氮族元素
———氮、磷、氨和铵盐
（一）网上课堂
[主讲内容]
氮族元素、氮气、氮的氧化物、氨、铵盐、磷、膦、磷的氧化物及磷酸
[学习指导]
1．关于氮族元素：氮（7N）位于元素周期表第2周期，第VA族。初学者往往把N放在第1周期，易出记忆性错误。其它元素原子序数记忆方法是：在上周期同族元素原子序数上加上下周期中元素种类数即可。例如磷（15P），砷的原子序数=15+18（第4周期有18种元素）=33。依次类推。锑（33+18=51 51Sb）铋（51+32=83 83Bi）
N、P、As属于非金属元素，其中As位于金属于非金属分界上之上，是两性元素偏于非金属。Sb位于分界线之下，属两性元素偏于金属。认识这个知识点，对化合价的认识，非金属有负价和正价，金属均为正价；对熔点、沸点的认识，非金属随核电荷的升高，熔沸点升高（与卤素族变化规律相同），而金属元素随核电荷数升高，熔沸点降低（同碱金属族变化相同）都有益。
简述介绍下砷：砷在自然界含量不大，有时以游离态存在，但主要以硫化物矿存在。例如雄黄（As4S4）、雌黄（As2S3）等。As2O3是 砷的重要化合物，俗称砒霜，是剧毒的白色粉状固体，致死量为0.1克。As2O3中毒时，可服用新制的Fe(OH)2（把MgO加入到FeSO4溶液中强烈摇动制得）悬浮液来解毒。As2O3是两性偏酸性氧化物，因此它易溶于碱生成亚砷酸盐。
As2O3+6NaOH=2Na2AsO3+3H2O
As2O3+6HCl=2AsCl3+3H2O
2．关于氮气
空气中含N278%（体积），按质量计算约75%
（1）氮气有关知识
分子式
密度（状况）
结构式
键能
沸点
熔点
溶解度（约）
N2
1.251g?L-1
N≡N
946
1:0.02
由于N2键能大，N2参加反应必须在特定的条件下。比例N2+O22NO，
N2+3H22NH3，N2+3MgMg3N2
（2）氮元素正化合价及氧化物
化合价
+1
+2
+3
+4
+5
对应的氧化物
N2O
NO
N2O3
NO2(N2O4)
N2O5
性质
无色气体稳定
气态、液态、固态都无色
气态时大部分分解成NO2和NO
NO2红棕色气体N2O4无色气体
无色固体在7°C以下稳定，气体不稳定
熔点°C
-91
-163.5
-100.6
N2O4 -11.1
33.5
沸点°C
-88.5
-152
3.5（分解）
21.3
升华
3．关于NO和NO2
一氧化氮和二氧化氮是氮的氧化物中最重要的两个氧化物，它们的分子中具有奇数价电子的分子，称奇分子。
（1）实验室制法及性质
3Cu+8HNO3（稀）3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
NO近似不溶于水，不与水反应。NO极易被O2氧化（2NO+O2=2NO2），所以只用排水取气法收集NO。
NO是空气的污染物，它使人和动物中毒，中毒的原因是，NO与血红蛋白结合，使血携氧能力降低，造成组织缺氧，脑缺氧，心脏缺氧危及生命。
Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
NO2溶于水，而且跟水发生歧化反应3NO2+H2O=2HNO3+NO，所以NO2只能用向上排空气法收集。
NO2是有刺激性气味有毒的气体，它使人中毒的原因是：刺激呼吸器官，引起肺部病变，使人生病甚至死亡。
NO2是红棕色气体，在低温时易聚合成二聚体N2O4。
