无机化学氮族元素及其化合物.docx

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无机化学氮族元素及其化合物

氮族元素

分子式

颜色状态

熔点℃

沸点℃

其他重要性质

N2O

无色气体,稍有甜味

-102.4

-88.5

溶于冷水,难溶于热水,能使人麻醉或发笑.有氧化性,不支持呼吸,但使余烬复燃.

NO

无色气体

-163.6

-151.8

难溶于水,遇空气立即化合为红棕色的N2O

N2O3

低温时可为蓝色固体或淡蓝色液体

-102.2

3.5

同时分解

极不稳定,分解为NO与NO2,遇水生成亚硝酸

NO2

红棕色气体,冷时可转化为无色N2O4

-92

21.3

酸性氧化物,但不是单一酸的酸酐.有氧化性.遇水溶解,生成HNO3和NO或HNO2

N2O5

白色固体

30并分解

47并分解

易潮解,与水生成硝酸.极不稳定,易发生爆炸性分解,具有强氧化性

NO和NO2的常见反应

NO与空气相遇立即被氧化为红棕色的NO2;

2NO+O2==2NO2

这是个放热反应,但反应速率随温度变化很特殊,在温度低时反应快,温度高时却缓慢。

NO2在常温下压缩或在常压下冷却,会有无色的N2O4生成:

2NO2⇌N2O4

3NO2+H2O==2HNO3+NO

4NO2+O2+2H2O==4HNO3

4NO+3O2+2H2O==4HNO3

NO+NO2+O2+H2O==2HNO3

氮的氧化物对大气的污染

1.污染对象:

但的氧化物都是大气的污染物,常见的以NO和NO2为主.它们都能刺激和损害呼吸系统,也伤害植物的生长和发育.NO还易与血红蛋白结合,形成亚硝基血红蛋白而失去输氧能力.NO2跟血红蛋白能生成硝基血红蛋白,同样失去输氧功能.所以,在空气中浓度大时,会导致严重的伤害甚至死亡.在低浓度NO、NO2的空气中时间过长时,可因NO、NO2在肺中生成HNO3和HNO2而发生病变.NO和NO2在湿空气中产生的硝酸,对金属、机械、建筑物等都有明显的腐蚀作用.NO上升到臭氧层,也会对臭氧层产生破坏作用.

2.污染来源:

污染大气的氮的氧化物,主要来源是化工燃料（煤、石油）的燃烧废气.如汽车尾气、喷气飞机尾气和火电厂废气等.未经处理的硝酸厂和某些工厂的废气排放,也会产生较高浓度的氮的氧化物.

3.主要防污染发应:

伦敦和洛杉矶化学烟雾事件.

2CO+2NO==N2+2CO2

6NO+4NH3==5N2+6H2O

6NO2+8NH3==7N2+12H2O

这些催化剂比较昂贵,也容易被含铅汽油的排放物损害.汽车没有处理废气的设备和使用含铅汽油是极不利于环境保护的.

硝酸纯硝酸是无色油状液体,开盖时有烟雾,挥发性酸.

M.p.-42℃,b.p.83℃.密度:

1.5g/cm3,与水任意比互溶.

常见硝酸a%=63%-69.2%c=14-16mol/L.呈棕色（分析原因）发烟硝酸.

化学性质:

强腐蚀性:

能严重损伤金属、橡胶和肌肤,因此不得用胶塞试剂瓶盛放硝酸.

不稳定性:

光或热

4HNO3=====4NO2+O2+2H2O所以,硝酸要避光保存.

强酸性:

在水溶液里完全电离,具有酸的通性.

强氧化性:

浓度越大,氧化性越强.

与金属反应:

在两支试管里分别盛有铜片,向两支试管理再分别加入浓硝酸和稀硝酸.

Cu+4HNO3（浓）==Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3（稀）==3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

Ag+2HNO3（浓）==AgNO3+NO2↑+H2O

3Ag+4HNO3（稀）==3AgNO3+NO↑+2H2O

硝酸能与除金、铂、钛等外的大多数金属反应.

通常浓硝酸与金属反应时生成NO2,稀硝酸（<6mol/L）则生成NO.

钝化反应:

常温下浓硝酸可使铁、铝、铬（都可呈+3价金属化合物）表面形成具有保护性的氧化膜而钝化.而稀硝酸则与它们反应.

Fe+4HNO3（稀）==Fe（NO3）3+NO+2H2O

王水:

1体积浓硝酸与3体积浓盐酸的混合溶液.可溶解金、铂.

