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氮族元素,第V主族:元素符号核电荷数电子层构造原子半径pm重要化合价氮N72570-
3、+
1、+
2、+
3、+
4、+5磷P15285110-
3、+
3、+5珅As3328185121-
3、+
3、+5睇Sb512818185141+
3、+5钿Bi83281832185152+
3、+5【最外层电子排布、元素化合价共同点】•・•最外层电子均有5个,,最高价+5,最低价-3・•・最高价氧化物R2O5,气态氢化物R%【原子半径、金属性、非金属性的递变知律】•・•原子半径伴随电子层数的增长而增大,得电子能力减弱一非金属性减弱失电子能力增强一金属性增强氮、磷较明显的非金属性冲:较弱的金属性和非金属性镖、U较明显的金属性氮族元素的非金属性比同周期的氧族和卤族元素弱氮气N2
一、氮元素的存在单质氮气,占大气体积的78%,总质量的75%化合物无机物(硝酸盐、铉盐、氮的氧化物)有机物(蛋白质、核酸)
二、物理性质无色、无味、气体标况下,密度=L25g/L(比空气略小,但相近,只能用排水法搜集)沸点-I
95.8C无色液体(液氮)难液化熔点-
209.86℃雪状固体难溶于水(
10.02)N::N电子式:N=N构造式:
三、氮分子的构造:分子式N2用元素符号和短线来表达分子中原子结合的式子(一根短线表达一对共用电子,即共价键)氮分子的构造很稳定,破坏分子中的共价键需要很大的能量NH4NO,W-g NH3T+HNO.NH4NO318呸:N2O T+2H2O2NH NO500C2N1+0T+4H O43222【注】铉盐只有在固态时,才能很好地受热分解,溶液时很难不是所有校盐受热分解都产生NH3钱态氮肥要低温保留、防止受热、深施盖土
2、跟碱反应(视频)(NH)SO+2NaOH NaSO+2NH T+2H O4242432NH4NO3+NaOH NaNO+NH T+H O332铉盐跟可溶性强碱溶液反应的本质NH;+OH-q^NH|T+Hq该性质的应用1)试验室制取氨气2)检查NHJ J样品,气体途蠹色【注】试验室不能用加热分解铁盐的措施检查NHZ1)也许爆炸2)并不是所有的钱盐分解都产生氨气3)识别钱态氮肥(与熟石灰混合)(NH)SO+Ca(OH)——CaSO+2NH+2H O4242432【注】铉盐晶体和固体碱同样能反应逸出氨气・•・钱态氮肥不能跟碱性物质(草木灰)混合使用或保留,会减少肥效(跑氨现象)【铁态氮肥注意事项】低温保留、防止受热、深施盖土不能跟碱性物质(草木灰)混合使用或保留(跑氨现象)
3、镀盐的水解:NH/+40NH・H2O+H
四、用途作氮肥
五、贮存密封包装,并放在阴凉通风处氮的氧化物氮的化合价-30+1+2+3+4+5N2O NO N2O3NO
2、N2O4N2O5[N2O]氧化亚氮、一氧化二氮、笑气无色、有甜味、气体能溶于水,但不与水作用可用作麻醉剂(N OJ红棕色气体、蓝色液体2熔点-102CV-20C体现稳定,于
3.5℃即分解,生成NO和NO把NO和NO混合,并使温度低于-21°C即可制得[N o]熔点30℃(常温下为固体)25沸点47c(易分解成NO2和O2)溶于水,与水反应生成硝酸(酸酊•)
一、NO
1、物理性质无色、无刺激性气味、气体不成盐氧化物,既不(微)溶于水,也不溶于酸和碱有毒,会使血红蛋白变质
2、化学性质在常温下很轻易跟空气中的氧气反应生成红棕色的具有刺激性气味的NO2NO+02红棕色无色3体积2体积1体积若将20ml02注入贮有40ml的NO针筒中,最终将得到多少体积气体?20V
403、制备催化剂
①氨的催化氧化4NH+5O4NO+6H.O32
②铜与浓硝酸3Cu+8NHC)3(稀)——3Cu(NO)+2NOT+4H O322
二、NO
21、物理性质红棕色、有刺激性气味、气体易溶于水有毒
2、化学性质3NO+H O——2HNO+NO不是硝酸的酸酊2232NONO^^
223、制备铜与浓硝酸Cu+4NHC)3(浓)——Cu(NO)+2NO T+2H O
32224、NO、NO O2多种组合的混合气体溶于水4NO4-O+2H O——4HNO22234NO+3O+2H O——4HNO223硝酸
一、制法