N2O4 2NO2，温度在140以上N2O4全部成变NO2，超过，NO2发生分解2NO2 2NO+O2
（2）自然界中氮的循环
氮分子键能大，一般条件下不参加反应，但给它足够能量，比如高温、高压，放电条件下，N2也能参加反应。在氮族元素这章开篇，第一个内容就是一副图，图的内容是大气中氮参与的自然循环。自然现象中的雷电，使，2NO+O2=2NO2，3NO2+H2O=2HNO3+NO，HNO3在土址中形成硝酸盐，被植物吸收，生成蛋白质，动物食用蛋白质，给动物以活力，动物死了，植物、动物遗体腐烂，被微生物分解，又生成N2，回归自然，周而复始，大气中的N2含量基本不变。
（3）关于光化学污染
大气中NOx浓度达一定程度时，如果还有碳氢化合物，硫氧化合物等存在，受强烈的太阳紫外线照射后产生一种新的二次污染物——光化学烟雾。在复杂的光化学反应中，主要生成光化学氧化剂（O3）及其他复杂的化合物，统称为光化学烟雾。
4．氨和铵盐
关于氨和铵盐（教材上是第二节）教材内容写得很清楚，在网上教学第一讲和第二讲中有关氨分子结构，氨分子间的氢键，氨易溶于水与水分子之间产生的氨键，已经交待清楚，不再重述。下面谈几点学习氨时的注意地方。
（1）实验室制氨气，是用铵盐（除去NH4NO3）与廉价碱Ca(OH)2为原料加热，发生离子互换型的复分解反应，产生氨气。但不可写离子方程式。原因是：利用固体中的湿存水发生离子交换反应，而不是在溶液中的离子碰撞型的反应。收集NH3只用向下排气不能用排水法。
（2）氨的喷泉实验，在常压下进行，看成是一体积水溶解一体积氨（不管液体充满或没充满烧瓶），氨水不扩散到烧杯中，氨水的物质的量浓度都为，即0.045mol·L-1。
在我们所示的气体中，NH3在水中溶解度最大，常温常压下，1：700溶于水（1—指水的体积，700—指NH3体积，与体积比浓度恰好相反。1：4稀H2SO4，1—指浓H2SO4体积，4—指水的体积），用下列方程式表示：
NH3+H2O??NH4++OH- 但是计算氨水浓度时，溶质是NH3，而不是
主要成分 少量 少量
NH3·H2O，这是初学者最容易出错的地方。
还要注意，由于NH3相对分子质量是17，水的相对分子质量是18，氨水浓度越大其氨水密度越小（其它溶液基本是浓度大密度也大。）
高二化学第四章要学习电解的电离，从化学概念上讲，氨水是混合物，但先从成分上讲，氨水主要成分是NH3·H2O，可以把氨水看成是NH3·H2O的水溶液，由于NH3·H2O可以电离出少量的NH4+和OH-，所以我们把NH3·H2O叫一元弱碱。而现在又没分离出纯净的NH3·H2O，因此就把氨水叫弱碱。
氨水对金属有腐蚀性，所以把它盛在橡皮袋或陶瓷坛中。
（3）氨气的检验
①用湿的红色石蕊试纸，能使这条试纸变蓝，就是氨气。简写反应式：
NH3·H2O ? NH3++OH-，OH-使石蕊变蓝。在高中化学中只有NH3一种气体溶于水，水溶液呈碱性。
②从空中生白烟的实验现象，蘸有浓氨水和浓盐酸（浓HNO3也有这种现象）玻棒靠近别接触。玻棒周围生成大量白烟。
③氨气的干燥，要用碱性干燥剂，如碱石灰（NaOH和CaO的混合物）、CaO、Ca(OH)2、NaOH等都可以。但不许用中性干燥剂CaCl2，CaCl2能大量吸收NH3。
（4）氨气的还原性
