中道中學
99 課綱化學科補充教材
整理：楊明錦老 師 二年級 班 姓名 座號 講義編號：012主題：氮與磷及其化合物
氮與磷同屬Ⅴ A 族（15 族）元素。此二元素的價電子組態都是 ns 2 np 3 。 氮與磷的氧化數最低為 –3 最高為 +5。 一、 氮及其重要化合物 1. 元素氮： （1） 存在： A.氮（N 2 ）是大氣中存量最多（約 78﹪）的氣體。 B.動植物的蛋白質約含有 15～19﹪的氮。 C.礦石中的氮以智利硝石（NaNO 3 ）最著名。 （2）製備： A.工業法：從液態空氣分餾而得，氮的沸點較氧低，可先分餾出。 B.實驗室法： （a）加熱亞硝酸鈉與氯化銨的混合物，其反應式為 NaNO 2 (s) ＋ NH 4 Cl (s)⃗
N 2 (g) ＋ NaCl (s) ＋2 H 2 O (l) （b）使氨通過灼熱的氧化銅，其反應式為 2 NH 3 (g) ＋ 3 CuO (s)⃗
N 2 (g) ＋ 3 Cu (s) ＋3 H 2 O (l) （c）加熱二鉻酸銨，其反應式為 （NH 4 ） 2 Cr 2 O 7 (s)⃗
N 2 (g) ＋Cr 2 O 3 (s) ＋4 H 2 O (l) （3）性質與用途 A.氮在水中的溶解度很小。 B.氮為無色、無臭、無味的氣體。 C.不自燃亦不助燃，其化學性質不活潑。 D.氮可用於密閉容器或袋中的充填氣，以保持食品新鮮或防止氧化。 E.液態氮可作為冷劑。 F.氮是化學工業上製造氨、硝酸及氮肥的原料。 （4）氮的檢驗 A.將氮通過濃硫酸（吸收 H 2 O）和鹼石灰（吸收 CO 2 ）的乾燥塔。 B.將 N 2 通入約700℃的鎂粉數小時，則有 60～90﹪黃色的氮化鎂生成。 N 2 (g) ＋ 3Mg (s)⃗
Mg 3 N 2 (s) C.氮化鎂遇水產生氨氣。 Mg 3 N 2 (s) ＋ 3 H 2 O (l)⃗
3Mg（OH） 2 ＋ 2 NH 3 (g) 2. 氮的重要化合物 （1）氨（NH 3 ） A.製備： a. 實驗室法：加熱氯化銨和熟石灰的混合物製氨，其反應式為 2 NH 4 Cl (s) ＋ Mg（OH） 2 (s)⃗
2 NH 3 (g) ＋ CaCl 2 (s) ＋2 H 2 O (l) b. 工業法：由氮與氫直接化合方式製氨（a）此法為 1914 年德國化學家哈柏所創，稱為哈柏法製氨（Haber process）。 （b）條件：在壓力約 200 atm，及溫度約 500℃，並使用適當的催化劑 （如鐵粉）來製造氨。 （c）反應式： N 2 (g) ＋ 3 H 2 (g)
⃗
2 NH 3 (g) ＋ 22 Kcal B.性質與用途 a.常溫時為無色，有刺激臭的氣體。 b.易溶於水，在 1 大氣壓下、0℃時，溶解體積比為 1300/1 ；氨/水。 c.動植物的蛋白質，動物的尿液中含有氮的有機物，可分解產生氨。 d.製造硫酸銨 （NH 4 ） 2 SO 4 、磷酸銨 （NH 4 ） 3 PO 4 、 及尿素（NH 2 ） 2 CO 等化學肥料。 e.製造硝酸、耐綸、塑膠、染料、清潔劑等化工產品。 （2）硝酸（HNO 3 ）： A.製備： a.工業上製造硝酸是將氨氧化而得，此法為德國化學家奧士華所創， 稱為奧士華法。 b.反應式： （a）此反應可由三個步驟表示： 4 NH 3 (g) ＋ 5 O 2 (g)⃗
4 NO (g) ＋6 H 2 O (l) 2 NO (g) ＋ O 2 (g)⃗
2 NO 2 (g) 3 NO 2 (g) ＋ H 2 O (l)⃗