1、试验室制法【原理】NaNO3+H2SO4(浓)一^NaHSO4+HNO3T高沸点制低沸点硝石(固体)【装置】同HC1【注意】不能强热(500℃),硝酸不稳定
2、工业制法(氨氧化法)催化剂4NH+5O父4NO+6H.O322NO+O,——2NO23NO+H O——2HNO+NO223【注意】
1、因工业生产上尾气要循环使用,因此可理解为理论上氮元素没有损耗,因此实际计算时NH——HNO2NH3——NH NO
33432、尽管采用循环使用,但一定尚有尾气排出,重要成分是NO和NO2,常用碱来吸取NO2+NO+2NaOH——2NaNO+H O22NaNCh是有毒物质,但外观很难与NaCl辨别(咸肉)
二、物理性质(纯)无色、有刺激性气味、液体易挥发密度=
1.5()g/cm3沸点低83℃能与水以任意比例互溶常用的浓硝酸浓度大概是69%(
16.4mol/L),浓度在98%以上的浓硝酸一般叫做发烟硝酸(硝酸里逸出的硝酸蒸气碰到空气里的水蒸气,生成大量极微小的硝酸液滴)
三、化学性质
1、酸的通性与碱反应与碱性氧化物反应CuO与盐反应
2、不稳定性常温见光分解,受热分解更快4HNC3a皿2Hq+4NO2T T【注意】
①不稳定性是化学变化,挥发性是物理变化
②一般看到的浓硝酸呈黄色(分解生成的NO2溶于硝酸3N02+H Oo2HNO+NO)23
③保留棕色瓶,黑暗低温处
④不能单纯用加热蒸发溶剂的措施进行浓缩,需同步加入Mg(NCh)2或浓硫酸作吸水剂,可将50%―96%以上
3、氧化性无论浓稀,均有氧化性;越浓氧化性越强1)与金属反应(金、销除外)一一既体现酸性,又体现氧化性(视频
1、2)Cu+4NHO3(浓)——Cu(NO)+2NO+2H O3222剧烈生成红棕色气体溶液呈蓝绿色(黄+蓝)溶有N023Cu+8NHO3(稀)——3Cu(NO)+2NOt+4H O322缓慢生成无色气体,该气体与空气接触就变成红棕色(靠近液面处颜色浅,试管口较深)溶液呈蓝色【钝化】铝、铁在常温下与浓硝酸、浓硫酸钝化(化学变化),但加热条件下反应仍能进行Fc+6HNC)3(浓)-^»Fc(NO)+3NO T+3H O3322【王水】浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比13),氧化能力更强,能使某些不溶于硝酸的金属溶解(金、伯)【氧化性酸】氧化性来自中心原子(硝酸、浓硫酸、而镒酸HMnCh)【酸的氧化性】来自H+——酸性2)与非金属反应一一仅体现氧化性C+4HNC)3(浓)^^co2T+4N0T+2H2S+6HNO3(浓)H2sO4+6NO2T+2H O硝酸足量2P+20HNC)3(浓)3PO,+20NO T+4H O4223)与低价化合物反应(Fe2\I\S2-)——体现氧化性6FeSC)4+2HNOK稀)+3H SO——3Fe(SO)+2NO T+4H O242432ZnS+8HNO3(浓)——ZnSO+8NO2T+4H Q44)与有机物反应(松节油、木锯末)硝酸盐
一、物理性质都易溶于水
二、化学性质受热易分解,产生氧气2AgNO2Ag4-2NO T+O T(Hg、Ag)3222Cu(NO)^^2CUO+4NOT+O T(Mg—CU)52222KNO-2KNO+O T(K-Na)322
三、用途作氧化剂(硝酸钾是火药、烟火的构成部分)作肥料
四、贮存与易燃物隔离寄存(分解放出2)化肥肥料三要素氮、磷、钾
一、氮肥钱态氮月巴NH4CK(NH4)2SO4A NH4HCO
3、NH4NO
3、NH3(aq)注意
①低温保留,深施盖土、防止受热
②不可与碱性物质混用(草木灰)硝态氮月巴KNO
3、NH4NO3有机氮肥(NHz)2co白色晶体含泉量高47%中性,对土堵的破坏作用小在微生物作用下跟水缓慢反应生成碳酸锭,肥效持久制备2NH3+CO2”2¥O
7.PM史・>(NH2)2CO+HO*氮肥的有效成分常以氮元素的质量分数表达
二、磷肥过磷酸钙(普钙)Ca(PO)+2H2sO4-^^Ca(H PO)+2CaSO.,/342242磷矿石过磷酸钙有效成分磷酸二氢钙(溶于水易被吸取)*磷肥的有效成分常以P2O5的质量分数表达
三、钾肥KCK K2co3(草木灰)、KN
