元素周期表第五主族.docx

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1、元素周期表第五主族元素周期表第五主族 第五主族又叫氮族元素，高中阶段主要考察氮元素与磷元素，需要了解砷元素的一些知识 氮元素 氮元素原子序数是7。第二周期第主族，原子量14，电子构型: 1s22s22p3，氮是空气中最多的元素，在自然界中存在十分广泛，在生物体内亦有极大作用，是组成氨基酸的基本元素之一。氮在地壳中的含量很少，自然界中绝大部分的氮是以单质分子氮气的形式存在于大气中，氮气占空气体积的百分之七十八。氮的最重要的矿物是硝酸盐。 氮通常的单质形态是氮气。它无色无味无臭，是很不易有化学反应呈化学惰性的气体，而且它不支持燃烧。及其难以分解，很少参与化学反应。氮在自然界主要以双原子分子的形式存

2、在于大气中，因而工业上由液态空气分馏来获得氮气。 而在实验室制备少量氮气的方法很多。例如，可由固体亚硝酸铵的热分解来产生氮气。，此反应剧烈，不易控制。故常采用温热饱和亚硝酸铵溶液的办法来得到氮气。这样制得的氮气含少量氨、一氧化氮、氧气及水等杂质。NH+ +NO- N+2HO。而将氨气通入溴水也能制备氮气。经净化除去少量氨、溴及水等杂质后，可得较纯的氮气。8NH+BrN+6NHBr，虽然氯气的氧化性比溴单质要强，但氯水的浓度较溴水要低，故不用氯水。右图是氮气的电子式 氮和活泼金属反应 N2 与金属锂在常温下就可直接反应： 6 Li + N2= 2 Li3N N2与镁条反应：3Mg+N2=点燃=M

3、g3N2(氮化镁) 氮和氢气可以反应 N2与氢气反应制氨气：N2+3H2=2NH3 氮气可以与氧气在放电的情况下生成一氧化氮： N2+O2=放电=2NO 氮元素的相关化合物 氮元素作为高中阶段典型的多价态元素，从负3价开始，0 价，正1,2,3,4,5价都有。其性质既可以表现氧化性也可以表现还原性，是高中在计算题中考察比较多的一种。 负3价：氨气 氨气，无机化合物，分子量17，无色有刺激性恶臭的气味，易溶于水，氨溶于水时，氨分子跟水分子通过*氢键结合成一水合氨(NH3H2O)，故极易溶于水，一体积水可以溶解700体积的氨气。一水合氨能小部分电离成铵离子和氢氧根离子，所以氨水显弱碱性，能使酚酞溶

4、液变红色。氨与酸作用得可到铵盐 氨分子的空间结构是三角锥型，极性分子，是典型的十电子分子。右图是氨气的电子式。 1：氨气可以与水发生反应 氨在水中的反应可表示为：NH3+H2O=NH3H2O 一水合氨不稳定受热分解生成氨和水 氨水在中学化学实验中三应用，这三个应用也是无极推断问题中常常出现的三个特征反应 用蘸有浓氨水的玻璃棒检验HCl等气体的存在 由于氨气，氯化氢，与硝酸都是易挥发的，那么氨水与盐酸或者硝酸靠近时会产生白烟，这也是高中唯一气气相遇产生固体的反应 实验室用它与铝盐溶液反应制氢氧化铝 氢氧化铝虽然具有两性，但它只会溶于强碱，不会溶解于弱碱。 配制银氨溶液检验有机物分子中醛基的存在。

5、 银离子遇到氢氧根离子会生成氢氧化银，它很不稳定，马上分解成氧化银和水，但是，银离子在氨水中却不会生成沉淀，而是生成氢氧化二氨合银，也就是银氨溶液，这也是银离子和铵根的特征反应。实际上铜离子与锌离子均有类似的性质，可以在氨水中形成类似的络合物。 2：氨气是高中阶段唯一的碱性气体，因此氨水具有一般碱的通性，可以与酸反应生成盐类 3：氨气中的氮元素是负3价的，因此可以表型出还原性，与一系列氧化剂发生反应 氨气可以与氯气发生反应： 8NH3+3Cl2=N2+6NH4Cl，对于这个反应，多数情况下是指氨气与氯气混合，个别资料中会出现氨气通入氯水后，氯水颜色退去，在解释这个现象的时候，认为氨气与氯水发生

