氮及大π键[学校教学]

1、 4. 叠氮酸叠氮酸 （1）分子结构）分子结构 叠氮酸叠氮酸 分子式分子式 HN3 ， 无色液体无色液体。 HN3 的分子构型及键联关系如图的分子构型及键联关系如图 10. 1. 2 氮的氢化物氮的氢化物 11-3-2 11-3-2 氧气和臭氧氧气和臭氧 臭氧臭氧的分子结构的分子结构 2s O 2p sp2杂化杂化 2s O 2p sp2杂化杂化 2s O 2p sp2杂化杂化 键键 4 3 三中心三中心 四电子四电子 大大 键键 此大此大 键为不定域键为不定域 键键 或离域键或离域键 臭氧分子中无单电臭氧分子中无单电 子，为反磁性物质子，为反磁性物质 11-3-2 11-3-2 氧气和臭氧氧

2、气和臭氧 臭氧臭氧的分子结构的分子结构 2s O 2p sp2杂化杂化 2s O 2p sp2杂化杂化 2s O 2p sp2杂化杂化 键键 4 3 三中心三中心 四电子四电子 大大 键键 此大此大 键为不定域键为不定域 键键 或离域键或离域键 臭氧分子中无单电臭氧分子中无单电 子，为反磁性物质子，为反磁性物质 4. 叠氮酸叠氮酸 （1）分子结构）分子结构 叠氮酸叠氮酸 分子式分子式 HN3 ， 无色液体无色液体。 HN3 的分子构型及键联关系如图的分子构型及键联关系如图 10. 1. 2 氮的氢化物氮的氢化物 N 1 sp2 不等性杂化。不等性杂化。 两个有单电子的两个有单电子的 sp2 杂

3、化轨道杂化轨道 与与 H、N 2 成成 键。键。 有对电子的有对电子的 sp2 杂化轨道不参杂化轨道不参 加成键，加成键，pz 有有 1 个单电子。个单电子。 N 2 sp 等性等性杂化杂化 与与 N 3、N 1 各成一个各成一个键键。 不参加杂化的不参加杂化的 pz 轨道有对电子，轨道有对电子， 不参加杂化的不参加杂化的 py 轨道有轨道有 1 个单电子。个单电子。 N 3 有有 3 个单电子和个单电子和 1 对对孤对电子。孤对电子。 通过通过 px 的的 1 个电子和个电子和 N 2 成成 键，键， 通过通过 py 的的 1 个电子和个电子和 N 2 成成 键。键。 N 3 的的 pz 有

4、有 1 个个单单电子电子。 N 3 N 1 N 2 于是在于是在 pz 方向方向 N 1 有有 1 个电子个电子 N 2 有有 2 个电子个电子 N 3 有有 1 个电子个电子 4 3 在在 N 1，N 2，N 3 之间之间 成大成大 键键 。 请模仿叠氮酸分子对叠氮酸根请模仿叠氮酸分子对叠氮酸根 负离子加以具体的说明。负离子加以具体的说明。 叠氮酸根负离子成键的图示叠氮酸根负离子成键的图示 （2） 性性 质质 N3 是一种拟卤离子，性质类 是一种拟卤离子，性质类 似于卤素离子。似于卤素离子。 HN3 H+ + N3 Ka = 2.4 10 5 HN3 是氮的氢化物中唯一的酸是氮的氢化物中唯一

5、的酸 性物质。它是一种弱酸。性物质。它是一种弱酸。 HN3 不稳定，受热爆炸分解不稳定，受热爆炸分解 2 HN3 H2 + 3 N2 Pb ，Ag 等等的的叠氮酸盐不稳叠氮酸盐不稳 定，易爆炸定，易爆炸 2 AgN3 2 Ag + 3 N2 AgN3 ，Pb(N3)2 ，Hg 2(N3)2 均均 为难溶盐为难溶盐 。 活泼金属的叠氮酸盐较稳定。活泼金属的叠氮酸盐较稳定。 Pb ( N3 )2 可以做雷管的引火物。可以做雷管的引火物。 10. 1. 3 氮的含氧化合物氮的含氧化合物 1. 氮的氧化物氮的氧化物 （1）N2O N2O 为无色气体，微有好闻的为无色气体，微有好闻的 气味，有毒。气味，

6、有毒。 吸入吸入 N2O 时，人的面部受麻醉时，人的面部受麻醉 抽搐而似呈笑状，故有时称抽搐而似呈笑状，故有时称 N2O 为为 笑气。笑气。 N2O 在水中有一定的溶解度在水中有一定的溶解度。 硝酸铵分解得硝酸铵分解得 N2O NH4NO3 N2O + 2H2O N2O 在在 500 时分解成两种气体时分解成两种气体 单质单质。 N2O 分子构型为直线形。分子构型为直线形。 个个 2 2 4 3 N2O 与与 N3 是等电子体，两者 是等电子体，两者 的成键情况基本相同。的成键情况基本相同。 （2） NO NO 为无色气体，在水中溶解度为无色气体，在水中溶解度 很小。很小。 NO 双原子分子的

7、分子轨道双原子分子的分子轨道式为式为 y p2 z p2 y p2 x p2 KK ( 2s)2 ( 2s )2 ( )2 ( )2 ( )2 ( )1 N 和和 O 之间有三个键之间有三个键 键键 键键 3 电子电子 键键 1个个 1个个 1个个 y p2 z p2 y p2 x p2 KK ( 2s)2 ( 2s )2 ( )2 ( )2 ( )2 ( )1 NO 与与 O2 的反应进行得很快的反应进行得很快 2 NO + O2 2 NO2 可见可见 N 和和 O 之间之间键级为键级为 2.5 。 y p2 z p2 y p2 x p2 KK ( 2s)2 ( 2s )2 ( )2 ( )