03、K2SO4*钾肥的有效成分常以K0的质量分数表达
四、复合肥料含氮磷钾三要素中两种或两种以上的化肥
五、微量元素化肥(微肥)不可缺乏但需要量极小的元素(V
0.0I%)
六、化肥的施用要适时、适地、适量,若不妥会引起环境问题
1、长期使用化肥的土壤轻易酸化、板结
2、雨水冲入湖泊会使细菌和藻类迅速生长,消耗水中的氧气,导致水生生物缺氧死亡、糜烂、水变黑发臭一般状况下,N的化学性质很不活泼,很难跟其他物质发生化学反应一定条件下(高温、放电),获得足够能量,能跟H
2、
02、金属等反应
四、化学性质
1、与H2反应同温压N2+3H22NH.+Qt工业合成氨)催化剂【注】反应要加热,不一定是吸热反应
2、与02反应N+O—^-»2NO(无色、有毒、不溶于水)
223、与金属反应高温时,N能跟钾、钠、镁、钙、锢、钢等金属化合-33Mg+N,,lU,1Mg N(式量100CaCOKHCO)23233氮化镁、灰色【镁在空气中燃烧】3Mg+N高温Mg,N2(微量)2Mg+O吧2MgO(重要产物,因02比N2活泼)2Mg+CO^-^2MgO+C2【氮化镁遇水】Mg N+6H O——3Mg(OH)2J+2NH3T(非氧化还原)322
五、用途
1、利亚N2的稳定性(化学性质不活泼)替代稀有气体作焊接金属时的保护气充填灯泡,防止铝丝氧化,减慢锯丝的挥发充氮包装,食品保鲜
2、运用液氮的低温:深度冷冻物质提供超导材料的工作环境保留待移植的活性器官冷冻麻醉开刀
3、运用一定条件下的反应合成氨、制硝酸、氮肥、炸药、塑料、药物、染料等
六、氮的固定(固氮)【定义】把大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程
1、生物固氮豆科植物根部的根瘤菌中存在固氮酶,能把空气中游离•的氨变成斑(镂态氮肥)
2、大气同氮一一“雷电发庄稼”闪电时,大气中的氮转化为氮的氧化物,经降水生成极稀的硝酸(硝态氮肥)N+O2NO222NO+O--------2NO223NO+H O——2HNO+NO
2233、工业固氮一一”先合成氨,再生产多种化肥”高温高压、N+3H22催化剂氨NH3
一、氨分子的构造氮的气态氢化物分子式NH3而H H电子式:H-N-HIH构造式a分子空间构型三角锥形氮原子位于锥顶,3个氢原子位于锥底,键角10718,极性分子
二、物理性质
1、无色、刺激性气味、气体
2、比空气轻,标况下,密度=
0.771g/L
3、极易溶于水(1:700),形成氨水难溶不易溶能(可)溶易溶极易溶CO21:1H
2、CO N2V02C121:2SO21:40HC11:500H2s1:
2.6NH1:7003【喷泉试验】视频现象气体体积迅速减小,烧杯里的酚欹溶液由玻埔管喷入烧瓶,形成红色喷泉结论
①氨气极易溶于水
②氨水溶液呈碱性原理气体能被胶头滴管中挤出的少许液体迅速吸取,使烧瓶内气体压强远远低于外界大气压关键
①烧瓶、预先吸液的滴管、长直玻璃管外部都要干燥
②气体要充斥圆底烧瓶
③装置气密性好,不漏气,止水夹要夹紧烧瓶中气体Cl2002H2s NO2+NO HCI滴管中液体浓NaOH浓NaOH浓NaOH浓NaOH比
04、易液化,成无色液体,放出大量的热(常温冷却到-
33.5C、常温加压到700-800kPa(易液化的气体尚有CL SO八HF)液氨气化时要吸取大量热,能使周围温度剧降一一制冷剂
三、化学性质
1、与水反应NH+NH-H O+OH-332_______________J________v v化学平衡电离平衡【氨水中有6种微粒,3分3离】NH
3、Ho、NHs-H O2NH+、OH-、H+(很少许)4【氨水与液氨的区别】液氨是纯净物,只有NH3分子氨水是混合物,含6种微粒【氨水的性质】弱碱性氨气自身不显碱性弱电解质溶液电解质是N%・H O2不稳定性NH H O^-^NH T+H.0323刺激性气味游离的氨分子挥发性NH,易挥发(浓氨水瓶□有白雾)保留密封、阴暗处密度不不小于纯水,越浓密度越小(28%,密度=
0.91g/cE)同酒精计算氨水的浓度,以NH3计算沉淀性很好的沉淀剂,制川又A1(OH)
3、Fe(OH)3弱还原性3cl2+8N%•也0——6NH a+N+8H O422离子方程式书写
①反应物,写化学式