6、反应，但是，你需要看题目中是否叙述道有气体产生，如果无气体，那么认为不考虑氧化还原，仅从酸碱中和的角度说明，反之，如果有气体产生，那么就需要考虑氧化还原了。 氨气可以与氧气发生反应： 氨气可以在氧气中燃烧：4NH3+3O2=点燃=2N2+6H2O 氨气可以与氧气发生催化氧化：4NH3+5O2=催化剂加热=4NO+6H2O 氨气可以与碳的反应 NH3+C=加热=HCN+H2(这就是大名鼎鼎的剧毒物品氰化氢，加点碱中和一下就是氰化钾KCN,推理小说里面杀个人神马的，经常会用到，特别说明一下，柯南里面有7成的死者是死在这个东西上的，这就是爱啊) 氨气可以还原金属氧化物反应 3CuO+2NH3 =加热

7、=3Cu+3H2O+N2 这是一个氧化还原反应，也是实验室常用的临时制取氮气的方法，采用氨气与氧化铜共热，体现了氨气的还原性。 4：喷泉实验 利用氨气的高水溶性，可以进行喷泉实验，这是一类利用气体的液溶性质造成负气压的实验。 在常温，常压下，一体积的水中能溶解700体积的氨。 在干燥的圆底烧瓶里充满氨气，用带有玻璃管和滴管的塞子塞紧瓶口。立即倒置烧瓶，使玻璃管插入盛水的烧杯里，把实验装置装好后。打开橡皮管的夹子，挤压滴管的胶头，使少量的水进入烧瓶。观察现象。 实验的基本原理是使烧瓶内外在短时间内产生较大的压强差，利用大气压将烧瓶下面烧杯中的液体压入烧瓶内，在尖嘴导管口形成喷泉。 通过分析喷泉实

8、验的原理和条件，我们总结出了喷泉实验成功的关键是： 盛气体的烧瓶必须干燥，否则甁中有液体，会使瓶口留下空气，形成的喷泉压力不大 气体要充满烧瓶； 烧瓶不能漏气 所用气体能大量溶于所用液体或气体与液体快速反应。1 如果进行简单的计算，假设烧瓶的体积是V，条件是标况下，那么氨气的物质的量是V/22.4mol，而生产的一水合氨也是这个量，其浓度再除以体积V,得到的就是1/22.4.其他类型的喷泉实验可以这样计算。 出去氨气和水以外，还有其他可以进行喷泉实验的组合，只要满足烧瓶中的气体A可以某些物质迅速反应生成固体或者液体，造成一个负气压差，那么就可以引发喷泉实验。 5：氨气的制取： 工业上制氨气 高

9、温500高压20MPa到50MPa，需要催化剂：铁触媒 N2+3H2=高温高压催化剂=2NH3 验室，氨常用铵盐与碱作用制备： 2NH4Cl + Ca(OH)2=2NH3+ CaCl2 + 2H2O 另外用浓氨水加固体NaOH微热或加热浓氨水的方法可以快速制取少量氨气 需要注意： (1)不能用NH4NO3跟Ca(OH)2反应制氨气 硝酸铵受撞击、加热易爆炸，且产物与温度有关，可能产生NH3N2N2O、NO (2)不能用NH4Cl加热分解制氨气 NH4Cl加热分解生成HCl气体和NH3气体，但冷却后可以自由结合重新生成NH4Cl，故无法进行分离收集，所以即使分解可产生氨气，也不可以用NH4Cl加

