Урок по теме: "Положение азота и фосфора в периодической системе химических элементов, строение их атомов. Азот, физические и химические свойства, получение и применение"

Дата_____________                                                 Класс_______________



Тема: Положение азота и фосфора в периодической системе химических элементов, строение их атомов. Азот, физические и химические свойства, получение и применение.



Цели урока: расширить и углубить знания учащихся о периодической системе химических элементов, строении атомов на примере характеристики элементов пятой группы главной подгруппы, строении и свойствах простых веществ (азота и фосфора); знать химические и физические свойства азота и фосфора.



Ход урока



1. Организационный момент урока.

2. Изучение нового материала.

Общая характеристика химических элементов подгруппы азота

Подгруппа азота (пниктогены) – V группа, главная подгруппа «А» - азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут.

НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ

Содержание в земной коре: азот - 0,01%, фосфор - 0,08%, мышьяк - 0,0006%, сурьма - 0,0004%, висмут - 0,00002%

 Свойства элементов V-A подгруппы

Элемент

Азот
N

Фосфор
Р

Мышьяк
As

Сурьма
Sb

Висмут
Bi

Свойство











Порядковый номер элемента

7

15

33

51

83

Относительная атомная масса

14,007

30,974

74,922

121,75

208,980

Температура плавления,С0

-210

44,1
(белый)

817
(4МПа)

631

271

Температура кипения,С0

-196

280
(белый)

613

1380

1560

Плотность г/см3

0,96
(твёрдый)

1,82
(белый)

5,72

6,68

9,80

Степени окисления

+5, +3,-3

+5, +3,-3

+5, +3,-3

+5, +3,-3

+5, +3,-3

1. Строение атомов химических элементов

Название

химического

элемента

Схема строения атома

Электронное строение последнего энергоуровня

Формула высшего оксида R2O5

Формула летучего водородного соединения

RH3

1. Азот

N+7)2)5

…2s22p3

N2O5

NH3

2. Фосфор

P+15)2)8)5

…3s23p3

P2O5

PH3

3. Мышьяк

As+33)2)8)18)5

…4s24p3

As2O5

AsH3

4. Сурьма

Sb+51)2)8)18)18)5

…5s25p3

Sb2O5

SbH3

5. Висмут

Bi+83)2)8)18)32)18)5

…6s26p3

Bi2O5

BiH3




Наличие трех неспаренных электронов на внешнем энергетическом уровне объясняет то, что в нормальном, невозбужденном состоянии валентность элементов подгруппы азота равна трем.

У атомов элементов подгруппы азота (кроме азота - внешний уровень азота состоит только из двух подуровней - 2s и 2p) на внешних энергетических уровнях имеются вакантные ячейки d-подуровня, поэтому они могут распарить один электрон с s-подуровня и перенести его на d-подуровень. Таким образом, валентность фосфора, мышьяка, сурьмы и висмута равна 5.

Элементы группы азота образуют с водородом соединения состава RH3, а с кислородом оксиды вида - R2O3 и R2O5. Оксидам соответствуют кислоты HRO2 и HRO3 (и ортокислоты H3PO4, кроме азота). 

Высшая степень окисления этих элементов равна +5, а низшая -3. 

Так как заряд ядра атомов увеличивается, число электронов на внешнем уровне постоянно, число энергетических уровней в атомах растёт и радиус атома увеличивается от азота к висмуту, притяжение отрицательных электронов к положительному ядру ослабевает и способность к отдаче электронов увеличивается, и, следовательно, в подгруппе азота с ростом порядкового номера неметаллические свойства убывают, а металлические усиливаются. 

Азот - неметалл, висмут - металл. От азота к висмуту прочность соединений RH3 уменьшается, а прочность кислородных соединений возрастает.

Наибольшее значение среди элементов подгруппы азота имеют азот и фосфор .

