考點23氮和磷

1．復習重點

1．  氮族元素性質(zhì)的相似性和遞變規(guī)律；

2．  氮氣的分子結構及其化學性質(zhì)；

3．  磷的兩種同素異形體的有關性質(zhì)。

2．難點聚焦

1．知識要點：

一．  氮族元素

1．氮族元素的原子結構與性質(zhì)

（1）周期表中的位置：

第VA族（N、P、As、Sb、Bi）

（2）原子結構：

相同點：最外層電子數(shù)相同（5e^－）

不同點：電子層數(shù)不同，原子半半徑依次增大

（3）主要性質(zhì)：

①相似性：a、最高價態(tài)為＋5，負價為－3，能形成氫化物RH₃，Sb、Bi無負價；最高價氧化對應水化物HRO₃或H₃RO₄ 呈酸性。

②遞變性：（按原子序數(shù)增大順序）：a、原子半徑由小到大；b、氫化物的穩(wěn)定性由強到弱；c、最高價含氧酸的酸性由強到弱；d、非金屬性由強到弱，且比同周期鹵族元素、氧族元素弱，金屬性漸強。

2．氮氣的性質(zhì)

（1）氮氣的物理性質(zhì)：無色無味，不溶于水比空氣略輕的氣體。

（2）氮氣的化學性質(zhì)：

分子中N≡N非常牢固，通常情況下不易與其他物質(zhì)反應。

N₂  與氫氣反應生成NH₃（高溫高壓鐵觸媒）

與氧氣在放電條件下生成NO

與活潑金屬反應 3Mg+N₂              Mg₃N₂

(3)氮氣的用途：

    工業(yè)上合成氨制硝酸；用作保護氣，用于：焊接金屬、填充燈泡、保鮮食品；醫(yī)學上用于冷凍麻醉；高科技中用液氮制造低溫環(huán)境等。

    3．磷的同素異形體：白磷和紅磷

名稱

白磷

紅磷

分子結構

分子式P₄、正四面體型、鍵角60°

分子晶體、結構復雜

顏色狀態(tài)

白色或黃色固體

暗紅色粉末或固體

溶解性

不溶于水，易溶于CS₂

不溶于水，不溶于CS₂

毒性

劇毒

無毒

著火點

40℃

240℃

保存方法

保存在水中

密封

相互轉化

4．磷及其化合物的性質(zhì)

（1）磷單質(zhì)的化學性質(zhì)和用途

4P+5O₂      2P₂O₅

2P＋3Cl₂       2PCl₃（l）

2P＋3Cl₂       2PCl₅（s）

用途：制高純度磷酸、紅磷用于制農(nóng)藥、安全火柴、白磷制造燃燒彈和煙幕彈。

（2）磷的化合物

①P₂O₅：極易溶于水，是較好的干燥劑（吸濕性很強）能與水作用：

P₂O₅+H₂O（冷）=2HPO₃（劇毒）

P₂O₅+3H₂O（熱）=2H₃PO₄（無毒）

②H₃PO₄：無色晶體，與水任意比例互溶，有吸濕性，可作干燥劑，屬非氧化性酸，沸點高。

化學性質(zhì)：具有酸的通性，是三元中強酸，是一種高沸點酸。能與堿中和、與NaBr、NaI作用。

③磷酸鹽：

溶解性：磷酸二氫鹽均易溶于水，溶液呈酸性；磷酸鹽和磷酸一氫鹽除鉀、鈉、銨鹽外不溶于水。

相互轉化：

磷酸鹽         磷酸一氫鹽        磷酸二氫鹽

2．原理、規(guī)律、疑難剖析：

1．氮族元素最外層電子都是5個，主要顯+5、+3、－3價。本族元素形成的+3、－3價化合物中其原子已達到穩(wěn)定結構，如NH₃、PCl₃、BiCl₃、Mg₃N₂。

2．在氮族元素中氮和其它元素比較，有很大的特殊性，它的主要化合價有－3、+1、+2、+3、+4、+5等多種氮元素能以不同的價態(tài)與氧結合，可以形成多種氧化物：N₂O、NO、N₂O₃、N₂O₄、NO₂、N₂O₅。在這些氧化物中NO₂和N₂O₄可以通過非氧化還原反應相互轉化：2NO₂    N₂O₄。

有關氮的氧化物知識應注意：

①NO是一種無色無味氣體，能與人血液中的血紅蛋白結合而使人中毒。接觸空氣后立即被氧化為NO₂而變紅棕色，收集NO氣體必須用排水集氣法。實驗室中制NO氣體是銅與硝酸反應：

