高中化学58个考点精讲 23、氮和磷
1．复习重点
1． 氮族元素性质的相似性和递变规律； 2． 氮气的分子结构及其化学性质； 3． 磷的两种同素异形体的有关性质。 2．难点聚焦 1．知识要点：
一． 氮族元素
1．氮族元素的原子结构与性质
（1）周期表中的位置：第VA族（N、P、As、Sb、Bi） （2）原子结构：
－
相同点：最外层电子数相同（5e）
不同点：电子层数不同，原子半半径依次增大 （3）主要性质：
①相似性：a、最高价态为＋5，负价为－3，能形成氢化物RH3，Sb、Bi无负价；最高价氧化对应水化物HRO3或H3RO4 呈酸性。
②递变性：（按原子序数增大顺序）：a、原子半径由小到大；b、氢化物的稳定性由强到弱；c、最高价含氧酸的酸性由强到弱；d、非金属性由强到弱，且比同周期卤族元素、氧族元素弱，金属性渐强。
2．氮气的性质
（1）氮气的物理性质：无色无味，不溶于水比空气略轻的气体。 （2）氮气的化学性质：
分子中N≡N非常牢固，通常情况下不易与其他物质反应。 N2 与氢气反应生成NH3（高温高压铁触媒）
与氧气在放电条件下生成NO 点燃
与活泼金属反应 3Mg+N2 Mg3N2
(3)氮气的用途：
工业上合成氨制硝酸；用作保护气，用于：焊接金属、填充灯泡、保鲜食品；医学上用于冷冻麻醉；高科技中用液氮制造低温环境等。 3．磷的同素异形体：白磷和红磷 名称 白磷 红磷 分子结构 分子式P4、正四面体型、键角60° 分子晶体、结构复杂 颜色状态 白色或黄色固体 暗红色粉末或固体 溶解性 不溶于水，易溶于CS2 不溶于水，不溶于CS2 毒性 剧毒 无毒 着火点 40℃ 240℃ 保存方法 保存在水中 密封 相互转化 4．磷及其化合物的性质
（1）磷单质的化学性质和用途
4P+5O2 2P2O5 2P＋3Cl2 2PCl3（l） 2P＋3Cl2 2PCl5（s） 用途：制高纯度磷酸、红磷用于制农药、安全火柴、白磷制造燃烧弹和烟幕弹。 （2）磷的化合物
①P2O5：极易溶于水，是较好的干燥剂（吸湿性很强）能与水作用：
1
P2O5+H2O（冷）=2HPO3（剧毒） P2O5+3H2O（热）=2H3PO4（无毒）
②H3PO4：无色晶体，与水任意比例互溶，有吸湿性，可作干燥剂，属非氧化性酸，沸点高。 化学性质：具有酸的通性，是三元中强酸，是一种高沸点酸。能与碱中和、与NaBr、NaI作用。 ③磷酸盐：
溶解性：磷酸二氢盐均易溶于水，溶液呈酸性；磷酸盐和磷酸一氢盐除钾、钠、铵盐外不溶于水。 相互转化：
磷酸盐 磷 酸一氢盐 磷 酸二氢盐
2．原理、规律、疑难剖析：
1．氮族元素最外层电子都是5个，主要显+5、+3、－3价。本族元素形成的+3、－3价化合物中其原子已达到稳定结构，如NH3、PCl3、BiCl3、Mg3N2。
2．在氮族元素中氮和其它元素比较，有很大的特殊性，它的主要化合价有－3、+1、+2、+3、+4、+5等多种氮元素能以不同的价态与氧结合，可以形成多种氧化物：N2O、NO、N2O3、N2O4、NO2、N2O5。在这些氧化物中NO2和N2O4可以通过非氧化还原反应相互转化：2NO2 N2O4。
有关氮的氧化物知识应注意：
①NO是一种无色无味气体，能与人血液中的血红蛋白结合而使人中毒。接触空气后立即被氧化为NO2
而变红棕色，收集NO气体必须用排水集气法。实验室中制NO气体是铜与硝酸反应：
3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
NO在神经信号传递、血压生理调控、血流量控制、免疫调节、抵抗感染等方面起到了重要作用，被称为“明星分子”或“信使分子”。
②NO2是一种红棕色、具有剌激性气味、有毒的气体。它与水反应，而易溶于水： 3NO2+2H2O=2HNO3+NO↑
在反应中NO2既是氧化剂又是还原剂。
在NO2中，因N的价态较高，它的氧化性较强，NO2能氧化SO2、KI等物质：NO2+SO2=SO3+H2O NO2+2KI=2KNO2+I2（NO2能使湿润的淀粉KI试纸为蓝） ③ 隐含反应2NO2 N2O4的应用：
在实验测定NO2、N2O4的相对分子质量、比较相同条件下相同物质的量的气体体积大小，以及涉及到
NO2气体的颜色深浅、压强、密度等方面时要考虑此反应。