 

Азот, физические и химические свойства, получение и применение

1. Азот – химический элемент

 

N +7)2)5

1s22s22p3 незавершённый внешний уровень, p-элемент, неметалл

Ar(N)=14

 

2. Возможные степени окисления

Из-за наличия трёх неспаренных электронов азот очень активен, находится только в виде соединений. Азот проявляет в соединениях степени окисления от «-3» до «+5»




3. Азот – простое вещество, строение молекулы, физические свойства

Азо́т (от греч. ἀζωτος — безжизненный, лат. Nitrogenium), вместо предыдущих названий («флогистированный», «мефитический» и «испорченный» воздух) предложил в 1787 году Антуан Лавуазье. Как показано выше, в то время уже было известно, что азот не поддерживает ни горения, ни дыхания. Это свойство и сочли наиболее важным. Хотя впоследствии выяснилось, что азот, наоборот, крайне необходим для всех живых существ, название сохранилось во французском и русском языках.

N2 – ковалентная неполярная связь, тройная (σ, 2π), молекулярная кристаллическая решётка

 

Тройная

связь

Энергия

связи

945 кДж/моль

 

Вывод:

1. Малая реакционная способность при обычной температуре

2. Газ, без цвета, запаха, легче воздуха 

Mr(Bоздуха)/Mr(N2) = 29/28

 

4. Химические свойства азота

 

N – окислитель ( 0 → -3)



N – восстановитель (0 → +5)

1. С металлами образуютсянитриды MxNy

- при нагревании с Mg и щелочно-земельными и щелочными: 

3Сa + N2 t= Ca3N2

- c Li при к t комнатной

Нитриды разлагаются водой

Са3N2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2NH3

2. С водородом

3H2+N2  ↔ 2NH3 

(условия - T, p, kat)

 

               

N2 + O2  ↔ 2 NO – Q  

(при t= 2000 C)

 

Азот не реагирует с серой, углеродом, фосфором, кремнием и некоторыми другими неметаллами.

 

 

5. Получение:

В промышленности азот получают из воздуха. Для этого воздух сначала охлаждают, сжижают, а жидкий воздух подвергают перегонке (дистилляции). Температура кипения азота немного ниже (–195,8°C), чем другого компонента воздуха — кислорода (–182,9°C), поэтому при осторожном нагревании жидкого воздуха азот испаряется первым. Потребителям газообразный азот поставляют в сжатом виде (150 атм. или 15 МПа) в черных баллонах, имеющих желтую надпись «азот». Хранят жидкий азот в сосудах Дьюара.

В лаборатории чистый («химический») азот получают добавляя при нагревании насыщенный раствор хлорида аммония NH4Cl к твердому нитриту натрия NaNO2:

NaNO2 + NH4Cl = NaCl + N2 + 2H2O.

Можно также нагревать твердый нитрит аммония:

NH4NO2 = N2 + 2H2O.  

6. Применение:

В промышленности газ азот используют главным образом для получения аммиака. Как химически инертный газ азот применяют для обеспечения инертной среды в различных химических и металлургических процессах, при перекачке горючих жидкостей. Жидкий азот широко используют как хладагент, его применяют в медицине, особенно в косметологии. Важное значение в поддержании плодородия почв имеют азотные минеральные удобрения.

 

7. Биологическая роль

Азот является элементом, необходимым для существования животных и растений, он входит в состав белков (16—18 % по массе),аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла,гемоглобина и др. В составе живых клеток по числу атомов азота около 2%, по массовой доле - около 2,5 % (четвертое место после водорода, углерода и кислорода). В связи с этим значительное количество связанного азота содержится в живых организмах, «мёртвой органике» и дисперсном веществе морей и океанов. Это количество оценивается примерно в 1,9·1011 т. В результате процессов гниения и разложения азотсодержащей органики, при условии благоприятных факторов окружающей среды, могут образоваться природные залежи полезных ископаемых, содержащие азот, например, «чилийская селитра» (нитрат натрия с примесями других соединений), норвежская, индийская селитры.



3. Закрепление изученного материала

№1.  Осуществите превращения по схеме:

N2→Li3N→NH3



№2.  Составьте уравнения реакции взаимодействия азота с кислородом, магнием и водородом. Для каждой реакции составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.

№3. В одном цилиндре находится газ азот, в другом - кислород, а в третьем - углекислый газ. Как различить эти газы?



№4. В некоторых горючих газах содержится в виде примеси свободный азот. Может ли при сгорании таких газов в обыкновенных газовых плитах образоваться оксид азота (II). Почему?



4. Домашнее задание

П. 15-16, упр.1-5 на стр.52