3Cu+8HNO₃=3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O

NO在神經(jīng)信號傳遞、血壓生理調(diào)控、血流量控制、免疫調(diào)節(jié)、抵抗感染等方面起到了重要作用，被稱為“明星分子”或“信使分子”（2004年高考理綜27小題）。

②NO₂是一種紅棕色、具有剌激性氣味、有毒的氣體。它與水反應，而易溶于水：

3NO₂+2H₂O=2HNO₃+NO↑

在反應中NO₂既是氧化劑又是還原劑。

在NO₂中，因N的價態(tài)較高，它的氧化性較強，NO₂能氧化SO₂、KI等物質(zhì)：

NO₂+SO₂=SO₃+H₂O

NO₂+2KI=2KNO₂+I₂（NO₂能使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙為藍）

③ 隱含反應2NO₂    N₂O₄的應用：

在實驗測定NO₂、N₂O₄的相對分子質(zhì)量、比較相同條件下相同物質(zhì)的量的氣體體積大小，以及涉及到NO₂氣體的顏色深淺、壓強、密度等方面時要考慮此反應。

3．磷酸與堿反應的規(guī)律：

=1∶1時生成NaH₂PO₄

=1∶2時生成Na₂HPO₄

=1∶3時生成Na₃PO₄

介于1∶1和1∶2之間，則生成

NaH₂PO₄和Na₂HPO₄的混合物

介于1∶2和1∶3之間，則生成Na₂HPO₄和Na₃PO₄的混合物。

3．例題精講

有關NO、NO₂、O­₂的混合氣體和水反應的計算

基本反應 ： 2NO+O₂=2NO₂------------------（1）

            3NO₂+H₂O=2H₂NO₃+NO------（2）

1、NO（N₂）、NO₂混合氣體與水反應

例1． 將20ml充滿NO和NO₂的混合氣體的試管倒立于盛水的水槽中，充分反應后，剩余氣體的體積變?yōu)?0ml，求原混合氣體中NO和NO₂ 各占多少毫升？

解析：NO不與水反應，NO₂與水反應時每一體積的NO₂會生成1/3體積的NO ，所以剩余的氣體為未參加反應的NO 和生成的NO

解法一：設原混合氣體中含NO₂ xml ，

則含NO（20-x）ml

       3NO₂+H₂O=2H₂NO₃+NO

         3                1

         x                y

3/x=1/y解之得：y=x/3

由題意得：（20-x）+x/3=10 解得x=15ml

則原NO的體積 20-15=5ml

答：（略）

解法二： （差量法）設原混合氣體中含NO₂氣體xml

 3NO₂+H₂O=2H₂NO₃+NO   △V

  3                      （3-1）

x                       (20-10)

  3/x=(3-1)/(20-10) 解得 x=15ml

答：（略）

2、NO₂和O₂ 的混合氣體與水的反應

  關系式：4NO₂+O₂+H₂O=4HNO₃

將（2）×2-（1）得到，目的：消去中間產(chǎn)物NO）

討論如下：

NO₂與O₂的體積比

發(fā)生的化學反應

剩余氣體

=4:1

4NO₂+O₂+H₂O=4HNO₃

無

<4:1

4NO₂+O₂+H₂O=4HNO₃

O₂

>4:1

4NO₂+O₂+H₂O=4HNO₃

3NO₂+H₂O=2H₂NO₃+NO

NO

例2.將充滿NO₂和O₂的混合氣體的量筒倒置于水中，充分反應后，保持氣體壓強不變，水進入至量筒體積的一半處停止了，則原混合氣體中NO₂和O₂的體積比是多少？

解析：NO₂和O₂的體積比不等于4:1，則需討論NO₂和O₂分別過量時的兩種情況

設混合氣體的體積為1，混合氣體中NO₂的體積為x，則O₂為(1- x)

（1）假定原混合氣體中V_{（NO2）：（O2）}<4：1

     4NO₂+O₂+H₂O=4HNO₃

     4     1   

     x     y

4/x=1/y 解得y=x/4

剩余的O₂：（1-x）-x/4=1/2 解得x=2/5

V_（NO2）:V_（O2）=2/5:(1-2/5)=2:3

(2) 假定原混合氣體中V_（NO2）:V_（O2）>4:1

4NO₂+O₂+H₂O=4HNO₃

4     1

y     (1-x)

