如题所述
1、氮气
(1)氮元素在自然界的存在形式
既有游离态也有化合态。空气中约含N2 78% (体积分数)或75% (质量分数) ;化合态氮存在于多种无机物和有机物中,氮元素是构成蛋白质和核酸不可缺少的元素。
(2)氮气的物理性质纯净的氮气是无色气体,密度比空气略小,氮气在水中的溶解度很小。在常温下,降温可以变为液体,再变为雪花状固体。
(3)氮气的分子结构
氮气分子(N2) 的电子式为结构式为N=N。由于N2分子中N=N键很牢固,所以通常情况下,氮气的化学性质不活泼。
指出,氮气分子是氮氮三键,输入法没有,请大家以图为准)
(4)氮气的化学性质
①N2与H2化合生成NH3:(催化剂,高温高压) N2 + 3H2 =2NH3(工业合成氨的原理) ;注意:反应可逆且常温常压下平衡常数极小(感谢
②N2和O2化合生成NO:(放电) N2 +O2== 2NO (在闪电或行驶的引擎中会发生以上反应) ;
③与活泼的金属如Mg反应:
(点燃)N2 + 3Mg = Mg3N2。产物遇水发生双水解反应: Mg3N2 + 6H2O =3Mg(OH)2↓+2NH3↑;
④N2可做保护气的原因是氮气的化学性质很不活泼。
(5)氮气的用途
①合成氨,制硝酸;
②代替稀有气体作焊接金属的保护气,防止金属被氧化;
③在灯泡中填充氮气防止钨丝被氧化;
③保存粮食、水果等食品,防治腐烂;
④医学上用液氮作冷冻剂,以便在冷冻麻醉条件下进行手术;
⑤利用液氮制造低温环境,如使某些超导材料在低温下获得超导性能。
[说明]
将游离态氮转变为化合态氮的过程叫氮的固定,固定氮的方式有自然固氮和人工固氮。
①自然固氮:雷雨天产生NO气体
豆科植物根瘤菌固氮;
②人工固氮:合成氨工业。
2、氮的氧化物
氮元素有+1、+2、+3、+4、+5五种正价,五种正价对应六种氧化物N2O (俗称“笑气”, 具有麻醉作:用) NO、N2O、NO2 、 、 N2O3、N2O 4、 N2O5(白色固体)。其中N2O3和N2O5分别是HNO2和HNO3的酸酐。它们都是空气污染物,空气中的NO2是造成光化学烟雾的主要因素。
NO, NO2的性质、实验室制法的比较见下表
(2)物理性质
NH3是一种无色、有刺激性气味的气体,密度比空气大,其熔沸点比较低,易液化,极易溶于水,其水溶液显弱碱性。常温下,1体积水约能溶700体积氨气。氨对人的眼睛、鼻子、喉咙等黏膜有刺激作用,接触时应小心。如果不慎接触过多的氨出现病状,要及时吸入新鲜空气和水蒸气,并用大量水冲洗眼睛。
(3)化学性质
①与水反应;
NH3 + H2O=NH3·H2O=NH4++OH-(两个反应均可逆),氨的水溶液叫氨水。在氨水中所含的微粒有: NH3、H2O、NH3.H2O、 NH、H+、OH-。氨水具有碱的通性,如能使无色酚酞溶液变红。
②与酸反应生成铵盐;
反应实质为: NH3 + H+ = NH4+ (正四面体)
例如: 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4
[知识延伸]
NH3分子中N原子有一对孤电子对,能够跟有空轨道的H+形成配位键。
③具有还原性;
(催化剂)4NH3 + 5O2= 4NO + 6H2O (工业制HNO3 的基础反应)
2NH3 + 3Cl2 = 6HCl+ N2 (Cl2过量)
8NH3 + 3Cl2 = 6NH4Cl + N2 (NH4过量, 可用于检验Cl2瓶是否漏气)
2NH3 + 3CuO= N2 + 3Cu + 3H2O (实验室制N2)
(催化剂)6NO2 + 8NH3=7N2 + 12H2O
