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复习提纲－氮和磷
一、知识要点?
1. 氮族元素包括的元素种类、名称、元素符号、原子结构示意图。?
2. 氮族元素原子结构和性质的相似性和递变规律。?
3. 氮气的物理性质、结构特点、化学性质、氮的固定及氮气的用途。?
4. 磷的主要性质，磷的同素异形体白磷和红磷的比较。?
二、知识补充?
1. 氮的氧化物溶于水的几种情况?
（1）NO2或NO2与N2（非O2）的混合气体溶于水时可依据：3NO2+H2O====2HNO3+NO利用气体体积变化差值进行计算。
（2）NO2和O2的混合气体溶于水， 由4NO2+O2+2H2O====4HNO3可知，当体积比
V（NO2）∶V（O2）
（3）NO和O2同时通入水中时，其反应是：4NO+2O2====4NO2，4NO2+O2+2H2O====4HNO3，总反应式为：4NO+3O2+2H2O====4HNO3
当体积比V（NO）∶V（O2）
（4）NO、NO2、O2三种混合气体通入水中，可先按（1）求出NO2与H2O反应生成的NO的体积，再加上原混合气体中的NO的体积即为NO的总体积，再按（3）方法进行计算。
2. 金属氮化物?
在高温时氮气能与镁、钙、锶、钡等直接化合，生成离子型的金属氮化物，如：
3Mg+N2===== Mg3N2?
Mg3N2的电子式为
金属氮化物易与水反应生成氨：?
Mg3N2+6H2O==== 3Mg(OH)2+2NH3↑，因此离子型的金属氮化物只能存在于干态，溶液中不存在N3-。
3. 五氧化二磷?
（1）P2O5是白色固体，有强烈的吸水性，为良好的酸性固体干燥剂。?
（2）属酸性氧化物，是H3PO4和HPO3的酸酐，易与水化合，生成偏磷酸或磷酸。
P2O5+H2O=====2HPO3（剧毒）
P2O5+3H2O======2H3PO4（无毒）
磷酸是中学所涉及的惟一的三元中强酸。
三、易错点提示?
1. 在比较同周期的碳族、氧族、氮族及卤族元素的相关性质时，会由于对周期律理解不深而出错。
2. 对于氮元素的非金属性较强但氮气的化学性质却很不活泼这一事实，会因为没和氮分子的结构特点联系从而造成理解上的误区。?
3. 在判断倒立于水槽中的盛有NO2或NO及它们与O2、N2等的混合气体的试管中的成分或液面上升的高度等问题时，会由于对NO和O2的反应，NO2和H2O的反应处理不当而得不到正确结果。
4. 对磷的两种常见同素异形体的性质容易混淆。
例题解析－氮和磷
［例1］砷为第四周期VA族元素，根据它在元素周期表中的位置推测，砷不可能具有　　　　　　的性质是( )
A.砷在通常情况下是固体
B.可以有－3、+3、+5等多种化合价
C.As2O5对应水化物的酸性比H3PO4弱
D.砷的还原性比磷弱
【解析】 本题考查氮族元素性质的相似性与递变规律，以及将磷元素性质进行知识迁移的能力。A项推测单质的状态，N2→P4→As，分子量由小到大，状态，气→固→固，砷可能是固体。B项推测化合价，已知磷有－3、+3、+5价，砷在磷的下周期与之相邻，依相似性可能有－3价，依递变性肯定有+3、+5价。由递变规律易知，C可能，D不可能。
【答案】 D
［例2］将一充满NO的试管倒扣于水槽中，然后向试管中通入一定量的O2，试管中恰好充满水时，则通入的O2与原NO气体的体积比为________。若假设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应为 。
【解析】 有关反应为：2NO＋O2====2NO2 　　　　　　　　　　 ①
3NO2＋H2O====2HNO3＋NO ②
故由①②可得：4NO＋3O2＋2H2O====4HNO3
由此方程式可知恰好溶于水时NO与O2体积比，且生成的HNO3的物质的量等于原NO的物质的量。
