ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 11 класс · § 36
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 36. Элементы VА-группы. Азот и фосфор

Как строение N₂ и разных форм фосфора объясняет их реакционную способность?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Как строение N₂ и разных форм фосфора объясняет их реакционную способность?

Исследуем вместе

Как меняется форма азота

Переключай стадии. На схеме выделяется текущая форма вещества, а подпись у стрелки объясняет, какое условие связывает её со следующей.

Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.

01

Атом N и молекула N₂

Азот имеет атомный номер 7 и распределение электронов 2, 5. В молекуле N₂ атомы соединены тройной ковалентной неполярной связью. Три общие электронные пары прочно удерживают атомы вместе.

Наглядное объяснение

Одинаковая группа не означает одинаковую структуру

ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА N И P

Одинаковая группа не означает одинаковую структуруNNPPPPN≡N: три общие электронные парыP₄: четыре вершины тетраэдраN₂Небольшая молекула стройной связьюПрочная связь затрудняетреакцииБелый фосфор P₄Молекулы из четырёх атомовИное строение и большаяреакционная способность

Красный фосфор имеет более протяжённое строение и отличается от белого. Структуру называют вместе с элементом.

Разрыв такой связи требует значительной энергии, поэтому многие реакции азота идут только при специальных условиях. При этом элемент азот входит в большое число соединений. Низкая реакционная способность N₂ не означает отсутствия химии азота.

Подробности: понятия и примеры
  1. Атом

    N: Z = 7; уровни 2, 5

  2. Молекула

    N≡N

  3. Связь

    Три общие пары, шесть электронов

Азот имеет атомный номер 7 и распределение электронов 2, 5. В молекуле N₂ атомы соединены тройной ковалентной неполярной связью.

02

Главный компонент воздуха

В сухом воздухе азот составляет примерно 78 % объёма. Он бесцветен, не поддерживает обычное горение и сравнительно мало растворяется в воде. Промышленное выделение основано, в частности, на разделении воздуха.

Форма азотаГде встречаетсяЧем отличается
N₂ВоздухУстойчивая двухатомная молекула
NH₄⁺Соли аммонияПоложительный сложный ион
NO₃⁻НитратыОтрицательный сложный ион

Свободный N₂ и связанный азот почвы неравноценны для питания большинства растений. Для включения атмосферного азота в биологические циклы нужны процессы фиксации. В них молекула превращается в соединения, доступные следующим участникам круговорота.

В сухом воздухе азот составляет примерно 78 % объёма. Он бесцветен, не поддерживает обычное горение и сравнительно мало растворяется в воде.

Состав земной атмосферы

Состав воздуха показывает, почему его относят к смесям; в тексте используется округление 78 : 21 : 1.

Dbc334 · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

Модель молекулы аммиака NH₃

Три связи N—H и пирамидальная форма молекулы помогают объяснить её полярность и взаимодействие с водой.

Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

03

Фосфор в группе азота

Фосфор имеет атомный номер 15 и распределение электронов 2, 8, 5. Как и азот, он имеет пять внешних электронов. Характерные степени окисления в соединениях — −3, +3 и +5; конкретное значение зависит от партнёров.

СоединениеСтепень окисления PПричина
Ca₃P₂−3Три Ca по +2
P₂O₃+3Три O по −2
P₂O₅+5Пять O по −2

В природе фосфор обычно связан в соединениях, прежде всего фосфатах. Простое вещество и фосфат-ион PO₄³⁻ существенно различаются по свойствам. Содержание элемента в минерале не означает присутствия в нём свободного фосфора.

Фосфор имеет атомный номер 15 и распределение электронов 2, 8, 5. Как и азот, он имеет пять внешних электронов.

04

Кислород окисляет фосфор

При достаточном количестве O₂ образуется оксид фосфора(V). Школьная запись 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ использует простейшую формулу оксида. Для молекулярной формы более явно P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀.

С кислородом
P: 0 → +5
С кальцием
P: 0 → −3
Учебная формула оксида
P₂O₅ — отношение атомов 2 : 5
Как это понимать

Фосфор повышает степень окисления с 0 до +5 и является восстановителем. С активным металлом, напротив, он может принимать электроны: 3Ca + 2P → Ca₃P₂. Окислительно-восстановительную роль устанавливают по изменению степени. Прочность тройной связи N≡N объясняет малую реакционную способность азота при обычных условиях. Связь с H₂ требует повышенных температуры и давления, а также катализатора. Белый фосфор содержит молекулы P₄; красный имеет полимерное строение и менее реакционноспособен. При избытке кислорода можно записать P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀; формула P₂O₅ передаёт простейшее соотношение элементов.

При достаточном количестве O₂ образуется оксид фосфора(V). Школьная запись 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ использует простейшую формулу оксида.

Соберём главное

Шесть выводов

01Азот имеет атомный номер 7 и распределение электронов 2, 5. В молекуле N₂ атомы соединены тройной ковалентной неполярной связью.
02В сухом воздухе азот составляет примерно 78 % объёма. Он бесцветен, не поддерживает обычное горение и сравнительно мало растворяется в воде.
03Фосфор имеет атомный номер 15 и распределение электронов 2, 8, 5. Как и азот, он имеет пять внешних электронов.
04При достаточном количестве O₂ образуется оксид фосфора(V). Школьная запись 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ использует простейшую формулу оксида.
05Прочность связи N≡N затрудняет реакции азота при обычных условиях. Для его превращений часто нужны специальные условия.
06Белый и красный фосфор имеют разное строение. Их свойства различаются при одинаковой принадлежности к элементу.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Формула простого азота?
2. Связь в N₂?
3. Доля N₂ в сухом воздухе примерно…
4. Почему N₂ малоактивен при обычных условиях?
5. Роль N₂ при получении NH₃?
6. Степень N в NH₃?
7. Белый фосфор содержит…
8. Красный фосфор отличается от белого…
9. Оксид при P₄ + 5O₂…
10. Для синтеза NH₃ из N₂ и H₂ используют…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 36. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 36. Элементы VА-группы. Азот и фосфор.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.

Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.

OpenStax: Chemistry 2e
↑

Загрузка прогресса…