2019 无机化学课件.ppt

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1、第十五章氮族元素Chapter15TheNitrogenFamilyElements§15-1氮族元素的通性增大，金属性增强减小减小-3，-2，-1+1，+2，+3+4，+5-3,+1+3,+5-3,+3,+5+3,+5+3，+5NPAsSbBi原子半径离子半径电离能电负性元素氧化数该族元素价电子为ns2np3，其最高氧化数可达+5。对Bi原子，出现了充满的4f和5d能级，f、d电子对原子核的屏蔽作用较小，6s电子又有较大的钻穿作用，故使6s能级显著降低，从而使6s电子成为“惰性电子对”而不易参加成键，常显示出+3氧化态。第十五章氮族元素§15.1通性本族在基态时有半充满的p轨道，

2、和同周期中前后元素相比各有相对较高的电离势。同时本族元素除N原子以外，其它原子的最外电子层有空的d轨道，因此除N原子配位数不超过4以外，其它原子的最高配位数为6元素符号NPAsSbBi价电子层结构2s22p33s23p33d4s24p34d5s25p35d6s26p36d第十五章氮族元素§15.1通性根据元素电势图(p463)：氧化数为+5的氮族化合物，在酸性介质中都是氧化剂，特别是HNO3和Bi2O5，在碱性介质中氧化性较弱；氧化数为+3的氮族化合物，除HNO2有明显的氧化性，亚磷酸及盐有强还原性外，As(Ⅲ)、Sb(Ⅲ)、Bi(Ⅲ)都是弱的还原剂；除单质P以外，其它单质元素无论

3、酸碱介质都不发生歧化反应第十五章氮族元素§15.1通性氧化数为-3的氮族化合物，除NH3和NH4+是弱的还原剂外，其它都是强的还原剂。第十五章氮族元素§15.1通性氧化还原性氧化数为+5的氮族化合物电对电极电势除+5氧化态的磷几乎无氧化性外，其他均为氧化剂。第十五章氮族元素§15.1通性电对电极电势除亚硝酸为氧化剂外，其他均为还原剂。氧化数为+3的氮族化合物第十五章氮族元素§15.1通性电对电极电势除NH3,NH4+外，其他均为强还原剂。氧化数为-3的氮族化合物第十五章氮族元素§15.1通性§15-2氮及其化合物一、氮的成键特征和价键结构N原子电负性3.04，仅次于F和O，显示高活

4、性。N2分子的惰性证明N原子的活性及成键稳定性。N的三个成单电子和一个孤电子对，致使其具有以下成键特征：1)、sp3杂化形成三个共价单键，保留一对孤对电子，NH3；2)、sp2杂化形成一个双键和一单键，保留一对孤对电子，Cl-N=O；3)、sp杂化形成一个三键，N2和CN-；4)、2s中的一对电子参与形成大π键，形成+5氧化态，如HNO3形成共价键和碱金属、碱土金属作用生成N3-的离子型固体化合物，但不稳定，遇水水解。形成离子键第十五章氮族元素§15.2氮及其化合物N2和许多氮化合物含孤对电子，可以向金属离子配位，如：[Cu(NH3)4]2+、[(NH3)5Ru(N2)(NH3)5

5、]4+。形成配位键第十五章氮族元素§15.2氮及其化合物二、氮在自然界中的分布和单质氮N2主要存在于大气中，4×1015吨。智利硝石NaNO3。N2：b.p.，75K；m.p.，63K。NNσппN2分子轨道式第十五章氮族元素§15.2氮及其化合物三个化学键的键能941.69kJ.mol-1，N2是双原子分子中最稳定的。高温高压催化剂合成NH3。高温放电，制NO。N原子可以获得3个电子达到稳定的8电子构型，并吸收2148kJ.mol-1的能量，因此，生成离子型氮化物的元素只能是电离势小而且其氮化物具有高晶格能的金属。如，ⅠA和ⅡA族金属。6Li+N22Li3N常温2B+N22BN白

6、热Mg+N2Mg3N2高热第十五章氮族元素§15.2氮及其化合物N2制备：工业上主要是通过分馏液态空气而实现。液N2b.p.，-196℃(77K)，是工业和实验室常用冷冻剂。N2主要是非化学用途，是为金属加工、石油炼制和食品工业过程提供保护。NH4NO2(aq)N2+2H2O煮沸(NH4)2Cr2O7N2+Cr2O3+4H2O加热实验室制备少量N2：第十五章氮族元素§15.2氮及其化合物氮的氢化物主要有：NH3、N2H4、HN3、NH2OH等。三、氮的氢化物NH3结构2s2psp3杂化N原子价电子结构第十五章氮族元素§15.2氮及其化合物N的氧化数为-3HHH107°sp3杂化强

7、极性，形成氢键。最低氧化数-3，有一对孤对电子，决定了其物理化学性质。第十五章氮族元素§15.2氮及其化合物N族元素氢化物中，NH3有最高凝固点、熔解热、蒸发热、溶解度。在水中溶解度：273K1dm3溶解1200dm3NH3，293K时，1dm3水溶解700dm3NH3。物理性质第十五章氮族元素§15.2氮及其化合物液态NH3作溶剂和H2O有很多相似之处，如：2NH3NH4++NH2-K=[NH4+][NH2-]=1.9×10-23K=[H3O+][OH-]=10-