考点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
 |
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
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：
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”（2004年高考理综27小题）。
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
=1∶2时生成Na2HPO4
=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
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
剩余气体
=4:1
4NO2+O2+H2O=4HNO3
无
<4:1
4NO2+O2+H2O=4HNO3
O2
>4:1
4NO2+O2+H2O=4HNO3
3NO2+H2O=2H2NO3+NO
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
发生的化学反应
剩余气体
=4:3
4NO+3O2+H2O=4HNO3
无
<4:3
4NO+3O2+H2O=4HNO3
O2
>4:3
4NO+3O2+H2O=4HNO3
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
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．（2001春季北京、内蒙、安徽高考）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
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.
C.
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.（2001年全国高考题）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?
C.PH3的还原性大于NH3?
D.氮气的化学性质比磷活泼
5.新电灯泡的玻璃柱上涂有一点暗红色物质，以除去灯泡内残留的氧，该物质是?
A.Cu2O B.Fe2O3?
C.红磷 D.铜粉
6.红磷和白磷在一定条件下可以相互转化，这一变化属于?
A.物理变化 B.化学变化?
C.氧化还原反应 D.分解反应
7.在两密闭容器中分别盛有
A.5∶4 B.4∶5?
C.4∶3 D.3∶5
8.将（NH4）2CO3加热全部气化后，将气体先通过Na2O2，固体质量增加x g，再通过浓H2SO4，溶液质量增加y g；若先通过浓H2SO4，溶液增重z g，再通过Na2O2,固体质量增加w g，则x、y、z、w的质量大小排列顺序正确的是
A.x＞y＞z＞w B.w＞z＞y＞x
C.y=z＞x=w D.z＞y＞x＞w
9.在一定温度和压强下，将一支容积为15 mL的试管充满NO2后，倒置于一个盛水的水槽中，当试管内液面上升至一定高度不再变化时，在相同条件下再通入O2，若要使试管内的液面仍保持在原高度，则通入O2的体积为
A.3.75 mL B.7.5 mL?
C.8.75 mL D.10.5 mL?
10.在下列反应中，氨作氧化剂的是?
A.8NH3＋3Br2===6NH4Br＋N2?
B.2NH3＋H2S===(NH4)2S?
C.2NH3＋2Na===2NaNH2＋H2?
D.NH3＋NaH===NaNH2＋H2?
11.下列关于磷及其化合物的叙述不正确的是?
A.红磷用于制造安全火柴、农药和燃烧弹?
B.磷酸二氢盐都易溶于水?
C.磷酸是三元酸，比硝酸的酸性强?
D.P2O5溶于热水生成磷酸，溶于冷水生成偏磷酸
12.下列制氮气的方法中，不合理的是?
A.分离液态空气?
B.加热使NH3分解?
C.将空气通过足量灼热的铜网?
D.将空气通过加热的镁粉
13.把等质量的镁分别放在下列气体中完全燃烧：①纯O2中，②空气中，③CO2中，
④Cl2中，⑤N2中，得到固体物质的质量分别为：m1、m2、m3、m4、m5，其由大到小的关系正确的是
A.①②③⑤④ B.④③①②⑤?
C.④③②①⑤ D.④①③②⑤?
14.关于磷的下列叙述中，正确的是?
①红磷没有毒性而白磷剧毒
②白磷在空气中加热到
⑥白磷为非金属单质，其晶体为正四面体型的原子晶体?
A.①②③ B.②③④?
C.①③④ D.③⑤⑥?
15.为了测知红磷在氯气中燃烧的产物，可以根据它的质量增加来确定。现有红磷
A.只有PCl3 B.只有PCl5?
C. PCl3和PCl5 D.无法确定
二、非选择题（共55分）?
16.(8分)第ⅤA族某元素的单质
17.(9分)雷雨时，从天空落下的雨水中常含有少量硝酸，其原因是(用化学方程式表示)：
①
②
③
18.(8分)实验室合成氨装置如下图。试回答：?