3．磷酸与碱反应的规律：
=1∶1时生成NaH2PO4
n(H3PO4)=1∶2时生成Na2HPO4 n(NaOH) =1∶3时生成Na3PO4
介于1∶1和1∶2之间，则生成 NaH2PO4和Na2HPO4的混合物
介于1∶2和1∶3之间，则生成Na2HPO4和Na3PO4的混合物。 3．例题精讲
有关NO、NO2、O2的混合气体和水反应的计算
基本反应 ： 2NO+O2=2NO2------------------（1） 3NO2+H2O=2H2NO3+NO------（2） 1、NO（N2）、NO2混合气体与水反应
例1． 将20ml充满NO和NO2的混合气体的试管倒立于盛水的水槽中，充分反应后，剩余气体的体积变为10ml，求原混合气体中NO和NO2 各占多少毫升？
解析：NO不与水反应，NO2与水反应时每一体积的NO2会生成1/3体积的NO ，所以剩余的气体为未参加反应的NO 和生成的NO
解法一：设原混合气体中含NO2 xml ，则含NO（20-x）ml 3NO2+H2O=2H2NO3+NO 3 1 x y
3/x=1/y解之得：y=x/3 由题意得：（20-x）+x/3=10 解得x=15ml 则原NO的体积 20-15=5ml 答：（略） 解法二： （差量法）设原混合气体中含NO2气体xml 3NO2+H2O=2H2NO3+NO △V
2
3 （3-1） x (20-10)
3/x=(3-1)/(20-10) 解得 x=15ml 答：（略） 2、NO2和O2 的混合气体与水的反应 关系式：4NO2+O2+H2O=4HNO3 将（2）×2-（1）得到，目的：消去中间产物NO） 讨论如下：
NO2与O2的体积比 发生的化学反应 =4:1 <4:1 >4:1 4NO2+O2+H2O=4HNO3 4NO2+O2+H2O=4HNO3 剩余气体 无 O2 4NO2+O2+H2O=4HNO3 NO 3NO2+H2O=2H2NO3+NO 例2.将充满NO2和O2的混合气体的量筒倒置于水中，充分反应后，保持气体压强不变，水进入至量筒体积的一半处停止了，则原混合气体中NO2和O2的体积比是多少？
解析：NO2和O2的体积比不等于4:1，则需讨论NO2和O2分别过量时的两种情况 设混合气体的体积为1，混合气体中NO2的体积为x，则O2为(1- x) （1）假定原混合气体中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) 假定原混合气体中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) 暂时剩余NO2：1-[4(1-x)+(1-x)]=5x-4 由反应式：3NO2+H2O=2H2NO3+NO可知 最后剩余NO ：（5x-4）/3
由（5x-4）/3=1/2得 x=11/10(不合题意，舍去)
小结： NO2和O2的混合气体与水反应时，当剩余气体的体积大于原混合气体体积的1/3时，只有一个条件：V（NO2）:V（O2）>4:1（此结论由同学们自行证明） 3、NO与O2分别通入水中
关系式：4NO+3O2+H2O=4HNO3 讨论如下：
NO与O2的体积比 =4:3 <4:3 >4:3 发生的化学反应 4NO+3O2+H2O=4HNO3 4NO+3O2+H2O=4HNO3 4NO+3O2+H2O=4HNO3 剩余气体 无 O2 NO 例3.一定条件下，将等体积的NO和O2混合于一试管中，然后将试管倒立于盛有水的水槽中，充分反应后剩余气体的体积与原混合气体的体积之比是多少？
解析： 因为混合气体中NO和O2的体积比<4:3，则剩余气体为O2 设混合气体中NO 的体积为x，则O2的体积也为x
4NO+3O2+H2O=4HNO3
3
4 3 x y
4/ x =3 / y 解得：y=3x/4 剩余的O2为x-3x/4=x/4
它与原混合气体的体积比为x/4:2x=1:8
4、NO2、NO、O2的混合气体与水反应 关系式： V（O2）= V（NO2）/4+ 3V（NO）/4
特例，当V（NO）: V（NO2）::V（O2）=1:1:1时，混合气体全部与水反应，无气体剩余。
例4.常温下盛有10mlNO2和10mlNO组成的混合气体的大试管倒立于水中，当缓缓通入O2一段时间后，试管内残留2ml气体，则通入O2体积可能为多少毫升
