氮、磷是氮族元素中的两种重要元素,由它们形成了许多重要的化合物,掌握好这族元素及其化合物的知识,对于学好中学化学有不言而喻的重要作用。笔者认为:抓住氮族元素中“三”的特点,有助于掌握该族元素的有关知识,因此,本文特举例如下,供同学们学习参考。
一、氮族元素原子最外层有三个未成对电子
氮族元素原子最外层均有五个电子,其中有三个未成对电子,一般易与其它原子形成三个共价键。
二、氮分子中有三个共价键
N2分子结构中有三个共价键,N≡N键能很大,化学性质很稳定,不易与其它物质发生化学反应。
三、N2的三种转化方式
在高温、V2O放电或有催化剂的条件下,N2可发生下列三种转化:
1.N2 O2 =( 放电)2NO
2.N2 3H2=(催化剂、高温高压)2NH3
3.N2 3Mg=(点燃)Mg3N2
四、氮族元素的氢化物分子中有三个氢原子
由于氮族元素均有三个未成对电子,所以其氢化物分子均有三个氢原子,其分子式分别为:NH3、PH3、AsH3,且形成三角锥形空间结构。
五、铵盐中有三种键
从结构上看,多数铵盐都具有离子键、共价键、配位键(特殊共价键),且都属于离子晶体。
六、铵盐的三性
铵盐有三种重要性质。即:溶解性、不稳定性和遇碱放出NH3。
1.溶解性:铵盐都是无色晶体,均能溶于水,且可以发生水解反应。
2.不稳定性:铵盐不稳定,受热易分解,其分解产物通常由组成中酸的性质而定。
(1)当组成铵盐的酸是挥发性酸且为非氧化性酸时,分解产物为氨气和相应酸的气体。
如:NH4Cl=(加热)NH3↑ HCl
(2)当酸不具挥发性时,分解产物为氨气和相应的酸,如:
(NH4)2SO4=(加热)2NH3↑ H2SO4
(3)对热不稳定酸的铵盐,分解产物为NH3和相应酸分解的产物,如:
NH4HCO3=(加热)2NH3↑ H2O CO2↑
(4)氧化性酸的铵盐,分解产物受温度的影响很大。一般在低温下分解可得到NH3和相应的酸,但随着温度的升高,产物则较复杂。
如:NH4NO3(110℃)=NH3↑ HNO3
NH4NO3(185-200℃)=N2O↑ H2O↑
5NH4NO3(400℃)=4N2↑ 2HNO3
9H2O
3.遇碱易反应,铵盐与碱可发生反应放出氨气,所以实验室常用铵盐(NH4Cl)与碱[Ca(OH)2]反应来制取氨气。反应为:
2NH4Cl Ca(OH)2=(加热)CaCl2
2NH3↑ H2O
七、合成氨四个三
工业上用N2和H2反应合成氨,学习时应抓住下面四个三:
1.三原料:
(1)焦炭;(2)空气;(3)水。
2.三条件:
(1)高温500℃;
(2)高压2×107~5×107Pa;
(3)催化剂Fe。
3.三产生过程:
(1)原料气的制备、净化、压缩;
(2)氨的合成;
(3)氨的分离。
4.三个主要反应:
(1)C H2O(g)=(高温)CO H2
(2)CO H2O=(催化剂)CO2 H2
(3)N2 3H2=(催化剂、高温)2NH3
八、硝酸的三性
硝酸具有酸性、不稳定性、强氧化性。
1.酸性:硝酸为三大强酸之一,它具有酸的通性。能使指示剂变色,与金属氧化物、碱反应生成盐和水,与某些盐反应等。
2.不稳定性:硝酸见光、受热均会分解,且硝酸越浓越易分解:
4HNO3(浓)=(光或热)4NO2↑ O2↑
2H2O,
因此,浓HNO3常保存在棕色瓶中,并置于冷暗处。
3.强氧化性:浓、稀HNO3均有强氧化性,且酸越浓氧化性越强,如:
Cu 4HNO3(浓)=Cu(NO3)2 2NO2↑
2H2O
3Cu 8HNO3(稀)=3 Cu(NO3)2
2NO↑ 4H2O
九、硝酸与金属反应的三种情况
1.发生反应。
2.发生钝化(Fe、Al)。
3.不反应(Pt,Au)。
十、硝酸的工业生产三个三
1.三原料:
(1)氨气;(2)空气;(3)水。
2.三反应:
(1)4NH3 5O2=(Pt、800℃)4NO
6H2O
(2)2NO O2=2NO2
(3)3NO2 H2O=2HNO3 NO
3.三个阶段:
(1)氨氧化为NO,
(2)NO氧化为NO2,NO2被水吸收生成HNO3,
(3)尾气的处理。
NO NO2 2NaOH=2NaNO2 H2O
十一、硝酸盐受热分解的三段
硝酸盐受热很容易发生分解,按金属活动性顺序,其分解规律为:
K→ Na 分解生成亚硝酸盐 O2
Mg →Cu 分解金属氧化物 NO2 O2
Hg →Au 分解金属 NO2 O2
十二、黑火药的三种成分
1.KNO3;2.木炭;3.硫磺。
十三、磷酸是三元酸
H3PO4是三元酸,在水溶液中可发生三级电离:
H3PO4=H H2PO4 -;
H2PO -4=H HPO42-,
HPO2-4=H PO43-
磷酸与碱反应会依据酸与碱相对量的不同,生成三种盐,如H3PO4与NaOH反应:
H3PO4 NaOH=NaH2PO4 H2O
H3PO4 2NaOH=Na2HPO4 2H2O
H3PO4 3NaOH=Na3PO4 3H2O
十四、磷酸的三性
磷酸具有难挥发性、吸湿性和非氧化性。
1.难挥发性:磷酸的沸点高,因此,它具有难挥发性。
2.吸湿性:磷酸易溶于水,具有很强的吸湿性。
3.非氧化性,虽然H3PO4分子中磷处于最高价态,但由于其分子结构具有稳定的磷氧四面体,所以,H3PO4中的磷不表现氧化性,一般说磷酸是非氧化性酸。
十五、化肥中的三元素
通常用作化肥的物质中必含有N、P、K三种元素。由于含氮和钾元素的物质均易溶于水,会随水流失,含磷元素的物质易形成难溶的物质。因此,土壤中N、P、K损失较大,故实际生产中常常需要补充含这三种元素的氮肥、磷肥和钾肥。