《p区元素总结》由会员分享，可在线阅读，更多相关《p区元素总结（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第第 1 节节 氮族元素氮族元素分页分页: 1 2 3 4 周期系第 VA 族元素称氮族元素（Nitrogen family elements） 。它包括氮（Nitrogen） 、磷（Phosphorus） 、砷 （Arsenic） 、锑（Antimony）和铋（Bismuth） 。氮是生命的基础，磷是动植物的必需元素。砷、锑、铋三者性质较为 相似，是重要的合金元素。而磷却与砷、锑有一定的相似性，它们的化合物丰富多彩，大多是重要的工业原料、肥 料、新技术材料。 14.1 氮族元素氮族元素 14.1.1 氮族元素概述氮族元素概述 周期系第 VA 族：氮 N、磷 P、砷 As、锑 Sb、铋 Bi
2、 五种元素，又称为氮族元素； ? 氮和磷是非金属元素，砷 和锑是准金属，铋是金属元素；氮族元素价电子构型： ns2 np3；氮族元素所形成的化合物主要是共价型的，原子越小形成共价键的趋势越大。图 14-1 氮族元素在周期表中的位置表 14-1 氮族元素的一般性质14.1.2 氮族元素的单质氮族元素的单质 ? ? ? ?图 14-2 氮族元素的单质1.存在氮族元素中除磷在地壳中含量较多外，其它各元素含量均较少。氮主要以单质存在于大气中，天然存在的氮的无机化合物较少。磷较容易氧化，在自然界中不存在单质。它主要以磷酸盐的形式分布在地壳中。? 砷、锑和铋主要以硫化物矿的形式存在，如雄黄：As4 S4
3、。雌黄(As2S3 ) 辉锑矿(Sb2S3 ) 雄黄(As4S4)图 14-3 氮族元素的存在2. 性质除氮气外，其它氮族元素的单质都比较活泼。化学性质列于上表中。表 14-2 氮族元素的化学性质3. N2N2分子的分子轨道表达式为：N2 (1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2py,2pz)4(2px)2氮气是无色、无臭、无味的气体。沸点为-195.8C。微溶于水。强的 NN 键(944kJ/mol)，常温下化学性质极不活泼，故 N2常常作为惰性气体使用。 4. 磷的同素异形体图 14-4 白磷和红磷（1）白磷的结构白磷的结构由 P4 分子通过分子间力堆积起来，每个磷原子通过其 px
4、，py 和 pz 轨道分别和另外 3 个磷原子形成 3 个 键， 键角PPP 为 60，分子内部具有张力，其结构不稳定。图 14-5 白磷的结构白磷的性质白磷 P4 是透明的、柔软的蜡状固体，化学性质活泼，空气中自燃，溶于非极性溶剂。图 14-6 白磷在空气中自燃白磷的制备将磷酸钙、砂子和焦炭混合在电炉中加热到约 1500?C，可得到白磷。2Ca3(PO4)2(s) + 6SiO2(s) + 10C(s) P4(g) + 6CaSiO3(l) + 10CO(g) （2）红磷将白磷隔绝空气加热到 400时可得到红磷。红磷的结构较复杂。一种观点认为：P4分子中的一个 PP 键断裂后相互连接起来形成
5、长链结构。所以红磷较稳定，400以上燃烧，不溶于有机溶剂。图 14-7 红磷的可能结构（3）黑磷黑磷具有与石墨类似的层状结构，但与石墨不同的是，黑磷每一层内的磷原子并不都在同一平面上，而是相互 连接成网状结构。所以黑磷具有导电性，也不溶于有机溶剂。第第 1 节节 氮族元素氮族元素分页分页: 1 2 3 4 14.1.3 氮的化合物氮的化合物1. 氮的氢化物 (1) 氨结构N：sp3 杂化，三角锥形图 14-8 氨的结构制备实验室工业NH3 的性质极性分子：（NH3）= 1.47D 易溶于水，易形成一元弱碱 强还原性 取代反应(2) 铵盐图 14-9 铵盐的结构式鉴定 石蕊试纸法 (红蓝) Ne