【答案】3：4 mol·L－1
【点评】
(1)NO和O2同时通入水中时，其反应是：2NO＋O2====2NO2，4NO2＋O2＋2H2O====4HNO3；总式为：4NO＋3O2＋2H2O====4HNO3
当体积V(NO) ∶V(O2)
＝4∶3 恰好完全反应
＞4∶3 剩余NO
＜4∶3 剩余O2
(2)同理可得：NO2和O2的混合气体溶于水时，由4NO2＋O2＋2H2O====4HNO3可知，当体积比：V(NO2) ∶V(O2)
＝4∶1 恰好完全反应
＞4∶1 NO2过量，剩余气体为NO
＜4∶1 O2过量，剩余气体为O2
[例3]红磷在Cl2中燃烧发生的化学反应中，若参加反应的红磷与Cl2的物质的量之比为1：1.8，充分反应后，生成物中PCl5和PCl3的物质的量之比为（ ）
A．3：5 B．5：3 C．3：7 D．7：3
【解析】
解法一：设参加反应的P为1 mol，Cl2为1.8mol，PCl3的物质的量为x，PCl5的物质的量为y。依质量守恒定律应有
x+y=1 mol
3x+5y=1.8×2 mol
n(PCl5)：n(PCl3)=3：7
解法二：设1 mol红磷与x mol Cl2反应生成y mol PCl3，余Cl2为(1.8－x)mol。
则有
2P+3Cl2====2PCl3
2 3 2
1 x y
则x=1.5，y=1.
余Cl2 0.3 mol
PCl3+Cl2===PCl5
1 1 1
0.3 0.3 0.3
PCl3余0.7 mol，生成PCl5 0.3 mol。
解法三：1mol P与1.8 mol Cl2恰好完全反应，生成物的平均组成为PCl3.6。
利用十字交叉法
PCl3 3 1.4
3.6
PCl5 5 0.6
解法四：由n(P)：n(Cl2)=1：1.8=10：18可写出总化学方程式：10P+18Cl2====7PCl3+3PCl5.
【答案】C
拓展资料－有关氮的相关知识
1.关于氮分子的结构与反应性能
氮分子结构的简单表示式是∶N≡N∶。氮分子中的2个氮原子间，以3对共用电子结合成3个共价键。实验证明，这3个共价键中，1个是σ键，2个是π键。这3个共价键结合得很牢固，这可以从N≡N键键能（945.8 kJ/mol）得到证实。由键能数据可知，要破坏氮分子的化学键是很困难的。在反应前，氮分子必须先离解成单个原子，反应需要很高的活化能，因而在通常情况下反应就不容易发生。例如，合成氨的反应就必须在高温、高压和有催化剂存在等条件下才能发生。
氮气的分解热很大。
因为这个反应是吸热的，所以平衡常数随着温度的升高而增大。但是，即使在常压下，当温度高达3 000 ℃时，仍不能觉察它的解离作用。很强的N≡N键是导致N2化学惰性的主要原因。
在室温下，氮气仅能与金属锂反应生成Li3N，或与某些过渡金属配合物反应。
在高温时，特别是在催化剂的作用下，氮气变得较活泼，其典型反应为：
N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）
N2（g）＋ O2（g）＝ 2NO（g）
N2（g）＋ 3Mg（s）＝ Mg3N2（s）
N2（g）＋ CaC2（s）＝ C（s）＋ CaNCN（s）
2.氮气的实验室制法
加热氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠晶体（或饱和溶液）的混合物可制备氮气。在圆底烧瓶上配一双孔橡皮塞，带上一分液漏斗和一短弯导管。烧瓶中放亚硝酸钠晶体（或饱和溶液），饱和氯化铵溶液由分液漏斗滴入，加热烧瓶到85 ℃左右，就有氮气产生。当空气排出后可用排水集气法收集氮气或用橡皮球胆直接收集。因为此反应是放热反应，当反应开始时就应停止加热。化学方程式为：
NaNO2 ＋NH4Cl＝NH4NO2＋NaCl
NH4NO2N2↑＋2H2O