装置甲的作用是：?
①
②
从乙处导出的气体是 ，检验产物的简单化学方法是 。
19.(10分)如右所示A、B、C、D、E变化关系网，均省去了反应所需条件，?
(1)如果A为气体单质，则：A ，B ，C ，D ，E 。
(2)如果A为固体单质，则：?
A ，B ，C ，D ，E 。(均填分子式)
20.(11分)实验室常用饱和NaNO2与NH4Cl溶液反应制取纯净氮气，反应式为：NH4Cl＋NaNO2
NaCl＋N2↑＋2H2O，ΔH＜0，实验装置如下图所示，试回答：?
(1)装置中A部分的分液漏斗与蒸馏烧瓶之间连接的导管所起的作用是 (填写编号)。
a.防止NaNO2饱和溶液蒸发?
b.保证实验装置不漏气?
c.使NaNO2饱和溶液容易滴下?
(2)B部分的作用是 。
a.冷凝 b.冷却氮气 c.缓冲氮气流?
(3)加热前必须进行的一个操作步骤是 ；加热片刻后，即应移去酒精灯以防反应物冲出，其原因是 。
(4)收集N2前，必须进行的操作步骤是(用文字说明) 。收集N2最适宜的方法是(填写编号) 。
a.用排气法收集在集气瓶中?
b.用排水法收集在集气瓶中?
c.直接收集在球胆或塑料袋中
21.（9分）实验室用稀硝酸与铜反应来制备NO气体，如果采用（Ⅰ)装置（烧瓶内加入稀硝酸和铜片，必要时可加热）。实验效果不十分理想，因为从观察到的现象不能有力证明反应产物是NO；有人设计了（Ⅱ)装置（橡皮塞下端连有铜丝圈），用来做该实验可以达到满意的效果。
（1）用Ⅰ装置做实验时，用排水法收集到的气体的颜色为 色；实验过程中由于观察到 现象，而不能有力证明反应产物是NO。?
（2）用Ⅱ装置做实验时，将有关操作补充完全：?
①将分液漏斗的活塞打开，从U形管的B侧管口注入稀硝酸，一直注到 为止。
②关闭活塞，用酒精灯在U形管的A侧加热，当 时，立即撤去酒精灯。
（3）回答下列问题：?
①反应在什么情况下可以自动停止？可在何处观察到无色的NO气体？?
②如果再将分液漏斗的活塞慢慢打开，可立即观察到哪些明显现象？
一、1.D?
2.解析：氮的固定是把单质氮转变成化合物的氮的过程。?
答案：A?
3.B 4.AC?
5.解析：反应消耗灯泡内少许氧气。?
答案：C?
6.B?
7.解析：依反应方程式进行过量与适量的判断后计算。?
答案：B?
8.D 9.C 10.CD 11.C 12.BD?
13.解析：用差量法求解比较方便，但注意2Mg+CO2===2MgO+C，固体物质是两部分。
答案：B?
14.C 15.C?
17.①N2＋O2
2NO
②2NO＋O2===2NO2?
③3NO2＋H2O===2HNO3＋NO↑?
18.①干燥气体 ②使两种气体充分混合,并通过观察气泡以调节氢气、氮气流速 NH3及N2和H2的混合物 用湿润的红色石蕊试纸检验气体，试纸变蓝(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)检查装置的气密性 本反应为放热反应 (4)将系统内空气排尽 c?
21.（1）无 烧瓶内有红棕色气体?
（2）①单孔塞下沿与液面间不留有空隙（无气泡存在） ②铜丝上有气泡产生?
（3）①当产生的NO气体将稀HNO3排入U型管B侧管内使铜丝网与稀HNO3脱离后反应会立即停止；在U型管A侧管中可观察到无色的NO气体。②U型管的B侧管中的稀HNO3又回到A侧管内，分液漏斗中有红棕色气体出现。