重要非金屬元素-氮磷及其重要化合物（無機(jī)化學(xué)課件）

?無機(jī)化學(xué)氮元素及其單質(zhì)案例導(dǎo)入聯(lián)想·質(zhì)疑閃電閃電時(shí)空氣中會(huì)發(fā)生哪些化學(xué)反應(yīng)？這些反應(yīng)和生成的物質(zhì)對(duì)人類的生產(chǎn)生活有什么影響？01氮元素（N）02目錄氮?dú)猓∟2）CONTENTS氮元素（N）01一、氮元素（N）一、氮元素（N）N的存在形式化合態(tài)游離態(tài)Ｎ２有機(jī)物無機(jī)物大氣中占78%(體積比)硝酸鹽、亞硝酸鹽等蛋白質(zhì)，核酸等氮?dú)猓∟2）02二、氮?dú)猓∟2）1氮?dú)馕锢硇再|(zhì)無色無味，難溶于水，比空氣稍輕N2占空氣78%（體積）N2鋼瓶二、氮?dú)猓∟2）2氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)分子式電子式結(jié)構(gòu)式ＮＮ：‥‥‥：Ｎ２ＮＮ≡由于氮?dú)夥肿又械腘≡N很牢固,使氮?dú)夥肿拥慕Y(jié)構(gòu)很穩(wěn)定.在通常情況下,氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑,很難與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng).而氮原子較活潑.二、氮?dú)猓∟2）2氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)(1)氧化性a.氮?dú)馀c氫氣的反應(yīng)N2+3H22NH3高溫高壓催化劑b.氮?dú)馀c金屬反應(yīng)N2+3MgMg3N2

(淡黃色)

點(diǎn)燃二、氮?dú)猓∟2）2氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)(2)還原性:氮?dú)馀c氧氣的反應(yīng)N2+O22NO放電二、氮?dú)猓∟2）3氮?dú)庥猛?1)是制硝酸、化肥的原料；(2)可以用作保護(hù)氣；(3)液氮可以用作冷凍麻醉劑；(4)可以用作超導(dǎo)材料的環(huán)境改造劑。課程小結(jié)插入二維動(dòng)畫（待制作）?無機(jī)化學(xué)磷元素及其化合物案例導(dǎo)入聯(lián)想·質(zhì)疑

夏季的夜晚，人們?cè)谝恍┕艍炋幗?jīng)常會(huì)看到一閃閃飄忽不定的火星，人們通常會(huì)把它說成“鬼火”。古代有“老槐生火，久血為磷”的說法，但不知其因，直到后來才由化學(xué)家揭開了“鬼火”的秘密，那么究竟什么是“鬼火”呢？磷元素-P磷（Phosphorus），是第15號(hào)化學(xué)元素，符號(hào)P。處于元素周期表的第三周期、第ⅤA族。磷存在于人體所有細(xì)胞中，是維持骨骼和牙齒的必要物質(zhì)，幾乎參與所有生理上的化學(xué)反應(yīng)。磷還是使心臟有規(guī)律地跳動(dòng)、維持腎臟正常機(jī)能和傳達(dá)神經(jīng)刺激的重要物質(zhì)。沒有磷時(shí)，煙酸（又稱為維生素B3）不能被吸收；磷的正常機(jī)能需要維生素D（維生素食品）和鈣（鈣食品）來維持。一、磷二、磷的含氧化合物三、磷的其它化合物

磷及其化合物17一、磷磷有多種同素異形體，如：白磷(黃磷)、紅磷(赤磷)、紫磷和黑磷等。常見的有白磷和紅磷。1.磷及其制?、帕椎耐禺愋误w①白磷純白磷（P4）是無色透明的晶體，立方晶系，分子為四面體構(gòu)型，其鍵角∠PPP=60°。白磷不溶于水，易溶于CS2、C6H6等有機(jī)溶劑，見光逐漸變?yōu)辄S色，有劇毒。白磷在常溫下有較高的化學(xué)活性，與空氣接觸發(fā)生緩慢氧化并導(dǎo)致自燃(Tl=40℃)。PPPP問題討論實(shí)驗(yàn)室中如何保管白磷好試劑？18②紅磷P