教材上是用4NH3+5O24NO+6H2O来讲NH3的还原性的。原因是这个反应叫氨的催化氧化，是制硝酸的主要一步反应。氨中氮为-3价，还原性是它主要性质之一，以后你们会遇到：2NH3+3Cl2=N2+6HCl，2NH3+3CuO3Cu+N2+3H2O等等。你们不要忘记：“H3N”，氨分子中有孤电子对它会形成稳定的络合分子或离子。
氨也是空气的污染物
（5）铵盐—NH4+与酸根离子构成的化合物。
铵盐都是晶体，都易溶于水，热稳定性不好，易分解。NH4ClNH3↑+HCl↑(NH3和HCl在气相中相遇，又发生NH3+HCl=NH4Cl反应，习惯叫NH4Cl的假升华)NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O。（NH4）2CO2NH3↑+CO2↑+H2O。但要注意（NH4）2SO4和NH4NO3分解是属于氧化还原反应。例如：（还有其他类的氧化还原反应）。。
铵盐都能跟碱反应，产生氨气，这是实验室制NH3的依据。
5．磷 膦（PH3） 五氧化二磷
（1）书上介绍了白磷和红磷是磷元素的两种重要同素异形体，不重述。白磷分子结构已经被公认为：4个P原子构成空心正四面体形分子，键角。从这节课以后，你要学会计算，共价分子中，共价单键数。例如在白磷（P4）分子中，每个P原子以3个单电子成键，共用个单电子，每2个电子成一条单键，条单键，所以1molP4中有6molP-P键。红磷结构尚无统一认识。
通过白磷 红磷，或者白磷红磷燃烧的唯一产物是P2O5，可以证明它们是由同一种元素形成的两种单质。
红磷的化学性质比N2活泼（是由于N2键能大）在点燃条件下顺利与O2（生成P2O5），与Cl2（生成PCl3—常温为液体，或PCl5—常温为白色固体）反应。
白磷表面发黄，所以也叫黄磷。白磷缓慢氧化，在暗处看到黄色光（过去曾有人称鬼火），表面温度达到便自燃，如何贮存自磷？（用水做保护液）白磷在浓碱中发生歧化反应放出PH3。（次磷酸钾），白磷在Cl2中能自燃，遇液氯或溴会爆炸。不慎把白磷沾到皮肤上，可用CuSO4溶液（0.2mol?L-1）冲洗。
（2）磷化氢（PH3）称为膦
大量的PH3来源于白磷与碱的歧化反应。磷化物与水反应也生成PH3。
Ca3P2+6H2O=3Ca(OH)2+2PH3↑
PH3与NH3相似，是三角锥形分子，它是一种无色剧毒有类似大蒜臭味的气味。在水中溶解度比NH3小得多，碱性比氨水弱。
（3）五氧化二磷和磷酸
P2O5溶在冷水中生成偏磷酸P2O5+H2O（冷）=2HPO3；溶解在热水中生成磷酸P2O5+3H2O2H3PO4。P2O5吸湿性很强，所以常作干燥剂用。
磷酸是用磷矿石[Ca3(PO4)2]与浓硫酸反应制取的。Ca(PO4)2+3H2SO4（浓）=3CaSO4↓+2H3PO4。H3PO4是中等强度的三元酸，与碱作用，能生成一种正盐，两种酸式盐。
[例题精析]
1．将一个充满NO的试管倒扣于水槽中，然后向试管中通入一定量的O2，试管中恰好充满液体时，则通入的O2与原NO气体的体积比为___________。假若生成的溶质不向外扩散，且为标准状况，则所得的溶液的物质的量浓度是多少？
分析：向NO中通入O2，发生反应2NO+O2=2NO2①，3NO2+H2O=2HNO3+NO②为了推导出NO与HNO3的计算关系，把中间产物NO2约去，所以把①+②得到方程式③
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
4mol