6、ssler 试剂法 (即 K2HgI4的 KOH 溶液) 红棕到深褐性质 铵盐一般为无色晶体，绝大多数易溶于水, 水解 热稳定性差：分解的情况因组成铵盐的酸的性质不同而异。 热稳定性差a. 挥发性非氧化性酸铵盐b. 非挥发性,非氧化性酸铵盐c. 氧化性酸铵盐2. 氮的氧化物(1) NO液态和固态一氧化氮中有双聚分子 N2O2制备a. 工业b.实验室性质无色气体，水中溶解度较小(2) NO2结构 N：价电子 2s22p3 , sp2杂化后NO2是奇电子分子，空间构型为 V 型。N2O4分子具有对称的结构，两个 N 原子和 4 个氧原子在同一平面上。图 14-10 NO2的结构性质 有毒，有特殊臭
7、味的红棕色气体,冷凝时聚合成无色 N2O4气体 与水反应生成硝酸和 NO NO2 是强氧化剂，其氧化能力强于硝酸。 用碱吸收3. 氮的含氧酸及其盐 (1) 亚硝酸及其盐结构N：sp2杂化后图 14-11 HNO2 的结构式制备亚硝酸（HNO2）性质 不稳定 弱酸亚硝酸盐制备 碱吸收法 亚硝酸盐性质 绝大部分无色，易溶于水 ，极毒是致癌物。 金属活泼性差，对应亚硝酸盐稳定性差 AgNO2MNO3EA(HNO2/NO)=1.04V14.1.4 磷的化合物磷的化合物1.磷的氧化物制备图 14-14 P4 的结构 图 14-15 P4O6 的结构 图14-16 P4O10 的结构 性质P4 O6 白色
8、易挥发的蜡状晶体，易溶于有机溶剂。P4 O10白色雪花状晶体，强吸水性。2.磷的含氧酸及其盐磷能形成多种含氧酸。磷的含氧酸按氧化值不同可分为：H3PO2 次磷酸 H3PO3 亚磷酸 H3PO4 正磷酸 (1)次磷酸及其盐结构图 14-17 次磷酸 H3PO2 的结构性质一元中强酸 K a=1.0X10-2强还原剂 EA(H3PO3/H3PO2)=.0499V应用化学镀(2)亚磷酸及其盐亚磷酸结构图 14-18 亚磷酸 H3PO3 的结构性质二元中强酸 K a1=6.3X10-2K a2=2.0X10-7强还原性(3)磷酸及其盐：磷的含氧酸中以磷酸最为稳定。磷酸结构图 14-19 磷酸 H3PO
9、4 的结构磷酸性质三元中强酸 K a1=6.7X10-3K a2=6.2X10-8K a3=4.5X10-13磷酸受热后脱水可形成焦磷酸、聚磷酸、 (聚)偏磷酸等。磷酸盐正磷酸可形成三种类型的盐：正盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐。一般正磷酸盐比较稳定，不易分解。磷酸的三种盐类溶解性比较如下表磷酸的三种盐类水解性比较如下表表 14-3 磷酸盐类溶解性和水解性比较磷酸盐性质 M3PO4M2HPO4MH2PO4稳定性 稳定 相对不稳定 溶解性 大多数难溶于水 ( 除 K+,Na+,NH4+ 离子外 ) 大多数 易溶于水 水溶液酸碱性 pH 7 pH 7 pH 7 原因 水解为主 水解解离 水解解离 重要
10、的磷酸盐磷酸盐中最重要的盐是钙盐。工业上利用天然磷酸钙生产磷肥，反应如下：(过磷酸钙（磷肥）)PO43-的鉴定将磷酸盐与过量的钼酸铵(NH4)2MoO4及适量的浓硝 酸混合后加热，可慢慢生成黄色的磷钼酸铵沉淀，反应为：磷能形成多种含氧酸，根据磷的含氧酸脱水数目的不同分为正、偏、聚、焦磷酸等， 可以用下面的通式来表示x1， 正磷酸x2， 焦磷酸x3， 三磷酸 焦磷酸 H4P2O7图 14-21 H4P2O7 的形成焦磷酸盐常见的焦磷酸盐为 M2H2P2O7和 M4P2O7两类。 P2O74-具有配位能力，例如故焦磷酸盐可用于硬水软化和无氰电镀。聚磷酸聚磷酸是指 n 个 H3PO4脱去 n1 个