+5HNO3＝H3PO4+5NO2+H2O白磷紅磷533K紅磷是紫磷的無定形體，暗紅色粉末(分子結(jié)構(gòu)不詳)，不溶于水及CS2，無毒，燃點(diǎn)TI=260℃，化學(xué)活性比白磷小得多。紅磷與空氣長(zhǎng)期接觸也會(huì)進(jìn)行及其緩慢的氧化作用，形成易吸水的氧化物使紅磷變潮。紅磷易被硝酸氧化為磷酸，與氯酸鉀摩擦即著火甚至爆炸。>689K，急速冷卻紅磷主常用于制造有機(jī)磷農(nóng)藥、安全火柴(火柴盒側(cè)面的涂料是紅磷、三硫化二銻的混合物)等。19白磷黑磷紫磷1200atm③黑磷、紫磷黑磷具有類似石墨的片狀晶體，屬于混合型晶體。黑磷有斜方、菱形、立方等幾種異構(gòu)體，有金屬光澤，能導(dǎo)電，著火點(diǎn)較高TI=490℃，其化學(xué)活性比白磷、紅磷差。773K823K紫磷較為少見，屬單斜晶系，不溶于水，也不溶于CS2，其化學(xué)活性也比白磷、紅磷差。20白磷（黃磷）1200atm黑磷（鐵灰色）533K升華紅磷（赤磷）689K隔絕空氣密閉容器823K紫磷（暗紅色）773K⑵磷的同素異形體間的轉(zhuǎn)化21磷在自然界常以磷酸鹽的形式出現(xiàn)，如：磷酸鈣、磷灰石等，我國的磷礦石主要分布在云、貴、川、湘四省。磷的制備常采用電爐還原法。目前我國黃磷的總產(chǎn)量居世界首位，共有黃磷生產(chǎn)廠上百家。電爐法生產(chǎn)黃磷方法簡(jiǎn)單。即：將磷礦石、硅石和焦炭按一定比例和粒度進(jìn)行配礦并放入電爐中，在1773K下發(fā)生分解、還原等反應(yīng)，磷蒸氣與爐塵一起被冷卻、精制后得到產(chǎn)品，高溫爐渣則直接從電爐中排出。①選礦、配礦磷礦石：[Ca3(PO4)2(F，Cl，OH)]硅石：[SiO2]——溶劑、造渣焦炭：[C]——發(fā)熱劑、還原劑、導(dǎo)體磷礦石22②煉制2Ca3(PO4)2+6SiO2+10C6CaSiO3+P4(蒸氣)

+10CO1773K冷卻黃磷(液態(tài))原料粗磷黃磷(液態(tài))爐渣磷泥尾氣包裝產(chǎn)品高溫電爐蒸餾黃磷(固態(tài))23利用電爐還原法制取黃磷耗能高，固體廢棄物、尾氣排放污染大，嚴(yán)重破壞周邊的生態(tài)環(huán)境。另外，單質(zhì)磷的用途不廣，主要是用于制備磷酸；然后再通過磷酸制備各種磷化工產(chǎn)品。③電爐煉磷的主要問題及治理思路黃磷生產(chǎn)廠區(qū)24電爐冶煉黃磷的尾氣中

CO含量達(dá)90%左右。CO是化學(xué)工業(yè)的重要原料。將CO回收、凈化、提純，經(jīng)羰基合成或變換成合成氣可制取草酸、甲酸、醋酸、甲醇、二甲醚、碳酸二甲酯、合成氨、甲酰胺、甲醛等系列產(chǎn)品。黃磷尾氣凈化生產(chǎn)甲醇【尾氣治理】【改進(jìn)工藝路線】改進(jìn)分離、提純技術(shù)，走“濕法”煉磷路線。磷礦石

磷酸磷酸鹽H2SO425單質(zhì)磷的化學(xué)活性比氮的高，它能與氧發(fā)生激烈反應(yīng)，也能在氯氣中自燃。2.磷的化學(xué)性質(zhì)P4

+3NaOH

+3H2O

＝PH3↑+3NaH2PO2

能被濃硝酸氧化成磷酸P4

+3O2

2P2O32P

+

5CuSO4

+

8H2O

＝

5Cu

+

2H3PO4+

5H2SO4P

+3Cu

＝Cu3P(白磷發(fā)生自燃)P4

+6Cl2

4PCl3(白磷發(fā)生自燃)5HNO3(濃)+P＝H3PO4+5NO2+H2O

白磷能溶解在熱的濃堿液中(次磷酸鈉)