10、热分解制取氨气。 (3)实验室制NH3不能用NaOH、KOH代替Ca(OH)2 因为NaOH、KOH是强碱，具有吸湿性(潮解)易结块，不易与铵盐混合充分接触反应。又KOH、NaOH具有强腐蚀性在加热情况下，对玻璃仪器有腐蚀作用，所以不用NaOH、KOH代替Ca(OH)2制NH3。 干燥氨气 干燥氨气应采用碱石灰。不能用浓硫酸，不能用氯化钙 因为浓H2SO4与NH3反应生成(NH4)2SO4 ； NH3与CaCl2反应能生成CaCl28NH3固体。CaCl2+8NH3=CaCl28NH3 正2价：一氧化氮 一氧化氮，分子量30，氮的化合价为+2。无色无味气体，难溶于水。有毒但微量的一氧化氮会人体

11、的神经及呼吸系统会有正向的刺激作用。由于一氧化氮带有自由基，这使它的化学性质非常活泼。极其容易被氧气氧化形成红棕色的二氧化氮2NO+O2=2NO2 实验室用铜与稀硝酸反应来制取一氧化氮。： 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 但是需要注意，反应体系必须先用氮气排尽空气。 正3价：三氧化二氮 三氧化二氮，分子量82，是一种酸性氧化物，有毒，环境污染物之一，是亚硝酸的酸酐，可溶于苯、乙醚、氯仿、四氯化碳、不稳定，常压下即可分解为一氧化氮和二氧化氮。作为亚硝酸的酸酐，三氧化二氮可以与水直接化合形成亚硝酸。 正3价：亚硝酸 亚硝酸是一种中强酸，分子量47.只能存在

12、于很稀的冷溶液中，溶液浓缩或加热时，就分解成H2O和N2O3，后者又会分解成NO2和NO。亚硝酸中的氮处于中间价态，既具有氧化性又具有还原性，而且氧化性比还原性突出的多。还原性在亚铁离子一下的还原剂均可以与亚硝酸反应。同时在一定条件下会发生自身的歧化反应：3HNO2=HNO3+2NO+H2O 正4价：二氧化氮 二氧化氮是一种棕红色、高度活性的气态物质，有刺激性气味。分子量46，,易液化。可溶于水特别需要注意二氧化氮不是酸性氧化物，也不是硝酸的酸酐。 二氧化氮由于其结构的不稳定性，通常情况下与其二聚体形式四氧化二氮 NO2可以直接被Na2O2吸收：Na2O2+2NO2=2NaNO3 实验室通常用

13、不活泼金属与浓硝酸反应自取二氧化氮： Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O 由于二氧化氮易溶于水，故不可用排水法进行收集，只能用向上排气法，但考虑到二氧化氮有毒往往用的是用长进短出的半封闭收集瓶。当然，可以在瓶中转入不和二氧化氮反应，并且不溶解二氧化氮的液体比如酒精用排液法收集 尾气处理时候可以通入氢氧化钠溶液即可快速吸收。 2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O 附录：四氧化二氮，分子式为NO，分子量92是由二氧化氮叠合而成。无色的气体，强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。剧毒，且有腐蚀性。易分解为二氧化氮为红棕色的气体，具有神经麻醉的毒性。可以水反应生成硝酸和

14、亚硝酸： NO + HO =HNO + HNO 正5价：五氧化二氮 五氧化二氮，又称硝酐，是硝酸的酸酐。通常状态下呈无色柱状结晶体，均微溶于水，水溶液呈酸性。分子量108， 32时升华并明显分解。47时完全分解。溶于水和氯仿，在热水中分解，具有强氧化。 五氧化二氮可以与水化合生成硝酸; N2O5 + H2O = 2HNO3 五氧化二氮可以与过氧化氢反应生成过氧硝酸：N2O5 + 2H2O2 =2HO2NO2 + H2O 正5价：硝酸 硝酸是一种强氧化性、腐蚀性的强酸。分子量62，硝酸易溶于水，具有窒息性刺激气味常温下其溶液无色透明。易挥发，因此，硝酸的溶液其浓度一般低于百分之七十，当质量分数足