②生成物浓溶液+加热——NH t+H O32稀溶液+不加热一一化学式
2、与酸反应视频NH+HC1——NH a白烟54(挥发出的氨跟氯化氢化合生成的微小的氯化铉晶体)NH3+HNO3——NH NO硝钱白烟432NH+H SO——NHSO硫胺无白烟324424NH+CO+H O——NH HCO碳钺无白烟32243【注】NH与挥发性酸反应生成锈盐,有白烟【氨跟强酸溶液反应的本质】NH+H+——NH
33、与氧气反应(最低价,具有还原性)(Pt、Cr O)23催化剂4NH.+5O,t4NO+6H,O+Q氨的催化氧化(接触氧化),工业制硝酸的基础*△【现象】
①虽然停止加热,催化剂仍能保持红热
②圆底烧瓶内出现红棕色气体2NO+C2——2NO2
③紫色石蕊溶液变红3NO+H O——2HNO+NO223
④烧瓶内有时会看到白色烟雾NH3+HNO3——NH NO43
⑤圆底烧瓶内红棕色不明显4NO+3O,+2HQ——4HNO,
4、与其他氧化剂反应3Q2+8NH3——N+6NH C1氨气过量一一工厂检查氯气243C12+2NH3——N2+6HC1氯气过量3CUO+2NH3-^-3CU+N,+3H,OH2O
2、KMnL均可氧化NH3
四、制法
1、自然界动植物体内的蛋白质腐败产生
2、工业制法高温高压、原理N2+3H
22.H;催化剂【注】可逆反应,得到的产品是3者的混合物,运用NHa易液化的特点将其分离后,N和出可循环使用N蒸储液态空气2H焦炭与高温水蒸气反应C+H O-^UCO+H222CX)+H Om a)4-H
2223、试验室制法、1)固态铉盐与固体强碱加热【原料】常用消石灰,不用烧碱
①在加热条件下烧碱对玻璃的腐蚀作用更强,试管易碎裂
②烧碱价格昂贵【原理】2NH4Q+Ca(OH)-^-CaO+2NH T+2H.O223强碱制弱碱【装置】固固加热,同02【干燥】碱石灰一一干燥管、U型管(不能用浓硫酸、无水氯化钙CaCl,8NH3)【搜集】只能用向下排空气(集气试管II棉花作用防止气体对流,有助于集满)【检查】
①湿润的红色石蕊试纸,变蓝
②把气体通入酚酸试液,试液变红氮气是中学化学唯一的碱性气体
③蘸有浓盐酸的玻璃棒,白烟【验满】
①湿润的红色石蕊试纸放在集气瓶口,变蓝
②蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近瓶口,白烟【尾气】用水浸湿的棉花团2)在生石灰(或固体烧碱)中加入浓氨水生石灰(或固体烧碱)碰到浓氨水放出大量热,使一水合氨分解温度升高,氨气的溶解度减少NH H O+CaO——CaOH+NH T323浓氨水3)直接加热浓凝水NH HO-^-^NH T+H.0323气体的溶解度随温度升高而减小;氨水越浓越易挥发出NIL
五、用途固体NaOH作制冷剂、制氮肥、硝酸、炸药、纯碱、合成纤维、塑料、染料、药物钱盐
一、铁根岗子的构造电子式构造式空间构型正四面体,键角109°28
二、物理性质都是离子晶体,能溶于水,呈无色溶液,易被农作物吸取锭盐是由长根离子和酸根离子构成的盐,都是非金属元素但属于离子晶体,存在离子键、共价键、配位键
三、化学性质
1、受热分解视频
①挥发性酸的钱盐氨气与酸一起挥发,冷却时又重新结合成钱盐NH CI-^-NH T+HCIT NH+HCI——NH C14334NH.Br T+HBr T4J【现象】试管底部的NH£I晶体渐渐减少,试管上端的壁上有白色固体附着在试管.上部冷却时,又重新结合生成白色的氯化钱晶体【思索】碘受热变成蒸气,蒸气遇冷又变成晶体碘氯化钱受热分解生成的气体遇冷仍变成氯化钱,本质与否相似?碘升华是物理变化;氯化钺分解是化学变化
②难挥发性酸的核盐氨呈气态逸出,酸残留在加热容器中NHPO.T+H,PO NH.\PO-^-^NH.T+NHHPO43444424NHSO^^2NH T+H SO424324
③不稳定且无强氧化性酸的镂盐级气、酸的分解产物NHCO-^-»2NH T+HO+CO T423322NH HCO^^NH t+HO+CO T453222NH I2NH3T+I T+H T422
④不稳定且有强氧化性酸的钺盐温度不一样,产物不一样。
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