白磷能將某些金屬(如：金、銀、銅、鉛)從其鹽中置換出來。26二、磷的含氧化合物

磷的燃燒產(chǎn)物是五氧化二磷(分子為P4O10)，若氧不足則生成三氧化二磷(分子為P4O6)。五氧化二磷是磷酸的酸酐，三氧化二磷是亞磷酸的酸酐。1.氧化物P4O10+6H2O＝4H3PO4(磷酸)P4O6+6H2O＝4H3PO3(亞磷酸)4P+5O2

P4O10燃燒4P+3O2

P4O6燃燒27⑴五氧化二磷

五氧化二磷單斜晶系，白色粉末狀，Tf=

420℃，在300℃時(shí)升華，有很強(qiáng)的吸水性，在空氣中易潮解，有腐蝕性。五氧化二磷還可從很多物質(zhì)中奪取化合態(tài)的水，使其脫水；與有機(jī)物接觸，會(huì)發(fā)生燃燒。P4O10+6H2SO4＝6SO3+4H3PO4P4O10+12HNO3＝6N2O5+4H3PO428⑵三氧化二磷三氧化二磷(P4O6)白色蠟狀固體，有滑膩感，有潮解性，不穩(wěn)定，易繼續(xù)氧化為P4O10，Tf=23.8℃，Tb=173.8℃，劇毒。

P4O6+O2＝P4O10三氧化二磷在冷水中緩慢反應(yīng)生成亞磷酸，在熱水中反應(yīng)激烈，并發(fā)生岐化。P4O6+6H2O(冷)＝4H3PO3P4O6+6H2O(熱)＝3H3PO4+PH3OOOPOOOPPPP4O6OOOP292.磷的含氧酸磷有多種含氧酸，常見的有如下幾種。名稱正磷酸焦磷酸三磷酸偏磷酸亞磷酸次磷酸化學(xué)式H3PO4H4P2O7H5P3O10(HPO3)nH3PO3H3PO2P的氧化數(shù)+5+5+5+5+3+1正磷酸經(jīng)強(qiáng)熱發(fā)生脫水作用時(shí)，可以生成焦磷酸、三磷酸、偏磷酸或四偏磷酸。HO－P－OH

+H－O－P－OHHO－P－O－P－OH473-573K-H2OOHOHOHOHOOOO焦磷酸⑴正磷酸30OH3HO－P－OH

HO－P－O－P－O－P－OH>573K-2H2OOHOHOHOOO四偏磷酸O三磷酸HO－P－OH

H－O－P－OHHO－P－O－H

HO－P－OHOO－HOHH－OOHOOO-4H2OHO－P－O－P－OHHO－P－O－P－OHOOOOOO多磷酸是磷酸的縮合酸，可以是鏈狀的，也可以是環(huán)狀的。31過磷酸鈣磷酸是一個(gè)三元酸，純磷酸是無色斜方晶體，Tf=

42.3℃。市售商品為82－98％的稠厚液體，中強(qiáng)酸，不揮發(fā)。工業(yè)上常采用磷灰石與濃硫酸作用制取磷酸，但得到的磷酸雜質(zhì)含量較高，只適合用于生成化肥。Ca3(PO4)2+3H2SO4

＝2H3PO4+3CaSO4因磷酸是一個(gè)三元酸，所以可形成正鹽、一氫鹽和二氫鹽；所有的磷酸二氫鹽都易溶于水，而磷酸一氫鹽和正鹽，除鉀、鈉、銨鹽外，一般都不溶于水。磷酸二氫鈣是重要的磷肥及飼料添加劑。Ca3(PO4)2+2H2SO4