C(HNO3)=
注意：此题的反应条件是——向倒扣水中盛满一试管NO中通入O2。如果是把盛满NO2和O2的试管，倒扣水中，液体恰好充满试管。求HNO3浓度的话，你也要导出计算关系的方程式:
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
4mol 1mol 4mol
C(HNO3)==。O2体积不可不计因为它反应前已占有了体积。
2．如图所示（酒精灯、铁架台未画出）制取三氯化磷。在曲颈瓶d中放入足量白磷，将氯气迅速而又不间断地通入到曲颈瓶中，就会发生反应、产生火焰。三氯化磷和五氯化磷的物理常数如下：
熔点 沸点
三氯化磷 -112 76
五氯化磷 148 200分解
（1）有浓HCl、浓H2SO4、白磷、二氧化锰、氢氧化钠等物质供选用，a、b中应装入的试剂分别是a_________ b_________。
（2）__________仪器需要加热（填仪器对应字母）
（3）生成的三氯化磷在蒸馏烧瓶e中收集，为保证三氯化磷蒸气冷凝，应在水槽g中加入______________。
（4）三氯化磷遇水蒸气强烈反应，甚至发生爆炸，所以d仪器及装入其中的物质都不能含有水分。为了除去氯气中的水分，C可以装入下列物质中的（填字母）______________。
A.碱石灰 B.浓H2SO4 C.无水CaCl2
（5）氯气和白磷反应放出大量热，为使曲颈瓶d不致因局部过热而炸裂，实验开始前应在曲颈瓶的底部放少量_______________。
（6）实验室的白磷保存在水中，取出白磷后用滤纸吸干表面水分，浸入无水乙醇中片刻，再浸入乙醚中片刻即可完全除去水分，已知酒精与乙醚互溶，用上述方法可除去水分的原因是__________________________。
（7）为防止氯气污染空气，装置末端导出的气体最好用（填字母）_____________进行净化处理。
A. NaOH溶液 B.Ca(OH)2溶液 C.饱和食盐水
分析：这是制备出干燥的Cl2，与不带水分的白磷反应，制取三氯化磷的连续实验操作。按图示从左到右，b是制氯气，c是干燥氯气的装置，d是氯气与白磷反应，生成三氯化磷的装置，e是收集三氯化磷装置，f的作用是维持反应体系内的压强与外界一致，而且防止空气中的水蒸气进行与PCl3接触。
解答：
（1）a装浓盐酸，b装二氧化锰
（2）b需要加热。（MnO2+4HCl（浓）MnCl2+Cl2↑+2H2O）
（3）冷水（冷水温度可看成25以下，三氯化磷被冷却，变成液态）
（4）C（干燥Cl2可以用浓H2SO4也可以用无水氯化钙，但是用U型管装干燥剂，只能用无水氯化钙这个固体干燥剂了。）
（5）干燥的细沙
（6）用乙醇吸收白磷可以存在的少量水分。用乙醚又吸收白磷表面可以残存的微量乙醇，这样保证白磷表面上的水全部除干净。
（7）A
3．铵盐受热分解的过程就是铵根离子把质子转移给酸根离子的过程，对于相同类型的铵盐，可根据上述反应判断热稳定性，试比较NH4F、NH4Cl、NH4Br、NH4I的热稳定性，由强到弱的顺序是_______________，理由是_____________。
解答：NH4I>NH4Br>NH4Cl>NH4F，原因是：离子半径结合质子的能力，，生成氢化物的稳定性，HF>HCl>HBr>HI。故其铵盐的热稳定性NH4I>NH4Br>NH4Cl>NH4F.
（二）网上能力训练题
[基础性训练题]
