表达式为:N2 (1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2py,2pz)4(2px)2氮气就是无色、无臭、无味得气体。沸点为-195、8C。微溶于水。 强得NN键(944kJ/mol),常温下化学性质极不活泼,故N2常常作为惰性气体使用。4、 磷得同素异形体图14-4 白磷与红磷(1)白磷得结构白磷得结构由P4分子通过分子间力堆积起来,每个磷原子通过其px,py与pz轨道分别与另外3个磷原子形成3个键,键角PPP为60,分子内部具有张力,其结构不稳定。图1
4、4-5 白磷得结构白磷得性质白磷P4就是透明得、柔软得蜡状固体,化学性质活泼,空气中自燃,溶于非极性溶剂。图14-6 白磷在空气中自燃白磷得制备将磷酸钙、砂子与焦炭混合在电炉中加热到约1500?C,可得到白磷。2Ca3(PO4)2(s) + 6SiO2(s) + 10C(s) P4(g) + 6CaSiO3(l) + 10CO(g) (2)红磷将白磷隔绝空气加热到400时可得到红磷。 红磷得结构较复杂。一种观点认为:P4分子中得一个PP键断裂后相互连接起来形成长链结构。所以红磷较稳定,400以上燃烧,不溶于有机溶剂。图14-7 红磷得可能结构(3)黑磷黑磷具有与石墨类似得层状结构,但与石墨不同
5、得就是,黑磷每一层内得磷原子并不都在同一平面上,而就是相互连接成网状结构。所以黑磷具有导电性,也不溶于有机溶剂。第1节 氮族元素分页: 1 2 3 4 14、1、3 氮得化合物1、 氮得氢化物 (1) 氨结构N:sp3杂化,三角锥形图14-8 氨得结构制备实验室工业NH3得性质极性分子:(NH3)= 1、47D 易溶于水,易形成一元弱碱 强还原性 取代反应(2) 铵盐图14-9 铵盐得结构式鉴定 石蕊试纸法 (红蓝) Nessler试剂法 (即K2HgI4得KOH溶液) 红棕到深褐性质 铵盐一般为无色晶体,绝大多数易溶于水, 水解 热稳定性差:分解得情况因组成铵盐得酸得性质不同而异。 热稳定性
6、差a、 挥发性非氧化性酸铵盐b、 非挥发性,非氧化性酸铵盐c、 氧化性酸铵盐2、 氮得氧化物(1) NO液态与固态一氧化氮中有双聚分子N2O2制备a、 工业b、实验室性质无色气体,水中溶解度较小(2) NO2结构 N:价电子2s22p3 , sp2杂化后NO2就是奇电子分子,空间构型为V型。N2O4分子具有对称得结构,两个N原子与4个氧原子在同一平面上。图14-10 NO2得结构性质 有毒,有特殊臭味得红棕色气体,冷凝时聚合成无色N2O4气体 与水反应生成硝酸与NO NO2就是强氧化剂,其氧化能力强于硝酸。 用碱吸收3、 氮得含氧酸及其盐 (1) 亚硝酸及其盐结构N:sp2杂化后图14-11
7、HNO2得结构式制备亚硝酸(HNO2)性质 不稳定 弱酸亚硝酸盐制备 碱吸收法 亚硝酸盐性质 绝大部分无色,易溶于水 ,极毒就是致癌物。 金属活泼性差,对应亚硝酸盐稳定性差 AgNO2MNO3EA(HNO2/NO)=1、04V14、1、4 磷得化合物1、磷得氧化物制备图14-14 P4 得结构图14-15 P4O6 得结构 图14-16 P4O10得结构 性质P4 O6 白色易挥发得蜡状晶体,易溶于有机溶剂。P4 O10白色雪花状晶体,强吸水性。2、磷得含氧酸及其盐磷能形成多种含氧酸。磷得含氧酸按氧化值不同可分为:H3PO2 次磷酸 H3PO3 亚磷酸 H3PO4 正磷酸 (1)次磷酸及其盐结
8、构图14-17 次磷酸H3PO2 得结构性质 一元中强酸 K a=1、0X10-2 强还原剂 EA(H3PO3/H3PO2)=、0499V应用化学镀(2)亚磷酸及其盐亚磷酸结构图14-18 亚磷酸H3PO3 得结构性质二元中强酸 K a1=6、3X10-2 K a2=2、0X10-7 强还原性(3)磷酸及其盐:磷得含氧酸中以磷酸最为稳定。磷酸结构图14-19 磷酸H3PO4 得结构磷酸性质 三元中强酸K a1=6、7X10-3K a2=6、2X10-8K a3=4、5X10-13 磷酸受热后脱水可形成焦磷酸、聚磷酸、 (聚)偏磷酸等。磷酸盐正磷酸可形成三种类型得盐:正盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐
9、。 一般正磷酸盐比较稳定,不易分解。磷酸得三种盐类溶解性比较如下表 磷酸得三种盐类水解性比较如下表表14-3 磷酸盐类溶解性与水解性比较磷酸盐性质 M3PO4M2HPO4MH2PO4稳定性 稳定 相对不稳定 溶解性 大多数难溶于水 ( 除 K+,Na+,NH4+ 离子外 ) 大多数 易溶于水 水溶液酸碱性 pH 7 pH 7 pH 7 原因 水解为主 水解解离 水解解离 重要得磷酸盐磷酸盐中最重要得盐就是钙盐。工业上利用天然磷酸钙生产磷肥,反应如下:(过磷酸钙(磷肥)PO43-得鉴定将磷酸盐与过量得钼酸铵(NH4)2MoO4及适量得浓硝 酸混合后加热,可慢慢生成黄色得磷钼酸铵沉淀,反应为:磷能