Au+HNO3+4HCl==HAuCl4+NO+2H2O

M+HNO3（12∽14mol/L）↗NO2为主.

M+HNO3（6∽8mol/L）↗NO为主

M+HNO3（约2mol/L）↗N2O为主,M较活泼.

M+HNO3（<2mol/L）↗NH4+为主（M活泼）

M+HNO3还可能有H2产生（M活泼）

与非金属反应:

浓硝酸;需要加热.

C+4HNO3（浓）==CO2↑+4NO2↑+2H2O（实验演示）

H2S+8HNO3（浓）==H2SO4+8NO2↑+4H2O

3H2S+2HNO3（稀）==3S+2NO+4H2O（冷）

SO2+2HNO3（浓）==H2SO4+2NO2

3SO2+2HNO3（稀）+2H2O==3H2SO4+2NO

H2S、SO2以及S2-、SO32-都不能与硝酸共存.

与有机物反应:

生成硝基化合物和硝酸酯.

用途:

军火工业、燃料工业、硝酸盐（硝酸铵和制矿山用硝铵炸药）、硝酸银.

硝酸的制法:

生成硝酸的措施有哪些?

对比优缺点.（三种）

实验室制法:

微热

NaNO3（s）+H2SO4（浓）==NaHSO4+HNO3

1.反应温度

2.反应装置:

3.收集装置:

氨氧化法制硝酸:

4NH3+5O2====4NO+6H2O（氧化炉中）

2NO+O2==2NO2（冷却器中）

3NO2+H2O=2HNO3+NO（吸收塔）

4NO2+O2+2H2O==4HNO3（吸收塔）

过程:

（1）先将液氨蒸发,再将氨气与过量空气混合后通入装有铂、铑合金网的氧化炉中,在800℃左右氨很快被氧化为NO.该反应放热可使铂铑合金网（催化剂）保持赤热状态.

（2）由氧化炉里导出的NO和空气混合气在冷凝器中冷却,NO与O2反应生成NO2.

（3）再将NO2与空气的混合气通入吸收塔.由塔顶喷淋水,水流在塔内填充物迂回流下.塔底导入的NO2和空气的混合气,它们在填充物上迂回向上.这样气流与液流相逆而行使接触面增大,便于气体吸收.

从塔底流出的硝酸含量仅达50%,不能直接用于军工、染料等工业,必须将其制成98%以上的浓硝酸.浓缩的方法主要是将稀硝酸与浓硫酸或硝酸镁混合后,在较低温度下蒸馏而得到浓硝酸,浓硫酸或硝酸镁在处理后再用.

尾气处理:

烧碱吸收氮的氧化物,使其转化为有用的亚硝酸盐（有毒）即”工业盐”.

NO+NO2+2NaOH==2NaNO2+H2O

硝酸盐:

特点:

外观美丽（由金属离子决定）;KNO3无色、Cu（NO3）2.6H2O宝石蓝色.

水溶性好

有明显的氧化性,稳定性不好.分解有氧气.

[实验]

1.KNO3的热分解:

2.硝酸铜的热分解并检验气体.

2KNO3==2KNO2+O2

2Cu（NO3）2==2CuO+4NO2+O2

2AgNO3==2Ag+2NO2+O2

检验方法:

硝酸盐溶液经浓缩后,加入浓硫酸和铜屑并加热,可逸出红棕色气体.

磷及其化合物

磷单质:

1.磷的物理性质:

游离态磷有白磷、红磷和黑磷三种同素异型体.

白磷:

分子是由四个磷原子构成的正四面体.键角60°.

白色蜡状,因常带有黄色,有叫黄磷.

难溶于水,易溶于非极性溶剂如CS2.

密度1.8熔点44.1℃,沸点280.5℃,有剧毒（0.1g∽0.06g致命）

着火点40℃所以少量的白磷保存在冷水

红磷:

复杂的大分子,结构尚未完全清除,但已知其结构中有磷原子构成的环和链.

棕红色粉末

密度2.2熔点590℃（43kPa）基本无毒

常压下加热则升华为磷蒸汽,遇冷凝结为白磷

难溶于水和二硫化碳等.

黑磷:

黑色有金属光泽的晶体,它是用白磷在很高压强和较高温度下转化而成的,使用价值不大.

2.化学性质:

磷在氧气中燃烧:

4P+5O2==2P2O5（白烟）（分析P2O5的分子结构）对比白磷和红磷的着火点,.