(催化剂)2xNH3 + 3NOx- =(2x+3/2)N2 + 3xH2O
(治理氮氧化物污染)
④与CO2反应制尿素;
(200atm,180℃) 2NH3 + CO2 = CO(NH2)2 + H2O
⑤配合反应。
Ag+ + 2NH3 = [Ag(NH3)2]+
(4)氨的用途
①氨是氮肥工业及制造硝酸、铵盐、纯碱等的重要原料;
②氨也是有机合成工业(如制尿素、合成纤维、燃料等)上的常用原料;
③氨还可用作制冷剂。
(5)氨的结构与性质的关系总结
①分子结构理论,电子式为
空间构型为三角锥型;
②相对分子质量为17,比空气轻,可用向下排空气法收集(使用棉花) ;
③分子间存在特殊作用力(氢键) ,易液化,做制冷剂;
④和水分子能形成氢键,易形成一水合氨;
⑤和水、酸电离出的H+作用,呈弱碱性,跟酸及某些盐反应;
⑥N原子处于最低价态,具有还原性,能被Cl2、O2、CuO等氧化。
4、氨气的实验室制法
①药品:氯化铵与氢氧化钙固体;
②反应原理: (Δ)2NH4Cl + Ca(OH)2 =CaCl2 + 2H2O + 2NH3↑;
③反应类型:固+固→气体;
④发生装置:大试管;
⑤干燥方法:通过装有碱石灰的干燥管或U形管(不可用浓硫酸、P2O5 和无水CaCl2干燥) ;
⑥验满方法:
1,用湿润的红色石蕊试纸接近试管口,试纸变蓝
2,用蘸有浓盐酸的玻璃棒接近试管口,产生白烟
⑦收集方法:向下排空气法;
⑧尾气处理:用水吸收(用防倒吸装置) ;
5、铵盐
(1)概念
铵盐是由铵根离子和酸根离子组成的化合物。铵盐都是晶体,都易溶于水。
(2)铵盐的化学性质
①受热易分解;
➊非氧化性的挥发性酸形成的铵盐,分解产物通常为氨和相应的酸。例如:
NH4Cl(固)= NH3↑+HCl↑(感谢评论区
@婧可以叫女青
指正)
(NH4)2CO3= 2NH3↑+H2O↑+CO2↑
❷难挥发性的酸形成的铵盐,分解产物为氨和难挥发性的酸或酸式盐。例如:
(加热):3(NH4)2SO4 = 3SO2↑+6H2O+N2↑+ 4NH3↑(感谢评论区
@婧可以叫女青
指正)
(加热):(NH4)3PO4= H3PO4 + 3NH3↑(注意,此处不适用元素周期律)
❸氧化性酸形成的铵盐,分解产物为氮或氮的氧化物。例如: (Δ)NH4NO3= N2O↑+2H2O
②与碱反应- -铵盐的通性;
固态铵盐+强碱(NaOH、 KOH)→无色、有刺激性气味的气体
湿润的红色石蕊试纸 →试纸变蓝
例如: NH4NO3 + 2NaOH= NaNO3 + NH3↑+H2O
[说明]
➊若是铵盐与强碱溶液共热,用离子方程式表示为:
△ NH4+ +OH-=NH3↑+H2O。(感谢评论区
@陌上
指正)
❷若是铵盐和强碱的稀溶液混合且不加热,则无氨气逸出,用离子方程式表示:
NH4++OH- = NH3.H2O。
❸若反应物都是固体,则只能用化学方程式。
③氮肥的存放和施用
铵盐可做氮肥。由于铵盐受热易分解,储存氮肥时应密封并存放在阴凉处,施用氮肥时应埋在土下并及时灌水,以保证肥效。
④NH4+的检验
取少量待检物置于试管中,加入NaOH溶液中,加热,用湿润的红色石蕊试纸检验,若试纸变蓝,则证明待检物中有铵根离子。
6、硝酸
(1)硝酸的分子结构
化学式(分子式)为: HNO3,结构式: HO一NO2。HNO3是有极性的共价键形成的极性分子,故易溶于水,分子间以范德华力结合,固态时为分子晶体。
(2)物理性质
①纯硝酸是无色、易挥发(沸 点为83°C)、有刺激性气味的液体。打开盛浓硝酸的瓶子,有白雾产生;
②质量分数在98%以上的浓硝酸挥发出来的HNO3蒸气遇到空气中的水蒸气会形成绩效的硝酸液滴而产生”发烟"现象,通常叫做发烟硝酸。