4/ y =1/(1-x) 解得：y=4(1-x)

暫時剩余NO₂：1-[4(1-x)+(1-x)]=5x-4

由反應式：3NO₂+H₂O=2H₂NO₃+NO可知

最后剩余NO ：（5x-4）/3

由（5x-4）/3=1/2得 x=11/10(不合題意，舍去)

小結： NO₂和O₂的混合氣體與水反應時，當剩余氣體的體積大于原混合氣體體積的1/3時，只有一個條件：V_（NO2）:V_（O2）>4:1（此結論由同學們自行證明）

3、NO與O₂分別通入水中

關系式：4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃

討論如下：

NO與O₂的體積比

發(fā)生的化學反應

剩余氣體

=4:3

4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃

無

<4:3

4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃

O₂

>4:3

4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃

NO

例3.一定條件下，將等體積的NO和O₂混合于一試管中，然后將試管倒立于盛有水的水槽中，充分反應后剩余氣體的體積與原混合氣體的體積之比是多少？

解析： 因為混合氣體中NO和O₂的體積比<4:3，則剩余氣體為O₂

設混合氣體中NO 的體積為x，則O₂的體積也為x

4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃

4    3

x    y

4/ x =3 / y  解得：y=3x/4

剩余的O₂為x-3x/4=x/4

它與原混合氣體的體積比為x/4:2x=1:8

4、NO₂、NO、O₂的混合氣體與水反應

關系式： V_（O2）= V_（NO2）/4+ 3V_（NO）/4

特例，當V_（NO）: V_（NO2）::V_（O2）=1:1:1時，混合氣體全部與水反應，無氣體剩余。

例4.常溫下盛有10mlNO₂和10mlNO組成的混合氣體的大試管倒立于水中，當緩緩通入O₂一段時間后，試管內(nèi)殘留2ml氣體，則通入O₂體積可能為多少毫升

解析：殘留2ml氣體可能是NO也有可能是O₂，應予以討論

（1）若殘留氣體是NO ，則轉化為HNO₃的NO為10ml-2ml=8ml

則：4NO₂+O₂+H₂O=4HNO₃

    4      1

    10ml   y

4 /10ml =1/ y 解得：y=2.5ml

4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃

4     3

8ml   x

4/8ml =3/ x  解得：x=6ml

共耗氧氣V_（O2）=2.5ml+6ml=8.5ml

(2)若殘留氣體2ml是O₂，則：

4NO+3O₂+H₂O=4HNO₃

4     3

10ml   z

4/10ml =3/ z 解和z=7.5ml

故通入 V_（O2）=2.5+7.5+2=12ml

答：（略）

例5．（2001春季北京、內(nèi)蒙、安徽高考）關于非金屬N、O、Cl、P的敘述，正確的是（  ）

A．在通常情況下其單質(zhì)均為氣體

B． 其單質(zhì)均由雙原子分子組成

C． 都屬于主族元素

D．每種元素公生成一種氫化物

解析：N、O、Cl通常情況下單質(zhì)為氣體，且為雙原子分子，而P不是，白磷為P₄分子，其中N的氫化物有NH₃、N₂H₄等，O的氧化物有H₂O、H₂O₂，所以A、B、D選項均不正確。正確答案為C。

例6．氮氣與其他單質(zhì)化合一般需要高溫，有時還需高壓等條件，但金屬鋰在常溫、常壓下就能與氮氣化合生成氮化鋰，這是因為（     ）

①此反應可能是吸熱反應

②此反應可能是放熱反應

③此反應可能是氮分子不必先分解成為原子④此反應前可能氮分子先分解成為原子

A．①②    B．②④    C．②③    D．①④

解析：氮分子中存在N≡N，鍵能很大，非常

牢固，通常情況下很難斷裂N≡N鍵成為氮原子與其他物質(zhì)反應，如果氮分子能與這種物質(zhì)容易反應，只可能是氮分子不必先分解為氮原子這種情況；另外化學反應中放熱反應一般比較容易發(fā)生。綜上所述正確選項應為C選項。

