如何判断NCl3中各元素的化合价

1、如何判断NCl3中各元素的化合价相关理论数据和实验现象均表明，NCl3中N为-3价，Cl为+1价。我们可分别从实验事实和科学数据2个角度去定性、定量地判断NCl3中各元素的化合价。首先，基于NCl3的水解产物来看，若不考虑NH3被HClO氧化，NCl3水解的总反应可表示为NCl3+3H2ONH3+3HClO（实际反应可能要复杂些，与反应的酸碱性环境有关，酸性环境：2NCl3+3H2O=N2+3HClO+3HCl；碱性环境：2NH3+HClO+OH-=N2H4+ Cl-+2H2O，最终NH3被HClO氧化为N2或N2H4）。依据产物NH3中N为-3价，HClO中Cl为+1价，可推出NCl3中N为

2、-3价，Cl为+1价。还可通过反应机理更深入地认识这一问题。水解的过程可理解为水分子的负端（即O的孤对电子）去进攻被水解分子中有合适空轨道的原子（即被水解分子中的正端，相应元素显正价），而被水解分子中有孤对电子的原子（即该分子中的负端，相应元素显负价）去进攻水分子的正端（即H）。一方面，由于NCl3中的N原子没有合适的空轨道可接受水中O的孤电子对，而Cl原子有空的d轨道可接受水中O的孤电子对；另一方面，NCl3中N上的孤对电子给予性较强，易与水分子中的氢产生电性作用。这样一来，NCl3中的负端N，进攻水分子的正端H；NCl3中的正端Cl，被水分子中的负端O上的孤对电子进攻。因此，NCl3的水解

3、过程如图3-6所示，最终生成了NH3和HClO。图3-6NCl3水解反应的机理其次，可比较N和Cl两元素非金属性的强弱来间接判断NCl3中各元素的价态。通常情况下，元素的非金属性越强，其原子在化合物中吸引电子的能力越强，故而体现为负价。我们已经知道，可通过比较不同元素所对应单质的氧化性、简单气态氢化物的稳定性、最高价氧化物的水化物的酸性来比较元素的非金属性强弱。但需要注意的是，此方法大部分时候只适用于同周期或同主族元素非金属性强弱的比较。否则根据HClO4的酸性强于HNO3或HCl的稳定性强于NH3就得出Cl的非金属性更强是不严谨的。事实上，N的非金属性略强于Cl，这一点从NH3能形成分子间氢

4、键而HCl分子间没有氢键（或只有很弱的氢键）可以证实。因此，NCl3中N为-3价，Cl为+1价。最后，还可以基于科学数据判断NCl3中各元素的化合价，但理论基础仍然是元素非金属性强弱的比较。元素的第一电离能、电子亲和能、电负性都可以用来判断比较元素的非金属性，但最具说服力的是电负性。元素的电负性越强，其原子在化合物中吸引键合电子的能力越强，故而体现为负价。高中新、旧3个版本的化学教材（人教：2004、2019版；鲁科：2004、2019版；苏教：2006、2014版）所引用的数据，都是沿用徐光宪物质结构简明教程的数据表，表中列出的N和Cl的鲍林（L. Pauling）电负性均为3.0。这正是很

5、多老师和同学的困惑所在：N和Cl的电负性相同，非金属性相同吗？实际上，对同一个概念，标度不同，其数值也会不同。电负性数据表历史上常用的有3种系统，分别是1932年的鲍林标度、1934年的马利肯标度和1957年的阿莱罗周标度。虽然最常使用的电负性定义仍然是鲍林电负性标度，但其适用范围不广，且在预言化学反应或化学键的极性时会偶尔失效，因此化学家们不断发展出了新的电负性标度。在阿莱-罗周电负性标度中，N=3.07Cl=2.83；在一种新的电负性标度轨道电负性（O）标度中，N和Cl的轨道电负性O分别约为3.19和3.10；2019年的美国化学会志，瑞典化学家Martin Rahm（马丁拉姆）、加拿大T

6、oby Zeng、以及1981年诺奖得主Roald Hoffmann提出基于平均结合能的电负性标度（如图3-7所示）。其中，N和Cl的电负性分别为16.9和16.3；2021年的自然-通讯，两名俄罗斯化学家Artem Oganov和Christian Tantardini对鲍林电负性进行修订后的电负性数据（如图3-8所示）中，N和Cl的电负性分别为3.56和3.50。从这些电负性标度中均可看出：N的电负性略强于Cl。图3-72019年Martin Rahm电负性标度中部分元素的电负性数据图3-82021年Artem Oganov等修正后的鲍林电负性数据综上所述，由于N的电负性略大于Cl，即N的非金属性略强于Cl，故而NCl3中N为-3价，Cl为+1价，NCl3水解后生成NH3和HClO。参考文献1北京师范大学,华中师范大学,南京师范大学无机化学教研室.无机化学(上、下册)M.4版.北京:高等教育出版社,2003:58,534-535.2张新平,陶洪涛,孝衍娇.氮与氯的非金属性比较研究J.化学教育,2017,38(01):73-77.3 Martin Rahm,Tao Zeng,Roald Hoffmann.Electronegativity Seen as the Ground-S