(3)化学性质
①具有酸的通性
②不稳定性
纯净的硝酸或浓硝酸在常温下见光或受热发生分解。硝酸越浓,越易分解。
△或光照 4HNO3 2H2O+4NO2↑+O2↑
③强氧化性
不论是稀硝酸还是浓硝酸都具有极强的氧化性。浓度越大,氧化性越强。
➊几乎能与所有的金属反应(除金、铂外)。当硝酸与金属反应时,硝酸被还原的程度(化合价的降低多少)与硝酸的浓度和金属的活泼性有关。对于同一金属单质,硝酸的浓度越小,硝酸被还原的程度越大,氮元素的化合价降低越多。一般规律为:
金属+HNO3 (浓) →硝酸盐+NO2↑+H2O
金属+HNO3 (稀) →硝酸盐+NO个+H2O
较活泼金属(Zn, Mg等) +HNO3 (极稀)→硝酸盐+N2O↑+H2O (或NH3等) 。
❷常温下,浓HNO3能使金属Fe、Al, 发生钝化。因此,可用铁制品或铝制品盛放浓硝酸,但要注意密封,以防硝酸挥发变稀后与铁、铝反应。
❸浓硝酸与浓盐酸按体积比1 : 3配置而成的混合酸叫王水。王水溶解金属的能力更强,能溶解-些不溶于硝酸的金属铂、金等。
❹能把许多非金属(如C、S、P等)氧化,生成最高价含氧酸或最高价非金属氧化物。如:
C+4HNO3(浓) = CO2↑+4NO2↑+2H2O。(感谢
@知世
指正)
❺能氧化某些还原性的物质,如H2S、SO2、
Na2SO3、HI、HBr、Fe2+ 等。
应注意NO3无氧化性,而NOz在酸性溶液中时,则具有很强的氧化性。例如,在Fe(NO3 )2溶液中加入盐酸或硫酸,因引入了H+而被氧化为Fe3+。
❻能腐蚀某些有机物,如皮肤、衣服、纸张、橡胶等。
(4)保存方法
实验室保存硝酸时,将硝酸盛放在带玻璃塞的棕色试剂瓶中,并贮存在黑暗且温度较低的地方
(5)用途
硝酸是- -种重要的化工原料,用于制造炸药、染料、塑料、硝酸盐等;在实验室里,它是一种重要的化学试剂。
7、磷
(1)磷在自然界中的存在
自然界中没有游离态的磷,磷主要以磷酸盐的形式存在于矿石中。磷和氢一样,是构成蛋白质的成分之一。 动物的骨骼、牙齿和神经组织都含有磷。
[特别提醒]
白磷遇光辉逐渐变为黄色。因此,白磷又称为黄磷,白磷的颜色通常表述为“白色或黄色”。
(3)白磷和红磷的化学性质
白磷和红磷都能在空气中燃烧,燃烧产物- -般为五氧化二_磷,且放出大量的热。
(4)用途
用于制造纯度较高的磷酸,白磷可以用于制造燃烧弹、烟幕弹等;红磷可以用于制农药、安全火柴等。
(5)磷的化合物
①五氧化二磷
➊五氧化二磷的分子式为P4O10,通常写为P2O5。
❷五氧化二磷通常为白色固体,由磷在空气中燃烧生成,623K。
❸五氧化二磷是典型的酸性氧化物,具有酸性氧化物的通性。
❹五氧化二磷很易和水反应,与冷水反应生成偏磷酸,跟热水反应生成磷酸,反应放出大量热。
P2O5 + H2O = 2HPO3 (偏 磷酸)
P2O5 + 3H2O=2H3PO4
[注意]五氧化二磷的强亲水性决定了它可以作为干燥剂。五氧化二磷是一种固态、酸性、无强氧化性的干燥能力很强的干燥剂
②磷酸
➊磷酸为三元中强酸,属于弱电解质,易溶于水,在水中分三级电离。
H3PO4 = H2PO4- + H+
H2PO4- = HPO4 2- + H
HPO4 2- = PO4 3- + H+
❷纯磷酸是无色晶体,熔点为315K,沸点很高,可溶于水。
❸磷酸无强氧化性,具有酸的通性。为了避免Br-、I-被氧化,可用于浓磷酸代替浓硫酸在实验室中制备HBr、HI。
③磷酸盐
磷酸是三元酸,对应的盐有正盐和酸式盐: Na3PO4、Na2HPO4、NaH2PO4