一．选择题
1．下列气体能造成空气中光化学污染的是（ ）
A. CO B. SO2 C. NO2 D. Cl2
2．关于磷的下列叙述中，正确的是（ ）
A．红磷没有毒性而白磷剧毒
B．白磷在空气中加热到260可转变为红磷
C．白磷可用于制造安全火柴
D．少量白磷应保存在水中
3．新电灯泡的玻璃柱上常涂有一点暗红色物质，以除去灯泡内残留的氧，该物质是（ ）
A. Cu2O B. Fe2O3 C. 红磷 D. 铜粉
4．雷雨时，可以增加土址中的（ ）
A. 磷肥 B. 钾肥 C. 有机肥 D. 氮肥
5．NO2与水反应中，被还原与被氧化的NO2的质量之比是（ ）
A. 2:1 B. 1:2 C. 3:1 D. 1:3
6．盛满等体积NO和NO2的混合气体的试管倒置于水槽中，反应完毕后，液面上升的高度是试管的（ ）
A. B. C. D.
7．下列气体易液化，遇挥发性酸时冒白烟，且适宜作致冷剂的是（ ）
A. N2 B. NH3 C. NO D. NO2
8．在8NH3+3Cl2=6NH4Cl+N2反应中，若有2mol N2生成，发生氧化反应的物质的量是（ ）
A. 16molNH3 B. 8molNH3 C. 4molNH3 D. 3molNH3
9．的磷酸500L，加入NaOH来制取Na2HPO4,需加入NaOH为（ ）
A. 2.4mol B. 1.2mol C. 48g D. 96g
10．150碳酸铵完全分解生成气态混合物其密度是相同条件下氢气密度的倍数为（ ）
A. 12 B. 9.75 C. 1 D. 4
二．填空题
11．实验室制取氨气通常用的药品是______________，反应的化学方程式为______________；收集氨气的试管口处放一团棉花的作用是_______________；要制得干燥的氨气时，应使氨气通过______________。
12．A、B两种气体组成的混合气体（相对分子质量A大于B），只含氮氢两种元素。不论A、B以何种比例混合，混合气体中氮氢两种元素的质量比始终小于14：3，则A为______________。B为____________（填化学式）。若混合气体中氮氢两元素的质量之比为14：5，则混合物中A、B的物质的量之比为___________________。
三．计算题
13．在标准状况下，由NO2、NH3、N23种气体组成的混合气体，体积为10L，气体通过稀H2SO4后，溶液的质量增加12.5克，气体体积缩小到3.28升，求混合气体中每种气体的体积？
[提高性训练题]
一．选择题
14．下列含氮氧化物中称为硝酐的是（ ）
A. NO B. N2O3 C. NO2 D. N2O5
15．氮的固定是指（ ）
A．植物从土址中吸收含氮养料
B．豆科植物根瘤菌将空气中的氮气转变成化学物质，被根部吸收
C．将氨转变成硝酸及其他氮的化合物
D．将空气中的氮气转变为含氮化合物
16．分别由下列四组物质制取气体：①浓盐酸和MnO2；②(NH4)2SO4和Ca(OH)2；③NaCl和H2SO4（浓）；④FeS和H2SO4（稀）。新产生的气体在同温同压下的密度，由小到大的排列顺序为（ ）
A. ②<④<③<① B. ②<④<①<③
C. ③<①<④<② D. ①<③<④<②
17．下列各组物质中前者不能溶于后者的是（ ）
A. Br2 CCl4 B. P4 H2O C. S CS2 D. 红磷 CS2
18．相同状况下，在等体积的三个烧瓶中分别盛满NH3、HCl、NO2气体，然后倒立在水槽中，待烧瓶中气体充分溶解后，将瓶口封好。则三种溶液的物质的量浓度之比是（ ）
A. 1:1:1 B. 3:3:2 C. 5:5:4 D. 2:2:3
二．填空题
19．一氧化氮是大气污染物之一，目前有一种治理方法是在400左右，有催化剂存在的条件下，用氨把一氧化氮还原为氮气和水，请写出该反应的化学方程式____________________。
20．红磷放在氯气中燃烧，当P与Cl2按物质的量之比为1：1.8混合，待充分反应后，生成物中PCl3与PCl5的物体的量之比为 。
三．计算题
21．为了配制一种培养液需NaH2PO4和Na2HPO4（它们物质的量之比为3：1）的混合液，每升混合液中含磷元素0.10mol。现用4mol/L的H3PO4和固体NaOH配制2.0L混合液，求需要磷酸溶液多少毫升和NaOH多少克？
[研究性试题]
22．（1）实验室常用饱和NaNO2与NH4Cl溶液反应制取纯净氮气。反应方程式为：NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2O 放出热量。实验装置如下图：
