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氮族元素

超详细氮族元素（无放射性元素）氮族元素（Nitrogen group）是位于元素周期表ⅤA 族的元素，包括氮（N）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）和镆（Mc）共计六种，这一族元素在化合物中可以呈现-3，+1,+2,+3,+4,+5等多种化合价，他们的原子最外层都有5个电子。最高正价都是+5价。

编辑于2021-05-28 11:12:09

氮族元素

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氮族元素

氮族元素的通性

本族元素的特点

惰性电子对效应

同族元素自上而下，低氧化态物质比高氧化态物质稳定的情况

+Ⅴ氧化态的氧化性依次增强，即稳定性减弱

+Ⅲ氧化态的还原性依次减弱，即稳定性增强→

H3PO4非常稳定；NaBiO3+Mn2+→Bi(Ⅲ)+MnO4-

H3PO4有较强的还原性，BiCI3稳定

As,Sb:+Ⅲ,+Ⅴ

电离能

易形成共价化合物

N,P半径较小，可形成少数氧化数为-3的固态离子化合物。Li3N,Ca3P2,Mg3N2等 ,但遇水强烈水解，溶液中无N3-,P3- 离子

电负性较小的Sb,Bi形成部分氧化数为+3的离子化合物Sb(SO4)3,Bi(NO3)3由于金属性很弱，溶液中强烈水解，阳离子是SbO+,BiO+,无游离的Sb3+,Bi3+

SbCI3+H2O→SbOCI↓+2HCI

磷和它的化合物

磷在自然界的分布和单质磷

自然界中的分布

制备

2Ca3(PO4)2+6SiO2+10C=6CaSiO3+10CO+P4(g)

磷的同素异形体及物理性质

子主题

磷的化学性质

白磷活性较高；红磷稳定

白磷

+氧化剂→H3PO4,PCI5

＋还原剂→PH3

歧化

P4+3KOH+3H2O=PH3↑+3KH2PO2

白磷解毒

11P+15CuSO4+24H2O=5Cu3P+6H3PO4+15H2SO4

用途

烟雾弹或燃烧弹

工业制磷酸

磷化氢

结构

制备

P4+3KOH+3H2O→PH3+KH2PO2

PH4I+KOH→PH3+H2O+KI

膦的物理性质

无色，大蒜臭味，剧毒，水中溶解度很小

化学性质

弱碱性

强配位性

强还原性

磷的含氧化合物

氧化物

制备与结构

性质

P4O6白色易挥发的蜡状晶体，易溶于水和有机溶剂，有毒。

P4O6+6H2O(冷)→4H3PO3

P4O6+6H2O(热)→3H3PO4+PH3

P4O10白色雪花状晶体，强吸水性。空气中易潮解，是一种最强的干燥剂

P4O10+6H2OHNO3△4H3PO4

P4O10+6H2SO4→6SO3+4H3PO4

P4O10+12HNO3→6N2O5+4H3PO4

磷的含氧酸及其盐

正磷酸及其盐

磷酸

结构

制备

3P+20HNO3+8H2O=12H3PO4+20NO2↑

Ca3(PO4)2+3H2SO4=3CaSO4+2H3PO4

性质

纯磷酸为无色晶体，熔点315.3K，无固定沸点，易溶于水，市售82%粘稠液

磷酸无氧化性，难挥发，三元中强酸，有强配位能力

与许多金属离子形成可溶性配合物

磷酸脱水可形成焦磷酸，三磷酸，偏磷酸等

磷酸盐

磷酸正盐

磷酸一氢盐

磷酸二氢盐均易溶于水

鉴定

PO43-+12MoO42-+3NH4++24H+=(NH4)3[P(Mo12O40)]•6H2O↓(黄色)+6H2O

焦磷酸及其盐

结构

性质

无色玻璃状固体，易溶于水，冷水中缓慢转化为正磷酸盐，四元中强酸，酸性大于正磷酸（缩合度越大，酸性越强）

焦磷酸盐

碱金属盐，铵盐易溶于水，余难溶于水，但均溶于酸，部分盐可溶于过量的P2O74- 中

偏磷酸及其盐

通式

(HPO3)X(X=3,4,5,6)