3.氮的固定
（1）早期固定氮的方法
①电弧法 使空气通过电弧，生成NO。
温度/K 1 000 1 500 1 811 2 033
平衡常数 8.86×10-5 3.30×10-3 1.14×10-2 2.21×10-2
使用电弧法固定氮需要大量的电能，因此，有廉价电源的国家才能用这种方法（如挪威）。另外，打雷、闪电也可以使N2和O2化合，据估计，每年因此得到的固定氮约有4亿吨～5亿吨。
②氰氨基钙法 使纯净N2（体积分数大于99.8%）通过CaC2得到CaCN2（氰氨基钙），CaCN2水解得到NH3。
CaC2+N2CaCN2+C
制CaC2需要大量的电能。德国曾用此法固定氮。
③氰化钠法 在铁催化下，使Na2CO3、C、N2反应，生成NaCN。此方法成本高（需Na2CO3和高温），在实验室里，产率约为100%，但在实际生产中，产率仅约为50%。
④合成氨 N2和3H2在高温、高压催化剂作用下生成2NH3
考虑到反应速率和化学平衡，合成氨的生产条件是：3×107 Pa，低于500 ℃，此时，有约1/3（N2+3H2）转化为NH3。分离掉由合成塔流出气体中的NH3后，补充适量原料气（N2+H2），再次进入合成塔……目前，大型合成氨厂可年产3×105 t NH3。
（2）近期固氮的方法
按分子轨道理论，使N2“活化”的途径有两种：一种是“取走”N2中成键轨道上的电子，把电子加到N2的反键轨道上。另一种实验室的方法是使N2（作为配位体）进入配合物。
①含N2的配合物 艾伦（Allen）在用N2H4还原RuCl3·3H2O制Ru(NH3)62+时，意外地得到了第一个含N2的配合物［Ru(NH3)5N2］Cl2。紧接着，化学家以N2H4(aq)、N3-（叠氮离子）为起始物合成了百余种含N2的配合物。
②固氮酶的研究 豆科植物固氮菌能固定空气中的N2。常温、常压下，N2和H3O+反应变为NH4+（aq），这在热力学上是可逆的，问题是要有催化剂──固氮酶。
固氮酶中铁钼蛋白、铁蛋白的相对分子质量分别为226 000和60 000。
随着对固氮酶的深入研究，使常温、常压下固定氮成为可能。
4.光化学烟雾
氮氧化物（NOx）和碳氢化合物（HC）在大气环境中受到强烈的太阳紫外线照射后，发生复杂的光化学反应，主要生成光化学氧化剂（主要是O3）及其他多种复杂的化合物，这是一种新的二次污染物，统称为光化学烟雾。
光化学烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节。经过研究认为，在60°N（北纬）～60°S（南纬）之间的一些大城市，都有产生光化学烟雾的可能。在进行光化学反应的过程中，随着反应的不断进行，生成物不断蓄积，光化学烟雾的浓度不断增大，约3 h～4 h后可达到最大值。这种光化学烟雾可随气流飘移数百公里，使远离城市的农村的庄稼也受到损害。
1943年，美国洛杉矶市发生了世界上最早的光化学烟雾事件。经过反复的调查研究，直到1958年人们才发现，这是由于洛杉矶市的250万辆汽车排气污染而造成的，这些汽车每天消耗约1 600 t汽油，向大气排放1 000多吨碳氢化合物和400多吨氮氧化物，这些气体受阳光作用，酿成了危害人类的光化学烟雾事件。
1970年，美国加利福尼亚州发生光化学烟雾事件，农作物损失达2 500多万美元。
1971年，日本东京发生了较严重的光化学烟雾事件，使一些学生中毒昏倒。同一天，日本的其他城市也有类似的事件发生。此后，日本一些大城市连续不断出现光化学烟雾。日本环保部门对东京几个主要污染源排放的污染物进行调查后发现，汽车排放的CO、NOx、HC三种污染物约占总排放量的80%。
目前，由于我国内地汽车油耗量高，污染控制水平低，已使汽车污染日益严重。部分大城市交通干道的NOx和CO严重超过国家标准，汽车污染已成为主要的空气污染物；一些城市臭氧浓度严重超标，已具有发生光化学烟雾污染的潜在危险。从总体上看，氮氧化物污染突出表现在人口为100万以上的大城市或特大城市。