请回答：
装置中A部分的分液漏斗与蒸馏烧瓶之间连接的导管所起的作用是
（填写编号）
a防止NaNO2饱和溶液蒸发
b保证实验装置不漏气
c使NaNO2饱和溶液容易滴下
②B部分的作用是 （填写编号）
a 冷凝 b冷却氮气 c缓冲氮气流
③加热前必须进行的一个操作步骤是（用文字说明） 。加热片刻后，即在移去酒精灯以防止反应物冲出，其原因是 。
④收集N2前，必须进行的步骤是（用文字说明） ，收集N2最适宜的方法是 （填写编号）
a 用排气法收集在集气瓶中
b 用排水法收集在集气瓶中
c 直接收入到球胆或塑料袋中
（2）实验室合成氨装置如下图。试回答：
装置甲的作用①
②
③
从乙处导出的气体是 ，检验产物的简单的化学方法是
。
[能力训练题点拨与解答]
[基础性训练题部分]
一．选择题
1．C
2．AD
3．C
4．D
5．B
6.B (3NO2+H2O=2HNO3+NO，液面上升高度可粗略计算：)
7．B
8．C 8NH3+3Cl2=6NH4Cl+N2 这个方程式，是由两步反应加合成的总反应。其第一步反应，2NH3+3Cl2=6HCl+N2，这是个氧化还原反应，生成2molN2需4molNH3。当NH3有剩余，才发生第二个的反应，属非氧化还原反应，6NH3+6HCl=6NH4Cl。两步反应合并才得到总方程式）
9．AD 化学方程式：H3PO4+2NaOH=Na2HPO4+2H2O
1.2mol
10．A 分解方程式：(NH4)2CO32NH3↑+H2O↑+CO2↑混合是平均摩尔
96g 2mol 1mol 1mol
质量。混合气体对氢气的相对密度。
二．填空题
11．氯化铵 消石灰。2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2HN3↑+2H2O减少氨气与空气的对流。碱石灰
12．分析：混合气只含N、H两种元素，常见物质只许考虑是N2，H2和NH3，可看成是NH3一种气体。当，可看成是NH3和H2的混合气体。
解答：A是NH3 B是H2
三．计算题
13．分析：稀硫酸直接吸收NH3，生成(NH4)2SO4使气体体积减少，溶液质量增加，NO2与稀H2SO4中水反应，3NO2+H2O=2HNO3+NO，气体体积减少了NO2体积的，也使溶液质量增加。N2没参加反应。
解答：设混合气体中NO2物质的量为x，NH3物质的量为y。
根据体积守恒得方程①
根据气体质量守恒得方程②
联立①②得方程组
解后得到
答：混合气体中，NO2 6.72L, NH3 2.24L。
[提高性训练题部分]
一．
14．D
15．AD 氮的固定是指游离态的氮转变成化合态的氮的化合物。
16．A 密度之比=相对分子量之比，对比气体相对分子质量即可。
17．BD 白磷不溶于水，溶于CS2。红磷既不溶于水也不溶于CS2。
18．A 常压下，装满气体的溶器倒扣水中，反应完成后，把溶液浓度看成，不要受3NO2+H2O=2HNO3+NO反应方程式的干挠，这个反应从量的角度看，也是1体积气体制一体积硝酸。
二．填空题
19．4NH3+6NO=5N2+6H2O
20．分析：根据2P+3Cl22PCl3 2P+5Cl22PCl5
用与1个P原子结合Cl原子的数目为分项进行十字交叉计算比较简单，在平均分子式中1个P原子结合个Cl原子。
PCl3 3 1.4
3.6 (物质的量之比)
PCl5 5 0.6
答案：n(PCl3):n(PCl5)=7:3
三．计算题
21．解：根据P元素守恒
根据n(NaH2PO4):n(Na2HPO4)=3:1
∴n(NaOH)=
m(NaOH)=40g
答：需H3PO4溶液50mL，需NaOH10.0g。
[研究性试题]
22．
（1）
①C（保证容器内外压强一致，NaNO2溶液才可顺利流下去）
②a（因为反应中有H2O生成，冰盐液化吸热，使水蒸气液化，与N2分开）
③检查气密性
反应中放出热量，放出的热量可使生成N2的反应继续进行下去否则温度太高，反应速度太快，N2携带液体就会冲出。
④将接收N2的容器中的空气排净 C
（2）
①干燥N2和H2
②控制H2和N2的流量，使气泡个数比为3：1排出。
③甲中的气体空间是使N2和H2混合均匀。
乙处导出的气体是NH3、H2、N2的混合气。检验产物，是指检验NH3。
方法:
①玻璃棒上蘸有浓盐酸，置于乙处，观查有无“白烟”生成，有白烟就有NH3，否则就没有。
②用湿润的红色石蕊试纸接触乙处气体，试纸若变蓝，证明有NH3，否则就没有。
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