8、2 ( )2 ( )1 （3） N2O3 N2O3 是是 HNO2 的酸酐，的酸酐，273 K 时时 N2O3 为蓝色液体。为蓝色液体。 等物质的量的等物质的量的 NO 和和 NO2 在低在低 温下反应生成温下反应生成 N2O3 NO + NO2 N2O3 两个两个 N 原子之间直接成键。原子之间直接成键。 N2O3 的键联关系为的键联关系为 N2O3 NO + NO2 这是这是 N2O3 不稳定的结构因素，不稳定的结构因素， 温度稍高将分解。温度稍高将分解。 NN 键长键长 186 pm，比联氨中，比联氨中 NN 单键的单键的 147 pm 还长。还长。 N 1 为为 sp2 等性杂化等性杂

9、化 有单电子的杂化轨道有单电子的杂化轨道和两和两个氧个氧 原子及原子及 N 2 各成一个各成一个键键。 pz 轨道有两个电子，两个轨道有两个电子，两个 氧原子各有一个氧原子各有一个 pz 电子电子。 4 3 所以所以 N2O3 分子中分子中 N 1 和左和左边的边的 两个氧在两个氧在 z 方向形成方向形成 。 N 1 与氧之间的键长在与氧之间的键长在 121 pm 左右。左右。 N 2 为为 sp2 不等性杂化不等性杂化 有单电子的杂化轨道有单电子的杂化轨道和一和一个氧个氧 原子及原子及 N 1 各成一个各成一个键键。 pz 轨道的一个电子与右边氧轨道的一个电子与右边氧 原子的原子的 pz 轨

10、道的电子成轨道的电子成 键。键。 N 2 与氧之间的键长在与氧之间的键长在 114 pm， 是典型的双键。是典型的双键。 NO2 是红棕色气体，与水反是红棕色气体，与水反 应生成硝酸和应生成硝酸和 NO，是硝酸生产，是硝酸生产 过程中的重要化合物。过程中的重要化合物。 （4） NO2 和和 N2O4 NO2 的成键情况如图的成键情况如图 NO2 中，中，N 原子原子 sp2 不等性杂化不等性杂化 有单电子的杂化轨道有单电子的杂化轨道和和两个两个 氧原子氧原子各成一个各成一个键键。 pz 轨道有一个单电子。轨道有一个单电子。 3 3 每个每个 O 中各有一个中各有一个 pz 电子，所电子，所 以

11、以在在 O N O 之间形成大之间形成大 键键 。 也有人认为也有人认为 N 原子采取原子采取 sp2 等性杂化等性杂化。 有单电子的杂化轨道有单电子的杂化轨道和和两个两个 氧原子氧原子各成一个各成一个键键。 pz 有有 2 个电子，每个个电子，每个 O 中各有中各有 一个一个 pz 电子，所以形成电子，所以形成 。 4 3 N 若采取若采取 sp2 等性杂化，等性杂化，形成形成 ， 造成造成大大 键中电子多，一般键级低，不键中电子多，一般键级低，不 稳定。稳定。 4 3 且杂化轨道中存在不成键的单且杂化轨道中存在不成键的单 电子，能量高，不稳定。电子，能量高，不稳定。 4 3 但是但是 的说

12、法利于解释的说法利于解释 NO2 易于二聚成为易于二聚成为 N2O4 的反应。的反应。 在在 NO2 的杂化轨道中有未成键的杂化轨道中有未成键 的单电子，反应活性高，所以容易结的单电子，反应活性高，所以容易结 合成合成 N2O4。 键角键角 ONO134也支持也支持 sp2 等性杂化等性杂化和形成和形成 。 4 3 N2O4 为无色气体，其中的氮为无色气体，其中的氮 元素呈元素呈 +4 氧化态，与氧化态，与 NO2 相同。相同。 NO2 的键联关系如图的键联关系如图 N2O4 中的中的 N 均采取均采取 sp2 等等 性杂化。性杂化。 形成形成 4 个个 NO 键、键、1 个个 NN 键共键共

13、 5 个个 键。键。 N、N 之间直接成键，键长为之间直接成键，键长为 175 pm，比，比 NN 单键的还长，所单键的还长，所 以以 N2O4 很容易在此处断裂变成两很容易在此处断裂变成两 个个 NO2。 每个每个 N 的的 pz 轨道上有两个电子，轨道上有两个电子， 与之相连的两个端基氧各有与之相连的两个端基氧各有 1 个个 pz 电电 子，分别形成两个子，分别形成两个 。 4 3 和和 NO2、N2O4 有关的反应有，有关的反应有， 2 NO2 N2O4 2 HNO2 NO + NO2 + H2O 2 NO2 + 2 OH NO3 + NO2 + H2O N2O4 + H2O HNO3 + HNO2 （5） N2O5 47 以上，以上，N2O5 为气体。为气体。 NO2 的键联关系如图的键联关系如图 N2O5 分子中每个分子中每个 N 均采取均采取 sp2 等性杂化，等性杂化， 每个每个 N 与与 O 形成形成 3 个个 键。键。 每个每个 N 的的 pz 轨道上有两个轨道上有两个 电子，电子，4 个端基个端基 O 各有各有 1 个个 pz 电子，分别形成两个电子，分别形成两个 。 4 3 N2O5 分子中的分子中的 7 个原子共平面，个原子共平面， NON 键角接近键角接近 180，虽然不成直，