性质

偏磷酸是硬而透明的玻璃状物质。易溶于水转化为正磷酸

碱金属和镁的偏磷酸盐易溶于水，余难溶于水，易溶于硝酸，过量偏磷酸，过量碱金属偏磷酸盐中

用途

三聚磷酸钠用做合成洗涤剂的助剂

格式盐：无固定熔点，易溶于水，水溶液粘度大，能与钙，镁等形成配合物。常用做软水剂和锅炉，管道去垢剂

亚磷酸及其盐

结构

制备

P4O6+6H2O(冷)→4H3PO3

PCI3+H2O=3HCI+H3PO3

物理性质

纯态为无色固体，熔点346K，水中溶解度较大

化学性质

受热歧化

4H3PO3=3H3PO4+PH3↑

强还原性

H3PO3+CuSO4+H2O=Cu+H3PO4+H2SO4

H3PO3+H2SO4(浓)=H3PO4+SO2↑H2O

盐

碱金属盐易溶，其余难容

次磷酸及其盐

结构

制备

性质

无色晶状固体，易潮解，所有盐均溶于水。酸，盐均为强还原剂，不稳定

Ni2++H2PO2-+H2O=HPO32-+3H++Ni(化学镀)

磷的含氧酸

磷的硫化物

生成

P和S共热

状态

固体（均为浅黄色）

结构

子主题

磷的卤化物

PX3

PX5

卤氧化磷

砷，锑，铋

砷，锑，铋的成键特征

次外层是18电子层结构，较强的极化作用和较大的变形性，在性质上与N,P差异大，亲硫元素，在自然界中常以硫化物的形式存在

M3+离子

共价化合物

配合离子

砷，锑，铋的单质

自然存在

地壳中含量较少，主要以硫化物矿形式存在

物理性质

熔点低，易挥发

化学性质

常温稳定，不与稀酸反应，能与强氧化性酸如：热浓硫酸，磷酸和王水等反应。在高温下可以与许多非金属作用

砷，锑，铋的氢化物

砷，锑，铋的氧化物

+Ⅲ氧化态

NaH2AsO3+4NaOH+I2=NaAsO4+2NaI+3H2O

Bi(OH)3+CI2+3NaOH=NaBiO3↓+2NaCI+3H2O

+Ⅴ氧化态

H3AsO4+2HI=H3AsO3+I2+H2O

2Mn2++5NaBiO3+14H+=2MnO4-+5Bi3++5Na++7H2O

鉴定Bi3+或Sn2+

Sn2++4OH-=Sn(OH)42- Sn(OH)42-+2Bi3++6OH-=Sn(OH)62-+2Bi↓(黑色)

砷，锑，铋的三卤化物

本族三卤化物都能水解，通常生成碱式氯化物

SbCI3+H2O=SbOCI↓+2HCI

BiCI3+H2O=BiOCI↓+2HCI

砷，锑，铋的硫化物

性质

均不溶于水和稀酸

配位溶解

碱溶

氧化碱溶

与氧化性酸作用

硫代酸盐遇酸分解

氮和它的化合物

氮的成键特征和价键结构

氮在自然界的分布和单质氮

自然界的分布

主要以单质形式存在于空气中。土壤中含有一些铵盐，硝酸盐，也是组成动植物体中蛋白的的重要元素

结构

性质

非常稳定

与非金属反应

N2+3H2高温高压催化剂2NH3

N2+O2放电2NO

与金属反应

ⅠA

6Li+N2=2Li3N(常温)，其余不直接作用

ⅡA

3Ca+N2=Ca3N2（加热）

B,AI

白热条件2B+N2=2BN

制备

工业分馏液态空气

少量的可通过红热的铜丝或除去，痕量水用吸收

实验室

NH4CI(饱和)+NaNO2→NH4NO2+NaCI

NH4NO2→N2↑+2H2O

(NH4)2Cr2O7=N2↑+Cr2O3+4H2O(火山爆发)