解析：残留2ml气体可能是NO也有可能是O2，应予以讨论
（1）若残留气体是NO ，则转化为HNO3的NO为10ml-2ml=8ml 则：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
共耗氧气V（O2）=2.5ml+6ml=8.5ml (2)若残留气体2ml是O2，则：
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．关于非金属N、O、Cl、P的叙述，正确的是（ ） A．在通常情况下其单质均为气体 B． 其单质均由双原子分子组成 C． 都属于主族元素 D． 每种元素公生成一种氢化物
解析：N、O、Cl通常情况下单质为气体，且为双原子分子，而P不是，白磷为P4分子，其中N的氢化物有NH3、N2H4等，O的氧化物有H2O、H2O2，所以A、B、D选项均不正确。正确答案为C。
例6．氮气与其他单质化合一般需要高温，有时还需高压等条件，但金属锂在常温、常压下就能与氮气化合生成氮化锂，这是因为（ ）
①此反应可能是吸热反应 ②此反应可能是放热反应
③此反应可能是氮分子不必先分解成为原子④此反应前可能氮分子先分解成为原子 A．①② B．②④ C．②③ D．①④
解析：氮分子中存在N≡N，键能很大，非常
牢固，通常情况下很难断裂N≡N键成为氮原子与其他物质反应，如果氮分子能与这种物质容易反应，只可能是氮分子不必先分解为氮原子这种情况；另外化学反应中放热反应一般比较容易发生。综上所述正确选项应为C选项。
例7．（2002年南京市模拟题）工业废气的氮
氧化物（如NO、NO2等，用通式NOx表示）是主要的大气污染物之一。为了保护环境，工业上常通入氨气与之发生如下反应：
NOx+NH3 N2+H2O
4
有关此反应，下列说法中错误的是（ ） A．N2既是氧化产物又是还原产物 B． 当x=1时，每生成2.5mol N2，被氧化的 气体有3mol
C．当x=2时，有1mol气体被还原，转移电子4mol D．反应通式配平表示为：
6 NOx +4x NH3 = （3+2x）N2+6x H2O
解析：分析平配平方程式得到A、D选项均正确，将x=1代入6 NOx +4x NH3 = （3+2x）N2+6x H2O中得到6NO+4NH3=5 N2+6H2O 分析可知：每生成5mol，被氧化的气体有4mol（被氧化的气体为NH3），则每生成2.5mol N2，被氧化的气体只有2mol。同理可推得C选项正确。所以，答案应为选项B。
例8．（1994·全国·17）已知磷酸分子
（ ）中的三个氢原子都可以跟重
水分子（D2O）中的D原子发生氢交换。又知次磷酸（H3PO2）也可以跟D2O进行氢交换，但次磷酸钠（NaH2PO2）却不能再跟D2O发生氢交换。由此可推断H3PO2的分子结构是（ ）
A. B.
C. D.
解析：题中所给磷酸分子的结构式是给的一个信息：含氧酸中只有与O原子直接结合的H原子才可能电离出H+，即题中所说的与D2O中的D原子发生氢交换。把信息迁移到H3PO2中，由于NaH2PO2不能与D2O进行氢交换，所以H3PO2只是一元酸，因而其结构式中只有一个—OH，再应用O原子只能有两个共价键的基础知识，就不难推出正确选项为B。
4．实战演练
1.有一种磷的结构式是 有关它的下列叙述中不正确的是? A.它完全燃烧时的产物是P2O5 B.它不溶于水?
C.它在常温下呈固态?
D.它与白磷互为同分异构体
2.下列反应起了氮的固定作用的是?
A.N2与H2在一定条件下反应生成NH3? B.NH3经催化氧化生成NO? C.NO与O2反应生成NO2? D.由NH3制碳铵和尿素
3.关于氮族元素的性质，下列推断错误的是?
A.最高价氧化物为R2O5，其水化物化学式为HRO3或H3RO4? B.非金属性：磷＞砷，气态氢化物的还原性：PH3＞AsH3? C.最高价含氧酸的酸性：硒酸＞砷酸＞锗酸? D.所形成的氢化物中BiH3最不稳定? 4.下列比较中正确的是? A.硝酸酸性比磷酸强? B.PH3的稳定性大于NH3?
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