5.汽车尾气净化催化剂──三效催化剂TWC（Three-Way Catalyst）
汽车尾气的主要有害成分是碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）。这三种物质对人体都有毒害，其中HC及NOx在阳光及其他适宜条件下还会形成光化学烟雾，危害更大。消除汽车尾气中这些有害成分的方案主要有两种：一种是改进发动机的燃烧方式以减少有害气体排放；另一种是采用催化转化器将尾气中的有害气体净化。首先，1975年美国在新型车上安装了催化转化器，接着日本、西欧等国家也先后采用催化转化器以满足自己国家汽车排放法规的要求。汽车催化转化器有两种类型，一种是氧化型催化反应器，使尾气中的HC和CO与尾气中的余氧反应，生成无害的H2O和CO2，从而达到净化目的。
由于对NOx等污染物排放标准的强制化和降低燃料消耗的要求，一方面应尽量控制空燃比（混合气中空气与燃料的质量之比）在14.6附近运转，另一方面应采用控制点火时间和废气再循环等方法，以求减少排气中的NOx。然而这些方法的缺点是往往会增加排气中的HC和CO。为了解决此问题，出现了三效催化剂，英文名为Three-Way Catalyst，简称TWC。这种催化剂的特性是用一种催化剂能同时净化汽车排气中的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx），但为了发挥其催化性能，必须将空燃比经常控制在14.6±0.1附近，这种催化净化器具有较高的净化率（见图1-1），但需要有氧传感器、多点式燃料电子喷射、电子点火等闭路反馈系统相匹配。
图 1-1 三效催化净化器的净化特性
现在应用的三效催化剂大部分是以多孔陶瓷为载体，再附着上所谓的活化涂层（Washcoat），最后用浸渍的方法吸附活性成分。催化剂的活性成分主要采用贵金属铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）等，由于贵金属资源少、价格贵，各国科学家都在致力于研究经济上和技术上都可行的稀土/钯三效催化剂，预计，这种催化剂将有很好的应用前景。
三效催化净化器的优点是净化率与燃料经济性都比较好，主要问题是成本费用昂贵，由于柴油机排气中残留的氧较多，使氧传感器的控制不灵敏，故三效催化净化器一般不用于柴油机，而只适用于汽油机。
拓展资料－有关磷的相关知识
１.磷的存在
磷在地壳中的质量分数约为0.1%。由于磷容易氧化，因此自然界中没有游离态的磷存在。磷主要以磷酸盐的形式存在于矿石中，如氟磷灰石〔Ca5(PO4)3F〕、氯磷灰石〔Ca5(PO4)3Cl〕、正磷酸钙〔Ca3(PO4)2〕等。
我国的磷矿藏很丰富。著名产地有云南的昆阳、江苏的连云港、湖北的襄阳、四川的峨嵋、贵州的遵义等地。云南的昆阳磷矿蕴藏量占国内第一，也是世界大磷矿之一。这些磷矿是发展我国磷肥工业的有力保证。
磷和氮一样，也是所有生物不可缺少的，对于维持生物体正常生理机能有重要的作用。磷在植物中主要含于种子的蛋白质中，在动物体内则含于乳汁、血液、脑髓组织和神经组织中。此外，大量的磷主要以3Ca3(PO4)2·Ca（OH）2和3Ca3（PO4）2·CaCO3·H2O化合物的形式存在于脊椎动物的骨骼、牙齿中。磷以磷酸根的形式包含在核酸的成分之中。核酸是生物体内的一种高分子化合物，是很重要的生命活性物质，与生物的生长、发育、遗传和变异有着密切的关系。
２.磷的同分异构体
磷的同素异形体主要有三种：白磷、红磷、黑磷。
纯的白磷是无色透明的晶体，遇光即逐渐变为黄色，所以又叫黄磷。黄磷在隔绝光和空气的情况下蒸馏，又可变成白色。经测定，无论在溶液中或在蒸气状态下，白磷都以P4的分子形式存在。