8NH3+3Br2(aq)=N2↑+6NH4Br

2NH3+3CuO=N2↑+3H2O+3Cu(除N2中的NH3)

化学模拟生物固氮

氮的氢化物

氨

制备

工业

N2+3H2高温高压催化剂2NH3

实验室

2NH4CI+Ca(OH)2=CaCI2+2NH3↑+2H2O

(NH4)2SO4+CaO=CaSO4+2NH3↑+H2O

氮化物水解

Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3↑

结构

一个σ孤电子对，强极性，易形成氢键，最低氧化数（-3）

物理性质

同族氧化物中氨具有最高的熔沸点，凝固点，溶解热，蒸发热，介电常数大，溶解度大

液氨是良好的极性溶剂

液氨能溶解碱金属，Ca,Sr,Ba等生成蓝色溶液，放置溶液，可得到白色的氨基钠固体

氨合离子

氨合离子是金属液氨溶液显蓝色的原因，也是它具有强还原性和导电性的根据

化学性质

配位反应

H3N→BF3

NH3•H2O

NH3•H+

Ag(NH3)2+

CaCI2•8NH3

Cu(NH3)42+

取代反应

2Na+2NH3=2NaNH2+H2↑(623K)

氨解反应

2NH3(l)=NH4++NH2-

4NH3+COCI2=CO(NH2)2+2NH4CI

4NH3(aq)+SOCI2=SO(NH2)2+2NH4CI

2NH3(aq)+HgCI2=Hg(NH2)CI↓+NH4CI

氧化反应

4NH3+3O2(纯)=6H2O+2N2空气中不燃烧

4NH3+5O2=6H2O+4NO氨的催化氧化

2NH3+3CI2=6HCI+N2检验CI2管道是否漏气

2NH3+3CuO=N2+3Cu+3H2O除N2中的NH3

用途

工业上生产硝酸，铵盐（化肥），尿素，染料，医药品和塑料等。做冷冻剂和循环制冷剂。

铵盐

铵盐在晶型，颜色，溶解度等方面都与相应的钾盐，铷盐类似。有相同的沉淀试剂，均为无色晶状化合物，易溶于水，弱电解质。

鉴定

易水解

强酸的铵盐水解显酸性

热稳定性差

受热易分解

挥发酸形成的铵盐

NH4CI=NH3↑+HCI↑

NH4HCO3=NH3↑+CO2↑+H2O

难挥发酸形成的铵盐

(NH4)2SO4=NH3↑+NH4HSO4

(NH4)3PO4=3NH3↑+H3PO4

氧化性酸形成的铵盐

NH4NO2→N2↑+2H2O

NH4NO3=N2O↑+2H2O=N2↑+½O2↑+2H2O

2NH4CIO4=CI2↑+2O2↑+N2↑+4H2O

(NH4)2Cr2O7=N2↑+Cr2O3+4H2O

氨的衍生物

联氨（肼）

可看作是NH3分子中的一个H被-NH₂(氨基)取代的衍生物（反式）。

物理性质

无色可燃性液体，吸湿性强，在空气中发烟，能与水或酒精无限混合。

化学性质

碱性

二元弱碱（两孤电子对）碱性

N2H4+H2O=N2H5++OH-

N2H5+H2O=N2H62++OH-

不稳定性

在空气中燃烧并放出大量的热。加热即爆炸分解，可做火箭的燃料。

氧化还原性（类同)