磷在氯气中燃烧:

白色烟雾（PCl3和PCl5）

PCl3是无色油状液体,可制有机磷农药,也是重要的化学试剂.

2P+3Ca==Ca3P23Zn+2P==Zn3P2

3.磷的用途:

（1）制高纯度的磷酸（白磷）和农药

（2）安全火柴:

火柴头:

硫、硫化锑、磷的硫化物和氧化剂（KClO3）

侧面:

红磷、硫化锑和玻璃粉

原理:

火柴头在侧面磨擦,产生的热量把微量的红磷转化为白磷而立即燃烧,点着火

柴头.如果用合适的配料,把火柴头制得很长,就可制成防风火柴.

磷的氧化物

P2O3+3H2O==2H3PO3（亚磷酸,二元酸）

P2O5+H2O==2HPO3（偏磷酸,有毒）

P2O5+3H2O==2H3PO4（磷酸,三元酸,无毒）

P2O5是吸湿性很强的白色粉末,是常用的强力干燥剂.

P2O3和P2O5的分子结构:

分子式:

P4O6和P4O10

磷酸及其盐

磷酸是无色晶体,易潮解.商品磷酸是85%的水溶液,呈无色粘稠状.

三元中强酸,分三步电离:

H3PO4⇌H++H2PO4-

H2PO4-⇌H++HPO42-

HPO42-⇌H++PO43-

与碱中和时,根据碱的用量差异,可得到不同的盐.（OH-和NH3）

高沸点非氧化性酸:

制取溴化氢和碘化氢.

H3PO4（浓）+KI（固）==KH2PO4+HI↑

用途:

制化肥和提炼某些金属,清凉饮料中加入无毒的磷酸作调味剂.

磷酸盐:

正盐Ca3（PO4）2难溶若将其施入土壤,不能被植物吸收,只有缓慢地在有机物腐败产生的酸性环境下转化为二氢盐后,才能被植物吸收.

一氢盐CaHPO4较难溶.二氢盐Ca（H2PO4）2可溶.

普钙:

Ca（H2PO4）2和CaSO4的混合物.

Ca3（PO4）2+2H2SO4==2CaSO4+Ca（H2PO4）2

重钙:

重过磷酸钙Ca（H2PO4）2肥效

Ca3（PO4）2+3H3PO4==3Ca（H2PO4）2

Ca3（PO4）2+3H2SO4==3CaSO4+2H3PO4（普通磷酸）

使用磷肥切忌与碱性物质混用.否则会生成难溶的磷酸正盐,损失肥效.

Ca（H2PO4）2+2Ca（OH）2===Ca3（PO4）2+4H2O

有些洗衣粉里掺入磷酸钠作为辅助剂.它们水解呈碱性有去污的能力和改善水质的作用.但这种洗衣粉的废水流入水域会引起水中含磷过多,杂藻滋生,即富营养化而造成污染.因此目前已禁止在洗涤剂和洗衣粉中使用磷酸钠类物质.

砷、砒霜和砷化镓

砷:

有三种同素异型体,最稳定的是有金属光泽的灰砷.另外两种如黑砷和黄砷.都有毒.

与溶碱反应,也能被浓硫酸和硝酸氧化.在加热条件下砷与氧化合生成As2O3;与硫化合成As2S3.

砒霜:

As2O3（As4O6）.我国古代就知道的剧毒品.

白色粉末,微溶于水,致死量约0.1g.

砒霜用于毒害农田土壤中的有害小动物,业用来制杀虫剂和含砷的药物.

误食砒霜者的胃液里残留的砒霜,可用马许验砷法检出.把胃液残留物与锌、盐酸一起反应,残留的As2O3被还原,生成AsH3（胂,有毒）,随氢气导出,可以在管口处将其点燃,在火焰上插入瓷片或蒸发皿,使胂在缺氧条件下分解,生成游离砷,附着在瓷片上成为光亮的灰色砷镜.

砷化镓:

GaAs.黑灰色晶体,熔点:

1238℃,相当稳定.

是优良的半导体材料,其性能比硅、锗更优越.它的性能好且灵敏,还具有‘双能谷导带’,被誉为‘第三代半导体’.可用于制备发光元件、半导体激发器、微波体较应器件、太阳能电池、高速集成电路等.广泛用于计算机、雷达、人造卫星、宇宙飞船等尖端技术中.

用高纯度的砷跟镓作用,即可制得砷化镓.