上大无机化学A第十二章氮族元素.ppt

在非金属元素中,氮族元素性质的变化基本上是规律的,是由典型非金属氮到典型金属铋的一个完整过渡,因此往往被选为系统研究的对象。周期系第VA族元素,包括了氮、磷、***、锑和铋。
一、元素的发现
氮(Nitrogen) :英-卢塞福、普利斯特里、瑞典-舍勒发现。
磷(Phosphorus) : 德国的波兰特。
***(Arsenic) :
中国的炼丹家葛洪发现的(317年);
(1250年)也得到了***。
锑(Stibium) :古代发现。
铋(Bismuth) :。
氮族通性
氮族通性
二、氮族元素的基本性质
氮族通性
电子构型
氧化态
N
[He]2s22p3
-3-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5
P
[Ne]3s23p3
-3,0,+3,+5
As
[Ar]4s24p3
-3,0,+3,+5
Sb
[Kr]5s25p3
-3,0,+3,+5
Bi
[Xe]6s26p3
0,+3,+5
三、氮族元素的氧化态
氮族通性
四、氮族元素的特性
由于价电子层为ns2np3与氧族、卤素比较,它们若要获得三个电子而形成-Ⅲ价的离子是较困难的,只有电负性较大的N、P能形成极少数-Ⅲ价的离子型化合物,Li3N、Mg3N2、Na3P、Ca3P2等,由于N3-、P3-离子半径大容易变型,遇水强烈水解生成NH3和PH3如:
Mg3N2+6H2O===3Mg(OH)2+3NH3
Na3P+3H2O===3NaOH+3PH3
本族元素形成正价的趋势较强,如NF3、PBr5、AsF5、SbCl5、BiCl3、SbCl3等,形成共价化合物是本族元素的特征。
氮族通性
从N到Bi,+V氧化态的稳定性递减,而+Ⅲ氧化态的稳定性递增。
+V氧化态的氮是较强的氧化剂。除氮外从磷到铋+V氧化态的氧化性(从+V还原到+Ⅲ)依次增强。
+V氧化态的磷儿乎不具有氧化性并且最稳定,而+V氧化态的铋是最强的氧化剂,它的+Ⅲ氧化态最稳定,几乎不显还原性。
如:NaBiO3、PbO2能把Mn2+、氧化为MnO4-,Tl2O3能把HCl氧化成Cl2,Hg2+能把Sn2+氧化成Sn4+。
惰性电子对效应
p区各主族元素由上至下与族数相同的高氧化态的稳定性依次减小,比族数小2的低氧化态最为稳定。
一般认为是由于ns2电子对不易参加成键,特别不活泼,常称为“惰性电子对效应”。
如:Bi(V)、Pb(IV)、Tl(III)、Hg(II)的氧化性比其相应的:Bi(III)、Pb(II)、Tl(I)、Hg(0)要强得多。
氮
实验室里备少量氮气。如:
NaN3===Na(l)+N2(可得到很纯的氮)
(NH4)2Cr2O7===N2+Cr2O3+4H2O
2NH3+3CuO===3Cu+N2+3H2O
NH4Cl(s)+NaNO2(饱和)===NH4NO2+NaCl
NH4NO2===N2+2H2O
氮
一、氮的成键特征( p641-643 ):
形成离子键(氮的电负性较大),前面已提到。
氮原子间能形成多重键,因而能生成本族其它元素所没有的化合物如叠氮化物(N3-),偶氮化合物(—N=N—)等。由于N2的键能很大(946kJ·mol-1),加热到3273K时,%离解。
形成配位键(有孤对电子)
因N的原子半径小、又没有d轨道可供成键,所以N在化合物中的配位数最多不超过4。
固氮的原理就是使N2活化,削弱N原子间的牢固三重健,使它容易发生化学反应。
由于电子不易被激发,难氧化;同时N2的最低空轨道不易接受电子而被还原。因此人工固氮很困难,而生物的固氮却容易得多。因此,人们长期以来一直盼望能用化学方法模拟固氮菌实现在常温常压下进行固氮。
分子N配合物的研究,以及固氮酶活性中心模型化合物的研究。从60年代开展这方面的研究以来,巳经取得一定的成绩,但仍然是一重要的科学研究课题。
氮
把空气中的N2转化为可利用的含氮化合物的过程叫做固氮。雷雨闪电时生成NO,某些细菌特别是根瘤菌把游离态氮转变为化合态的氮都是自然界中的固氮。人工固氮既消耗能量,产量也很有限。
-1504kJ·mol-1
-1614kJ·mol-1
788kJ·mol-1
一、氨的制备
氨是氮的最重要化合物之一。在工业上氨的制备是用氮气和氢气在高温高压和催化剂存在下合成的。在实验室中通常用铵盐和碱的反应来制备少量氨气。
二、氨的性质
氨是一种有刺激臭味的无色气体。
氨有较大的蒸发热,因此,常用它来作冷冻机的循环致冷剂。
氨极易溶于水(氨分子具有极性) 。
液氨的分子间存在着强的氢键,故在液氨中存在缔合分子。液氨是有机化合物的较好