酸中主要显氧化性（反应速度慢）

碱中为强还原剂

N2H4+4CuO=2Cu2O+N2↑+2H2O

N2H4+2X2=4HX+N2

羟胺

纯羟氨是白色固体，不稳定，易溶于水

碱性

NH2OH+H2O=NH3OH++OH-

强度

NH3>N2H4>NH2OH

不稳定性

288K以上分解

3NH2OH=NH3↑+N2↑+3H2O

水溶液及其盐较稳定

氧化（还原）性

NH2OH+AgBr=Ag+½N2+HBr+H2O

叠氮化氢（氢叠氮酸）

无色有刺激性气味的液体，易挥发。

制法

N2H4+HNO2=2H2O+HN3

NaN3+H2SO4=NaHSO4+HN3

酸性

HN3+NaOH=NaN3+H2O

不稳定性

2HN3=3N2+H2

2NaN3=2Na+3N2

AgN3=Ag+N2↑

氧化还原性

水溶液中歧化

HN3+H2O=NH2OH+N2↑

N3- 是一个拟卤原子，性质类似于卤离子，白色固体，难溶于水。

氮的含氧化合物

氮的氧化物

结构

物理性质

无色有毒气体，微溶于水，但不与水作用，不助燃

化学性质

还原性

2NO+O2=2NO2

配位性

FeSO4+NO=[Fe(NO)SO4]棕色溶液，不稳定（棕色环实验）

NO2

结构

物理性质

红棕色有特殊臭味的有毒气体，易压缩成无色气体

化学性质

易溶水，碱

3NO2+H2O=2HNO3+NO

强氧化性

2NO2+C=CO2+2NO,C,P,S等在NO2中易起火燃烧

弱还原性

MnO4-+5NO2+H2O=Mn2++2H++5NO3-

亚硝酸及其盐

亚硝酸

制备

NaNO2+HCI冷冻NaCI+HNO2 NO+NO2+H2O冷冻2HNO2

结构

子主题

性质

不稳定性

仅存在于冷的稀溶液中，浓缩或加热即分解

弱酸性

氧化还原性

2HNO2+2I-+2H+=2NO+I2+2H2O

5HNO2+2MnO4-+H+=5NO3-+2Mn2++3H2O

亚硝酸盐

制备

子主题

性质

稳定性

ⅠA，ⅡA盐的稳定性较高

溶解性

AgNO2 沉淀是浅黄色的，其余一般溶于水

氧化还原性

NO2-+Fe2++2H+=NO+Fe3++H2O

NO2++CI2+H2O=2H++2CI-+NO3-

配位性

K2[Co(NO2)6]

用途

工业用盐含大量NaNO2 （甜但不咸），亚硝酸盐大量用于染料和有机合成工业，均有毒，致癌。肉类中常加入硝酸盐和亚硝酸盐做发色剂。

硝酸

制法

工业上

4NH3+5O2=4NO+6H2O

2NO+O2=2NO2

2NO2+H2O=2HNO3+NO

实验室

NaNO3+H2SO4=NaHSO4+HNO3

结构

性质

物理性质

纯酸为无色液体，易溶于水，易挥发

化学性质

不稳定

见光受热易分解

强酸性

稀酸在水中全部电离

强氧化性

王水

浓盐酸：浓硝酸=3:1，溶解Au,Pt

3Pt+4HNO3+18HCI=3H2[PtCI6]+4NO↑+8H2O

硝酸盐

结构

水溶性

大多为易溶于水的离子晶体，水溶液氧化性弱，酸化后氧化性增强。

热稳定性

ⅠA,ⅡA及活泼金属（Mg之前）的无水硝酸盐受热分解→亚硝酸盐和氧气

活性位于镁和铜之间的金属无水硝酸盐受热→金属氧化物+二氧化氮+氧气

活性较弱（Cu之后）的金属形成的硝酸盐→金属单质+二氧化氮+氧气

带结晶水的硝酸盐加热易分解

氮的卤化物

NF3

非常稳定

NCI3

黄色液体，易爆炸分解

水解

水溶性

ⅠA族（Li除外），铵盐易溶，其余难溶，难溶盐易溶强酸

Ag,Cu,Pb,Hg等盐加热易爆