4个磷原子构成四面体，每一个磷原子用它的3个p轨道与另外3个磷原子的p轨道形成3个σ键，P4分子中磷原子之间的键角是60°。P4分子是有张力的分子，这个张力使每一个 P—P键的键能降低，这说明了为什么白磷在常温下有很高的化学活动性。
将白磷蒸气加热到800 ℃，P4开始分解为P2，这时的双原子分子结构（∶P≡P∶）跟氮分子相似。
白磷在密闭容器里加热到260 ℃，就会逐渐转化为暗红色粉末。常温时，在光的作用下，白磷也会发生上述转化，生成暗红色的变体，其中主要成分是紫磷。紫磷的化学活动性比白磷小，但仍能被硝酸氧化成磷酸。紫磷跟氯酸钾一起摩擦可以剧烈燃烧。
白磷或紫磷跟三溴化磷一起煮沸，都会生成红磷。红磷是紫磷的无定形体。
红磷的结构至今仍未弄清楚。有人认为，红磷是四面体结构的P4分子断裂开1个键之后连接起来形成的长链状巨大分子。
将白磷在1 210 MPa下加热，就得到黑磷。黑磷呈铁灰色，具有金属光泽，能导电，密度为2.7 g/cm3，着火点是490 ℃，外形像石墨。黑磷的化学活动性比紫磷差，通常难以发生化学反应。
黑磷具有双层结构，每个磷原子有3个相邻的原子。
白磷、红磷和黑磷的分子结构如图1-2。
许多元素的单质像磷那样会形成同素异形体。形成同素异形体有下列三种方式：（1）组成分子的原子数目不同，如氧气（O2）和臭氧（O3）；（2）晶体里原子的排列方式不同，如金刚石和石墨；（3）晶体里分子的排列方式不同，如斜方硫和单斜硫。
图 1-2 白磷、红磷和黑磷的分子结构
３.磷及其化合物的毒性和急救方法
白磷的毒性很大，其致死量为60 mg～100 mg。红磷的毒性很小，但因其往往含有1%左右的白磷，所以也能引起中毒。
有毒的磷的无机化合物主要有磷化氢，它是无色、有恶臭的剧毒气体，当空气中含量达到27.8 mg/cm3时，就会使人中毒死亡。此外，三氯化磷、磷的氧化物和偏磷酸都有毒性。
磷的中毒途径是：磷的粉尘、蒸气和烟雾通过呼吸道使人中毒。磷和磷的化合物也可通过消化道或经皮肤吸收而使人中毒。
磷急性中毒主要损伤肠胃和肝脏。磷中毒的一般症状是：口腔有蒜味，呼吸有蒜臭，口腔和咽喉有烧灼感，恶心及呕吐──吐出物在暗处能发光，腹痛，脉搏慢而弱，昏倒以致虚脱。
急救的方法是：用质量分数为0.5%硫酸铜溶液多次洗胃（每次可用200 mL～500 mL），使磷转变为不溶性的黑色磷化铜，直至洗出液无磷臭时为止。以后再用质量分数为3%的H2O2或高锰酸钾溶液（1 g KMnO4溶于2 L水）继续洗胃，使磷氧化成磷酸而失去毒性。
对于磷化氢中毒者，应迅速将其从中毒现场转移到空气新鲜处，及早更换污染的衣服，清洗皮肤。
皮肤烧伤时，先用质量分数为5%的硫酸铜洗净伤处磷屑，或用镊子除去磷屑，然后用KMnO4溶液（1 g KMnO4溶于1 L水）湿敷。
眼粘膜损害时，要用质量分数为2%的小苏打水冲洗多次。
总之，中毒后，应将患者及时送医院救治。
４.几种常用干燥剂的干燥效率
磷的燃烧产物是五氧化二磷，根据蒸气密度的测定，五氧化二磷的化学式是P4O10，它对水有很强的亲和力，吸湿性强，在空气中吸收水分迅速潮解，因此常用它作气体和液体的干燥剂。
比较干燥剂的干燥效率，可把已被水蒸气饱和的空气，在298 K时通过相应的干燥剂，然后测定在1 m3被干燥的空气中尚存的水蒸气的含量（以克为单位）。水蒸气含量愈少说明该干燥剂的干燥效率愈高。
几种常用干燥剂的干燥效率
干燥剂 CuSO4 ZnCl2 CaCl2 NaOH H2SO4（浓） KOH P4O10
水蒸气含量/g·cm-3（298 K） 1.4 0.8 0.34 0.16 0.003 0.002 0.000 01
点燃
冷水
热水
x=0.7 mol
y=0.3 mol

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