＝Ca(H2PO4)2+2CaSO432Ca3(PO4)2+3H2SO4(濃)＝2H3PO4+3CaSO42.制取磷酸過濾粗產(chǎn)品(H3PO4)⑴粗磷酸的制取⑵純磷酸的制取2Ca3(PO4)2+6SiO2+10C＝6CaSiO3+P4(蒸氣)+10CO①煉制黃磷冷卻黃磷②氧化P4+5O2＝2P2O5③水解P2O5+3H2O(熱)＝2H3PO4濃縮、結(jié)晶產(chǎn)品(H3PO4)33偏磷酸的化學(xué)式為HPO3，透明的玻璃狀物質(zhì)，易溶于水，在水溶液中逐漸轉(zhuǎn)為磷酸。⑵偏磷酸HPO3+H2O＝H3PO4O＝P＝OOH常見的偏磷酸有三聚偏磷酸(HPO3)3和四聚偏磷酸(HPO3)4，可由磷酸高溫脫水制得；也可由五氧化二磷與適量的冷水制得。3H3PO4(HPO3)3+3H2O高溫4H3PO4(HPO3)4+4H2O高溫P4O10+2H2O＝(HPO3)434亞磷酸是無色固體，Tf=346K，易溶于水，其濃溶液受強(qiáng)熱時(shí)會(huì)發(fā)生岐化反應(yīng)。⑶亞磷酸4H3PO33H3PO4+PH3Δ亞磷酸是一個(gè)中強(qiáng)二元酸。亞磷酸及其鹽在水溶液中都是強(qiáng)還原劑，很容易將Ag+還原為金屬銀；也能將熱濃硫酸還原為二氧化硫。H－O－P－O－HHOHPO3-+Ag++H2O＝Ag+H3PO4H3PO3+H2SO4＝H3PO4+SO2+H2O亞磷酸可由三氧化二磷與水緩慢反應(yīng)制得，也可由三氯化磷水解制得。P4O6+6H2O

＝4H3PO3PCl3+3H2O

＝H3PO3+3HCl35⑷次磷酸Ba(H2PO2)2+H2SO4＝2H3PO2+BaSO4↓次磷酸是一個(gè)中強(qiáng)一元酸，分子中的磷原子直接與兩個(gè)氫原子鍵合。H－O－P－HHOH3PO2+H2O

H3O++H2PO2-Ka=1.0×10-2H3PO4H3PO3H3PO2PPH3EA0在次磷酸鋇溶液中加入硫酸，可得到次磷酸。次磷酸及其鹽都是還原劑。-0.276-0.50-0.51-0.06PO43-HPO32-H2PO2-PPH3EB0-1.12-1.57-2.05-0.8936三、磷的其它化合物

磷可以和鹵素單質(zhì)直接化合形成相應(yīng)的鹵化物。磷的鹵化物一般有PX3和PX5兩種形式。鹵化物形態(tài)Tf(K)Tb(K)-ΔH(kJ/mol)PF3g，無色121.5171.5——PCl3l，無色161348.5306.5PBr3l，無色233446150.3PI3s，紅色334分解45.6PF5g，無色190198——PCl5s，無色166.8(分解)435(升華)398.9PBr5s，黃、紅兩種變體173分解276.31.磷的鹵化物注：五碘化磷(PI5)難以生成37⑴三氯化磷

三氯化磷(PCl3)分子為三角錐構(gòu)型，C3V點(diǎn)群。分子中磷原子以sp不等性雜化軌道成鍵，有1孤電子對(duì)。因此，PCl3可以與金屬離子形成配合物。三氯化磷易水解，遇潮濕空氣發(fā)煙（鹽酸霧）。PCl3+3H2O

＝H3PO3

+3HClClClPCl100°三角錐構(gòu)型

三氯化磷有毒，有刺激性和強(qiáng)腐蝕性。遇水發(fā)生激烈反應(yīng)，可引起爆炸。吸入三氯化磷氣體后能使結(jié)膜發(fā)炎，喉痛及眼睛組織破壞，對(duì)肺和黏膜都有刺激作用。38⑸五氯化磷

過量的氯與三氯化磷反應(yīng)生成五氯化磷；五氯化磷加熱到433K時(shí)升華，并分解。PCl3+Cl2

PCl5433K

五氯化磷分子中的磷原子是以sp3d雜化軌道參與成鍵，為三角雙錐構(gòu)型。五氯化磷的性質(zhì)與三氯化磷相似，易水解，中等毒性。PCl5+H2O＝HCl+POCl3PCl5+4H2O＝H3PO4

+5HCl（水量不足）三氯氧磷PClClClClCl三角雙錐構(gòu)型（水過量）392.磷化氫磷與氫可組成一系列氫化物(如：PH3、P2H4、P12H10等)，其中最重要的是磷化氫——膦(PH3)。磷化氫是一種無色、劇毒氣體，有類似大蒜的臭味，Tf=-133.75℃，Tb=-89.72℃，能與氧氣自發(fā)反應(yīng)并自燃（平常制得的磷化氫中含有更活潑易自燃的