例7．（2002年南京市模擬題）工業(yè)廢氣的氮

氧化物（如NO、NO₂等，用通式NO_x表示）是主要的大氣污染物之一。為了保護環(huán)境，工業(yè)上常通入氨氣與之發(fā)生如下反應：

NO_x+NH₃      N₂+H₂O

有關此反應，下列說法中錯誤的是（   ）

A．N₂既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物

B． 當x=1時，每生成2.5mol N₂，被氧化的

氣體有3mol

C．當x=2時，有1mol氣體被還原，轉移電子4mol

D．反應通式配平表示為：

6 NO_x +4x NH₃  = （3+2x）N₂+6x H₂O

解析：分析平配平方程式得到A、D選項均正確，將x=1代入6 NO_x +4x NH₃  = （3+2x）N₂+6x H₂O中得到6NO+4NH₃=5 N₂+6H₂O 分析可知：每生成5mol，被氧化的氣體有4mol（被氧化的氣體為NH₃），則每生成2.5mol N₂，被氧化的氣體只有2mol。同理可推得C選項正確。所以，答案應為選項B。

例8．（1994?全國?17）已知磷酸分子

（                   ）中的三個氫原子都可以跟重

水分子（D₂O）中的D原子發(fā)生氫交換。又知次磷酸（H₃PO₂）也可以跟D₂O進行氫交換，但次磷酸鈉（NaH₂PO₂）卻不能再跟D₂O發(fā)生氫交換。由此可推斷H₃PO₂的分子結構是（    ）

      A.                                                                                      

C.                          

解析：題中所給磷酸分子的結構式是給的一個信息：含氧酸中只有與O原子直接結合的H原子才可能電離出H⁺，即題中所說的與D₂O中的D原子發(fā)生氫交換。把信息遷移到H₃PO₂中，由于NaH₂PO₂不能與D₂O進行氫交換，所以H₃PO₂只是一元酸，因而其結構式中只有一個―OH，再應用O原子只能有兩個共價鍵的基礎知識，就不難推出正確選項為B。

4．實戰(zhàn)演練

1.（2001年全國高考題）有一種磷的結構式是                                      有關它的下列

敘述中不正確的是?

A.它完全燃燒時的產(chǎn)物是P₂O₅

B.它不溶于水?

C.它在常溫下呈固態(tài)?

D.它與白磷互為同分異構體

2.下列反應起了氮的固定作用的是?

A.N₂與H₂在一定條件下反應生成NH₃?

B.NH₃經(jīng)催化氧化生成NO?

C.NO與O₂反應生成NO₂?

D.由NH₃制碳銨和尿素

3.關于氮族元素的性質(zhì)，下列推斷錯誤的是?

A.最高價氧化物為R₂O₅，其水化物化學式為HRO₃或H₃RO₄?

B.非金屬性：磷＞砷，氣態(tài)氫化物的還原性：PH₃＞AsH₃?

C.最高價含氧酸的酸性：硒酸＞砷酸＞鍺酸?

D.所形成的氫化物中BiH₃最不穩(wěn)定?

4.下列比較中正確的是?

A.硝酸酸性比磷酸強?

B.PH₃的穩(wěn)定性大于NH₃?

C.PH₃的還原性大于NH₃?

D.氮氣的化學性質(zhì)比磷活潑

5.新電燈泡的玻璃柱上涂有一點暗紅色物質(zhì)，以除去燈泡內(nèi)殘留的氧，該物質(zhì)是?

A.Cu₂O                                             B.Fe₂O₃?

C.紅磷                                              D.銅粉

6.紅磷和白磷在一定條件下可以相互轉化，這一變化屬于?

A.物理變化                                       B.化學變化?

C.氧化還原反應                                D.分解反應

7.在兩密閉容器中分別盛有31 g白磷和1 mol氧氣，控制條件使其發(fā)生反應，容器甲：P₄＋5O₂===Ｐ₄O₁₀，容器乙：P₄＋3O₂===Ｐ₄O₆，經(jīng)充分反應后，兩容器中分別所得的P₄O₁₀和P₄O₆的物質(zhì)的量的比為?

A.5∶4                                              B.4∶5?

C.4∶3                                              D.3∶5

8.將（NH₄）₂CO₃加熱全部氣化后，將氣體先通過Na₂O₂，固體質(zhì)量增加x g，再通過濃H₂SO₄，溶液質(zhì)量增加y g；若先通過濃H₂SO₄，溶液增重z  g，再通過Na₂O₂,固體質(zhì)量增加w g，則x、y、z、w的質(zhì)量大小排列順序正確的是

A.x＞y＞z＞w                                    B.w＞z＞y＞x

C.y=z＞x=w                                       D.z＞y＞x＞w

9.在一定溫度和壓強下，將一支容積為15 mL的試管充滿NO₂后，倒置于一個盛水的水槽中，當試管內(nèi)液面上升至一定高度不再變化時，在相同條件下再通入O₂，若要使試管內(nèi)的液面仍保持在原高度，則通入O₂的體積為

A.3.75 mL                                         B.7.5 mL?