11、H2O，如焦磷酸即为二聚磷酸。三聚磷酸的形成图示。图 14-22 三聚磷酸的形成偏磷酸偏磷酸指一个 H3PO4脱去一个 H2O 即 HPO3。若为 n 个 H3PO4脱去 n 个 H2O，即为多聚偏磷酸。 常见的有三聚偏磷酸和四聚偏磷酸。脱水过程以四聚偏磷酸(HPO3)4为例如图右所示。图 14-23 四聚偏磷酸(HPO3)4 的形成四聚偏磷酸(HPO3)4缩合度增加，酸性增强 表 144 缩合度对酸性的影响3.磷的卤化物PX3 PX5结构 三角锥 三角双锥 杂化类型 不等性 sp3 sp3d PCl3 PCl5图 14-24 PX3 的结构 图 14-25 PX5 的结构重要性质：水解(制备
12、 H3PO3 或 HBr)14.1.5 砷、锑、铋的砷、锑、铋的 化合物化合物1. 砷、锑、铋的氢化物表 145 砷、锑、铋的氢化物的性质递变AsH3 SbH3 BiH3稳定性 高- - - - - - - - - - - 低 碱性 强 - - - - - - - - - - - 弱 m.p 低- - - - - - - - - - - 高b.p 低 - - - - - - - - - - - 高化学性质 自燃 缺氧分解AsH3 的性质应用马氏试砷法试样、锌和盐酸混合，产生气体导入热玻璃管 砷镜古氏试砷法2. 砷、锑、铋的氧化物及其水合物 (1) M(III)的氧化物和氢氧化物表 145 M(
13、III)的氧化物和氢氧化物两性BI(0H)3在 40的 NaOH 溶液中，加热才溶解(2) M(V)的氧化物和氢氧化物M(V)的氧化物 对应水合物 极不稳定三元中强酸 一元弱酸 K a1=5.7X10-3 K a=4X10-5K a2=1.7X10-7K a3=2.5X10-123. 砷、锑、铋的化合物的氧化还原性（1）M(III)的还原性（2）M(V)的氧化性pH 值对氧化还原性的影响H3AsO4 在强酸性的溶液中才有明显氧化性图 14-26 E-pH 图4. 砷、锑、铋的盐 盐类水解氧化性（弱）5. 砷、锑、铋的硫化物As2S3(黄) Sb2S3(橙) Bi2S3(黑)As2S5(黄) S
14、b2S5(橙) Bi2S5(不生成) 性质(1) 均不溶于水和稀酸。 (2) 配位溶解(浓 HCl)（3）碱溶a. NaOHb. Na2S(4) 氧化碱溶(5) 与氧化性酸(HNO3)作用小结图 14-27 砷、锑、铋小结 14.2 氧族元素氧族元素 14.2.1 氧族元素概述氧族元素概述氧族元素是周期系第A 族元素，包括氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、钋(Po)五种元素，其价电子构型为：ns2np4。 图 14-28 氧族元素在周期表中的位置表 146 氧族元素概述Oxygen Sulphur Selenium Tellurium Polonium14.2.2 氧及其化合物氧及其
15、化合物1. 氧（O2）分子轨道电子排布式：图 14-30 氧气的结构性质:常温下，氧是一种无色无臭的气体，在 90K 凝成淡蓝色的液体，进一步冷到 54K 凝成淡蓝色的固体，液态和固态的氧有明显的顺磁性。O2主要表现为氧化性，用 O2饱和的中性水是较好的氧化剂。 常温下氧气只能将某些还原性的物质(如 NO，SnClO2，HO2SOO3等)氧化。在加热条件下，除卤素、少数贵金属(如 Ag、Pt 等)以及稀有气体外，氧气几乎能与所 有元素直接化合成相应的氧化物。2. 臭氧（ozone）臭氧 O3是氧气 OO2的同素异形体。臭氧是唯一的极性单质。臭氧分子的构型为 V 型，如图所示。中心氧原子以 sp2杂化轨道成键。臭氧分子中键角为 117，分子的偶极矩 =1.810-3c?m。图 14-31 臭氧的结构臭氧的性质：因具有一种特殊的腥臭味而得名臭氧。（1）臭氧极不稳定，在常温下缓慢分解：2O3(g)3O2(g)（2）强氧化性这个反应用于测定臭氧的含量。臭氧的用途：利用臭氧的氧化性和不易导致二次污染的优点，臭氧可用作消毒剂，用来净化废气、废水。过氧化氢( Hydrogen Peroxide)过氧化氢 H2O2的分子结构：H2O2的分子结构如图所示，在 H2O2的分子中有一个过氧键OO，