15、够大时，称为发烟硝酸。硝酸易见光分解，应在棕色瓶中于阴暗处避光保存，严禁与还原剂接触。， 作为一种氧化性酸，硝酸在高中阶段基本都是用来考察期氧化性的，他可以氧化几乎所有的常见还原剂，特别需要注意一下几个方程 1：硝酸与纤维素的酯化反应，也就是制取硝化纤维： 3nHNO3+ C6H7O2(OH)3n C6H7O2(O-NO2)3n+ 3nH2O 2:硝酸与苯的反应： 3：硝酸与甲苯的反应： 4硝酸和金属的反应： Cu+ 4HNO3 Cu(NO3)2+ 2NO2+ 2H2O 3Cu+ 8HNO3 3Cu(NO3)2+ 2NO+ 4H2O Fe+6HNO3(浓）=加热=Fe(NO3)3+3H2O+3

16、NO2(气体） Fe+4HNO3(浓）=加热=Fe(NO3)2+2H2O+2NO2 Fe+4HNO3(稀）=Fe(NO3)3+NO(气体）+2H2O 3Fe+8HNO3(稀）=3Fe(NO3)2+2NO(气体）+4H2O 5：硝酸与非金属的反应 P+ 5HNO3= H3PO4+ 5NO2+ H2O C + 4HNO3 CO2 + 4NO2 + 2H2O 氮氧化物的水溶性问题 氮氧化物的水溶性问题多以一氧化氮，二氧化氮，氧气的混合气体溶解来考察，偶尔会添加三氧化二氮。 首先我们围绕一氧化氮与二氧化氮氧气展开讨论 1：一氧化氮和氧气 一氧化氮与水不反应，但与氧气会反应生成二氧化氮进而溶解于水中 2

17、NO+O2=2NO2 3NO2+H2O=2HNO3+NO 324 NO+3O2+2H2O=4HNO3 也就是说当一氧化氮与氧气的比例是43的时候是可以完全溶解于水中生成硝酸的。 如果不是43，那么设一氧化氮是V1，氧气是V2， V1V243，说明一氧化氮是过量的，那么剩余的一氧化氮是V14/3 V2 V1V243，说明氧气是过量的，那么剩余的氧气是V23/4 V1 2：二氧化氮与氧气 3NO2+H2O=2HNO3+NO 2NO+O2=2NO2 214NO2+ 2H2O+O2=4HNO3 也就是说二氧化氮与氧气的比例是41的时候是可以完全溶解于水中生成硝酸的 如果不是41，那么设二氧化氮是V1，

18、氧气是V2， V1V241，说明二氧化氮是过量的，那么剩余的二氧化氮是V14 V2。而这些二氧化氮继续发生3NO2+H2O=2HNO3+NO，最终的结果是剩下一氧化氮，其体积是1/3 V14/3 V2 V1V243，说明氧气是过量的，那么剩余的气体是氧气，其体积是V21/4 V1 3：一氧化氮二氧化氮和氧气三种混合在一起溶解时，记NO是V1，NO2是V2，O2是V3，那么只要氮原子与氧原子的比例是25，那么他们就可以完全溶解 也就是V1V2V12V22 V325，化解得：3 V1V24 V3 而如果题中给出的比例不符合这个等式，那么，我们先在所给比例中凑出一个等式，再计算剩下的 举个例子，设N

19、O是V1，NO2是V2，O2是V3， 设V11 V25 V32，这是一个符合等式的比例，他们是可以完全溶解的 而如果V12 V25 V33，这个比例明显不符合等式，他不会完全溶解，那么剩余多少了？ 首先我们从其中凑出一个1 5 2，也就是说，这部分是可以完全溶解的，剩下的是1体积一氧化氮和1体积的氧气，这样套用第一个结论，1143，所以氧气是过量的，那么剩余的氧气是13/4=0.25 磷元素 磷，原子序数15,原子量31,第三周期第五主族，电子构型: Ne3s23p3 。 磷有白磷、红磷、黑磷三种同素异构体。白磷又叫黄磷为白色至黄色蜡性固体，熔点44.1C，沸点280C，极难溶于水、难溶于无水