10、形成多种含氧酸,根据磷得含氧酸脱水数目得不同分为正、偏、聚、焦磷酸等, 可以用下面得通式来表示x1, 正磷酸x2, 焦磷酸x3, 三磷酸 焦磷酸 H4P2O7图14-21 H4P2O7得形成焦磷酸盐常见得焦磷酸盐为M2H2P2O7与M4P2O7两类。 P2O74-具有配位能力,例如故焦磷酸盐可用于硬水软化与无氰电镀。聚磷酸聚磷酸就是指n个H3PO4脱去n1个H2O,如焦磷酸即为二聚磷酸。三聚磷酸得形成图示。图14-22 三聚磷酸得形成偏磷酸偏磷酸指一个H3PO4脱去一个H2O即HPO3。若为n个H3PO4脱去n个H2O,即为多聚偏磷酸。 常见得有三聚偏磷酸与四聚偏磷酸。脱水过程以四聚偏磷酸(H
11、PO3)4为例如图右所示。图14-23 四聚偏磷酸(HPO3)4得形成四聚偏磷酸(HPO3)4缩合度增加,酸性增强 表144 缩合度对酸性得影响3、磷得卤化物PX3 PX5结构 三角锥 三角双锥 杂化类型 不等性sp3 sp3d PCl3 PCl5 图14-24 PX3 得结构 图14-25 PX5 得结构重要性质:水解(制备H3PO3或HBr)14、1、5 砷、锑、铋得 化合物1、 砷、锑、铋得氢化物表145砷、锑、铋得氢化物得性质递变AsH3 SbH3 BiH3稳定性 高- - - - - - - - - - - 低 碱性 强 - - - - - - - - - - - 弱 m、p 低-
12、- - - - - - - - - - 高b、p 低 - - - - - - - - - - - 高化学性质 自燃 缺氧分解AsH3 得性质应用马氏试砷法试样、锌与盐酸混合,产生气体导入热玻璃管 砷镜古氏试砷法2、 砷、锑、铋得氧化物及其水合物 (1) M(III)得氧化物与氢氧化物表145 M(III)得氧化物与氢氧化物两性BI(0H)3在 40得NaOH溶液中,加热才溶解(2) M(V)得氧化物与氢氧化物M(V)得氧化物 对应水合物 极不稳定三元中强酸 一元弱酸 K a1=5、7X10-3K a=4X10-5K a2=1、7X10-7K a3=2、5X10-123、 砷、锑、铋得化合物得氧
13、化还原性(1)M(III)得还原性(2)M(V)得氧化性pH值对氧化还原性得影响H3AsO4在强酸性得溶液中才有明显氧化性图14-26 E-pH图4、 砷、锑、铋得盐 盐类水解氧化性(弱)5、 砷、锑、铋得硫化物As2S3(黄)Sb2S3(橙)Bi2S3(黑)As2S5(黄)Sb2S5(橙)Bi2S5(不生成)性质(1) 均不溶于水与稀酸。 (2) 配位溶解(浓HCl)(3)碱溶a、 NaOHb、 Na2S(4) 氧化碱溶(5) 与氧化性酸(HNO3)作用小结图14-27 砷、锑、铋小结14、2 氧族元素 14、2、1 氧族元素概述氧族元素就是周期系第A族元素,包括氧(O)、硫(S)、硒(Se
14、)、碲(Te)、钋(Po)五种元素,其价电子构型为:ns2np4。 图14-28 氧族元素在周期表中得位置表146 氧族元素概述Oxygen Sulphur Selenium Tellurium Polonium14、2、2 氧及其化合物1、 氧(O2)分子轨道电子排布式:图14-30 氧气得结构性质:常温下,氧就是一种无色无臭得气体,在90K凝成淡蓝色得液体,进一步冷到54K凝成淡蓝色得固体,液态与固态得氧有明显得顺磁性。O2主要表现为氧化性,用O2饱与得中性水就是较好得氧化剂。 常温下氧气只能将某些还原性得物质(如NO,SnClO2,HO2SOO3等)氧化。在加热条件下,除卤素、少数贵金属
15、(如Ag、Pt等)以及稀有气体外,氧气几乎能与所有元素直接化合成相应得氧化物。2、 臭氧(ozone)臭氧O3就是氧气OO2得同素异形体。臭氧就是唯一得极性单质。臭氧分子得构型为V型,如图所示。中心氧原子以sp2杂化轨道成键。臭氧分子中键角为117,分子得偶极矩=1、810-3c?m。图14-31 臭氧得结构臭氧得性质:因具有一种特殊得腥臭味而得名臭氧。(1)臭氧极不稳定,在常温下缓慢分解:2O3(g)3O2(g)(2)强氧化性这个反应用于测定臭氧得含量。臭氧得用途:利用臭氧得氧化性与不易导致二次污染得优点,臭氧可用作消毒剂,用来净化废气、废水。过氧化氢( Hydrogen Peroxide)
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