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氮族元素

元素周期表ⅤA 族的元素

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。

基本介绍
氮族元素在地壳中的质量分数分别为，氮0.0025%，磷0.1%，砷0.000015%，锑0.000002%，铋0.00000048%。
氮族元素原子结构特点是：原子的最外电子层上都有5个电子，这就决定了它们均处在周期表中第ⅤA族。它们的最高正价均为+5价，若能形成气态氢化物，则它们除氮、磷元素的氧化数为-3外，其他均为+3，气态氢化物化学式可用RH3表示。最高氧化物的化学式可用R2O5表示，其对应水化物为酸。它们中大部分是非金属元素。
性质
氮族元素随着原子序数的增加，由于它们电子层数逐渐增加，原子半径逐渐增大，最终导致原子核对最外层电子的作用力逐渐减弱，原子获得电子的趋势逐渐减弱，因而元素的非金属性也逐渐减弱。比较明显的表现是它们的气态氢化物稳定性逐渐减弱（NH3>PH3>AsH3）；它们的最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱（HNO3>H3PO4>H3AsO4）；另一方面，随着原子序数的增加，原子失去电子的趋势逐渐增强，元素的金属性逐渐增强，砷虽是非金属，却已表现出某些金属性，而锑、铋却明显表现出金属性。
氮族元素在性质上表现出从典型的非金属元素到典型的金属元素的一个完整的过渡。N 和 P 是非金属元素，Sb 和 Bi为金属元素，处于中间的As 为准金属元素。本族元素的价层电子构型为ns2、np3，主要氧化数有- 3 、+ 3 、+ 5。自上而下氧化数为+3 的物质稳定性增加，而 +5 氧化态的物质稳定性降低。这是因为自上而下过渡到铋时，由于铋原子半径较大，成键时电子云重叠程度较小，铋原子出现了4f 和 5d 能级，而 f、d 电子对原子核的屏蔽作用较小，6S 电子又具有较大的穿透作用，所以6s 能级显著降低，从而使6s 电子成为“惰性电子对”而不易参加成键，铋常显+3 价。这种自上而下低氧化态比高氧化态物质稳定的现象，称为惰性电子对效应。
本族元素的成键特征是易形成共价键，这是因为它们同周期系中的前后元素相比，各有相对较高的电离能，共价性较强它们形成-3 价离子比较困难，仅有电负性较大的N 、P 可形成极少数-3 价离子型化合物，但在水溶液中因水解不会存在水合离子。本族元素形成+3 价离子的可能性也很小，只有半径较大的Sb 和Bi能形成 +3 价离子型化合物 。 另外，本族元素既可提供电子对作为配体，又可接受其他配体的电子对作为中心原子形成配位化合物。
氮气
物理性质
氮气是无色无臭的气体，熔点是63 K，沸点是77 K，临界温度是126 K，难于液化。溶解度很小，常压下在283 K 时一体积水可溶解0.02体积的氮气。
制备
工业上通过分馏液态空气制得氮气。实验室里用加热氯化铵饱和溶液和固体亚硝酸钠的混合物的方法制备氮气。
化学性质
氮分子中存在氮氮叁键，键能很大（941 KJ/mol），以至于加热到3273K时仅有0.1%离解，氮分子是已知双原子分子中最稳定的。氮气是CO的等电子体，在结构和性质上有许多相似之处。
不同活性的金属与氮气的反应情况不同。与碱金属在常温下直接化合；与碱土金属 —般需要在髙温下化合；与其他族元素的单质反应则需要更高的反应条件。
应用
目前，人类能够有效利用氮气的主要途径是合成氨，但要求条件很高。近年来，人们在竭力弄清植物固氮的机理，争取用化学的方法模拟生物固氮，来实现在温和条件下开发利用空气中的氮资源。
氮氧化物
种类：N2O（俗称 笑气）， NO， N2Oз（可遇水生成HNO2）， NO2 ，N2O4，
N2O5（遇水生成HNOз）
NO
物理性质：无色无味有毒气体 密度略大于空气 难溶于水。
化学性质：2NO+O2=2NO2
制备：实验室制法，3Cu+8HNO3（稀）=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
NO2
物理性质：红棕色有刺激性气味 气体 有毒 密度大于空气。
化学性质：不稳定 2NO2常温易变成N2O4
与水反应，3NO2+H2O=2HNOз+NO
化学反应
关于氮族元素的化学方程式见下
氮气
氮气与金属反应：3Mg + N2——→（点燃）Mg3N2
大气固氮：N2+O2——→2NO ；2NO+O2——→2NO2 ；3NO2+H2O——→2HNO3+NO
氨
合成氨（人工固氮，工业制氨气）：N2+ 3H2—高温高压、催化剂→2NH3
实验室制氨气：2NH4Cl + Ca（OH）2——→CaCl2+2 NH3↑+H2O
氨气溶于水：NH3+ H2O——→NH3 ·H2O
氨水受热分解：NH3·H2O——→NH3↑ +H2O
氨气与盐酸的反应（弱碱性）：NH3+HCl——→NH4Cl
氨气与硫酸的反应（弱碱性）：2NH3+H2SO4——→（NH4）2SO4
氨气与氯气的反应（还原性）：8NH3+3Cl2——→6NH4Cl+N2
干燥铵盐使用碱石灰（CaO和NaOH的混合物） 氨气与氧化铜在加热的条件下反应 ，生成H2O，N2，Cu
铵盐
NH4Cl——→NH3 ↑ + HCl↑
NH3+HCl——→NH4Cl (氨气和氯化氢气体相遇有白烟产生)
NH4HCO3——→NH3↑+H2O +CO2↑（碳铵要阴天深施的原因）
NH4++ OH－——→NH3↑+ H2O ( 铵根离子的检验)
硝酸
制备（工业）
4NH3+ 5O2—催化剂、△→4NO +6H2O
2NO + O2——→2NO2
3NO2+ H2O——→ 2HNO3+ NO↑
实验室
2NaNO3+H2SO4—加热→Na2SO4+2HNO3
化学性质
（1）不稳定性
4HNO3——→ 2H2O+ 4NO2↑+O2↑
（2）强氧化性
Cu + 4HNO3（浓）——→ Cu(NO3)2+ 2NO2↑ + 2H2O
3Cu + 8HNO3（稀） ——→ 3Cu(NO3)2+ 2NO ↑ + 4H2O
C （灼热）+ 4HNO3（浓） ——→ CO2↑ + 4NO2↑ + 2H2O
2HNO3+3H2SO3=3H2SO4+2NO↑+H2O
（3）挥发性
（4）酸的通性
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