20、乙醇、无水乙醚、可溶于氯仿、苯、易溶于二硫化碳白磷活性很高，必须储存在水里，人吸入0.1克白磷就会中毒死亡。白磷易燃，常温下在空气中及其易发生自燃，暴露空气中在暗处产生绿色磷光和白色烟雾。这也就是传说中鬼火的成因。白磷在没有空气的条件下，加热到250C或在光照下就会转变成红磷。红磷无毒，呈现紫红或略带棕色的无定形粉末状，难溶于水和CS2，乙醚、氨等，略溶于无水乙醇，无毒无气味，化学活动性比白磷差，不发磷光在常温下稳定，难与氧反应。加热到400C以上才着火，燃烧时产生白烟，烟有毒。在高压下，白磷可转变为黑磷，它具有层状网络结构，能导电，是磷的同素异形体中最稳定的。工业上约三分之二的磷用于磷肥。磷

21、还用于制造磷酸、烟火、燃烧弹、杀虫剂等。三聚磷酸盐用于合成洗涤剂。 高中中，磷元素单质只涉及到2种反应 磷可以和氧气反应： (氧气充足时)4P+5 O2=点燃=2 P2O5 由于五氧化二磷是固体故现象描述是产生白烟 (氧气不足时)4P+3O2=点燃=2P2O3 由于三氧化二磷是一种液体，故现象描述是产生白雾 而实际在燃烧的过程中这2个反应都是会发生 的，所以磷燃烧的现象往往描述成形成白色的烟雾。 磷可以和氯气发生反应： 如果氯气充足:P+5Cl2=2PCl5(固体) 由于PCl5是固体故现象描述是产生白烟 如果氯气充足:P+3Cl2=2PCl3(液体) 由于PCl3是一种液体，故现象描述是产生

22、白雾 所以一般磷在氯气中燃烧生成白色的烟雾 磷酸 磷酸又称正磷酸，化学式H3PO4，分子量为98，是一种常见的无机酸，是中强酸。磷酸在空气中容易潮解。加热会失水得到焦磷酸，在进一步失水得到偏磷酸。磷酸主要用于制药、食品、肥料等工业，也可用作化学试剂。 对于磷酸需要注意一下几点： 1）浓磷酸可以和氯化钠共热生成氯化氢气体，属于弱酸制强酸： NaCl + H3PO4(浓) = NaH2PO4 + HCl 其原理：难挥发性酸制挥发性酸 离子共存的问题： H2PO4、 HPO42、PO43与H+不能共存。 H2PO4、HPO42与OH不能共存。 H2PO4与PO43不能共存。 H2PO4与HPO42可

23、共存，HPO42和PO43可共存。: 砷元素 砷原子序数33，原子量75，电子构型: Ar3d104s24p3，是一种以有毒而著名的类金属，并有许多的同素异形体。砷元素广泛的存在于自然界，共有数百种的砷矿物是已被发现。砷与其化合物被运用在农药、除草剂、杀虫剂与许多种的合金中。在古代，三氧化二砷被称为砒霜。古代所谓的炼丹术最后得到的往往就是砷元素的单质2As2S2 + 7O2 2As2O3 + 4SO2 2As2O3 + 3C 4As + 3CO2 砷可以被O F等氧化： 4As+3O2=点燃=2As2O3 2As+5F2=点燃=2AsF5 砷作为非金属，也可发生： 3Mg+2As=点燃=Mg3As2， 同时Mg3As2可以发生水解反应： Mg3As2+6H2O=3Mg(OH)2+2AsH3 三氧化二砷俗称砒霜，是毒性很强的物质，可用于治疗癌症，三氧化二砷是两性氧化物： As2O3+6NaOH=2Na3AsO3+3H2O As2O3+6HCl=2AsCl3+3H2O