C.8.75 mL                                         D.10.5 mL?

10.在下列反應中，氨作氧化劑的是?

A.8NH₃＋3Br₂===6NH₄Br＋N₂?

B.2NH₃＋H₂S===(NH₄)₂S?

C.2NH₃＋2Na===2NaNH₂＋H₂?

D.NH₃＋NaH===NaNH₂＋H₂?

11.下列關于磷及其化合物的敘述不正確的是?

A.紅磷用于制造安全火柴、農(nóng)藥和燃燒彈?

B.磷酸二氫鹽都易溶于水?

C.磷酸是三元酸，比硝酸的酸性強?

D.P₂O₅溶于熱水生成磷酸，溶于冷水生成偏磷酸

12.下列制氮氣的方法中，不合理的是?

A.分離液態(tài)空氣?

B.加熱使NH₃分解?

C.將空氣通過足量灼熱的銅網(wǎng)?

D.將空氣通過加熱的鎂粉

13.把等質(zhì)量的鎂分別放在下列氣體中完全燃燒：①純O₂中，②空氣中，③CO₂中，

④Cl₂中，⑤N₂中，得到固體物質(zhì)的質(zhì)量分別為：m₁、m₂、m₃、m₄、m₅，其由大到小的關系正確的是

A.①②③⑤④                                          B.④③①②⑤?

C.④③②①⑤                                          D.④①③②⑤?

14.關于磷的下列敘述中，正確的是?

①紅磷沒有毒性而白磷劇毒  ②白磷在空氣中加熱到260℃可轉化為紅磷  ③少量白磷保存于水中  ④紅磷可升華，且轉化為白磷時屬化學變化  ⑤白磷和紅磷都可溶于CS₂ 

⑥白磷為非金屬單質(zhì)，其晶體為正四面體型的原子晶體?

A.①②③                                                 B.②③④?

C.①③④                                                 D.③⑤⑥?

15.為了測知紅磷在氯氣中燃燒的產(chǎn)物，可以根據(jù)它的質(zhì)量增加來確定。現(xiàn)有紅磷31 g，在氯氣中燃燒其質(zhì)量增加150 g，由此可判斷這個反應中，紅磷燃燒的產(chǎn)物是

A.只有PCl₃                                      B.只有PCl₅?

C. PCl₃和PCl₅                                  D.無法確定

二、非選擇題（共55分）?

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一、1.D?

2.解析：氮的固定是把單質(zhì)氮轉變成化合物的氮的過程。?

答案：A?

3.B  4.AC?

5.解析：反應消耗燈泡內(nèi)少許氧氣。?

答案：C?

6.B?

7.解析：依反應方程式進行過量與適量的判斷后計算。?

答案：B?

8.D  9.C  10.CD  11.C  12.BD?

13.解析：用差量法求解比較方便，但注意2Mg+CO₂===2MgO+C，固體物質(zhì)是兩部分。

答案：B?

14.C  15.C?

17.①N₂＋O₂2NO

②2NO＋O₂===2NO₂?

③3NO₂＋H₂O===2HNO₃＋NO↑?

18.①干燥氣體  ②使兩種氣體充分混合,并通過觀察氣泡以調(diào)節(jié)氫氣、氮氣流速  NH₃及N₂和H₂的混合物  用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗氣體，試紙變藍(或其他合理方法)?

19.(1)N₂  NO₂  NO  NH₃  HNO₃?

(2)S  SO₃  SO₂  H₂S  H₂SO₄?

20.(1)c  (2)a  (3)檢查裝置的氣密性  本反應為放熱反應  (4)將系統(tǒng)內(nèi)空氣排盡  c?

21.（1）無  燒瓶內(nèi)有紅棕色氣體?

（2）①單孔塞下沿與液面間不留有空隙（無氣泡存在）  ②銅絲上有氣泡產(chǎn)生?

（3）①當產(chǎn)生的NO氣體將稀HNO₃排入U型管B側管內(nèi)使銅絲網(wǎng)與稀HNO₃脫離后反應會立即停止；在U型管A側管中可觀察到無色的NO氣體。②U型管的B側管中的稀HNO₃又回到A側管內(nèi)，分液漏斗中有紅棕色氣體出現(xiàn)。