1、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N2ON2O3低温时可为蓝色固体或淡蓝色液体-102.23.5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N2O4-9221.3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HNO2N2O5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
2、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 N2O43NO2 + H2O = 2HNO3 + NO4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO34NO + 3O2 +2H2O = 4HNO3NO + 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
3、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.
4、3. 主要防污染发应: 伦敦和洛杉矶化学烟雾事件.2CO + 2NO = N2 + 2CO26NO + 4NH3 = 5N2 + 6H2O6NO2 + 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: 1.5 g/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
5、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 + 2H2O3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2OAg + 2HNO3(浓) = AgNO3 + NO2 +H2O3Ag + 4HNO3(稀) = 3AgNO3 + NO + 2H2O硝酸能与除金、铂、钛等外的
6、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 + 2H2OM + HNO3(1214mol/L) NO2为主.M + HNO3(68mol/L) NO为主M + HNO3(约2mol/L)N2O为主, M较活泼.M + HNO3(2mol/L)
7、 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 + 4H2O3H2S + 2HNO3(稀) = 3S + 2NO + 4H2O (冷)SO2 + 2HNO3(浓) = H2SO4 + 2NO23SO2 + 2HNO3(稀) + 2H2O = 3H2SO4 + 2NOH2S、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
8、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 + HNO31. 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
9、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)
10、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 + O22Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O22AgNO3 = 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:
11、 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(0.1g0.06g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 = 2
12、P2O5(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 = Ca3P2 3Zn + 2P = Zn3P23. 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 = 2H3P
13、O3(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)
14、+ 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)2Ca3(PO4)2 + 3H2SO4
15、 = 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
16、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.