2 HNO 3 (g) ＋ NO (g) 產生的一氧化氮，可回收重複使用。 （b）奧士華法的總反應式為 NH 3 (g) ＋2 O 2 (g)⃗
HNO 3 (g) ＋ H 2 O (l)B.性質與用途： a. 是無色、有刺激性氣味的發煙氣體，沸點為 78.2℃、比重 1.42 ， 濃硝酸含有 70 HNO﹪ 3 。 b. 在陽光照射下，會分解產生紅棕色的二氧化氮氣體，其反應式為 4 HNO 3 (aq)
⃗
4 NO 2 (g) ＋ O 2 (g) ＋ 2 H 2 O (l) 放置過久的硝酸常呈現紅棕色，就是因為含有 NO 2 的關係。 c. 硝酸為強酸且為強氧化劑，除了貴金屬（例如鉑或金）之外， 幾乎所有金屬都會被硝酸氧化。 d. 銅與稀硝酸加熱反應一氧化氮，與濃硝酸反應生成二氧化氮， 其反應式為3 Cu (s) ＋8 HNO 3 (aq) （稀）
⃗
3 Cu（NO 3 ） 2 (aq) ＋2 NO (g) ＋4 H 2 O (l)
Cu (s) ＋4 HNO 3 (aq) （濃）
⃗
Cu（NO 3 ） 2 (aq) ＋2 NO 2 (g)＋2 H 2 O (l)
e. 強氧化劑鋅與很稀的硝酸反應即產生硝酸銨：
4 Zn (s) ＋10 HNO 3 (aq)
⃗
4Zn（NO 3 ） 2 (aq) ＋ NH 4 NO 3(aq) ＋3 H 2 O (l)
f. 體積比 1：3 的濃硝酸與濃鹽酸混合物，俗稱王水，可溶金、鉑等貴金屬 其反應式為
Au (s) ＋ HNO 3 (aq) ＋3 HCl (aq)
⃗
AuCl −4 (aq) ＋ NO (g) ＋2 H2 O (l) g. NO 3− 為平面三角形離子，其中 N 是以 sp 2 混成軌域結合。 h. 硝酸的主要用途為製造氮肥、炸藥、染料、耐綸等。 （3）亞硝酸（HNO 2 ） A.製備：通等量的 NO 和 NO 2 混合氣體於鹼液中，製得 NO 2− ，再通入酸液 中 使其酸化即可製得，其反應式為 NO ＋ NO 2 ＋ OH −
⃗
2 NO 2− ＋ H 2 O NO 2− ＋ H +⃗
HNO 2 B.性質與用途： a.很不穩定，只存在於溶液中或氣態中。 b.呈弱酸性：HNO 2⃗
NO 2− ＋ H + K a ＝7.2 × 10 −4 c.在冷水中也會氧化成硝酸。 3 HNO 2⃗
NO 3− ＋ H + ＋ 2NO ＋ H 2 O d.亞硝酸鹽通常呈無色或淡黃色，不易熱分解。 e.在酸性溶液中為強氧化劑，但在鹼性溶液中，又具有還原力。 f. NO 2− 為角形離子，其中 N 是以 sp 2 混成軌域結合。 g.亞硝酸鈉（NaNO 2 ）在食品加工業，可作為臘肉、燻肉的添加劑。 以保持鮮豔的顏色。但近年來，發現其於人體內可能轉化成致癌的 亞硝胺，故已被數國禁止使用。 二、磷及其重要化合物 1. 元素磷： （1）存在：磷在地殼中的含量約為 0.13﹪，以磷酸鹽型態存在於各種 不同的礦物中，分布最普遍的礦物是氟磷灰石（Ca 5(
PO4)
3 F）及 氫氧磷灰石（Ca 5(
PO4)
3 OH）。 （2）製備：將磷礦、煤焦與二氧化矽的混合物在高溫爐中反應，即可 製得元素磷，其反應式為2Ca 3
(
PO4)
2 ( s) ＋6 SiO 2 (s) ＋10 C (s)⃗
6 CaSiO 3 (s) ＋10CO(g) ＋P 4 (g) （3）性質與用途： a. 磷的同素異形體中較重要者有兩種，及白磷與紅磷。 b. 白磷是蠟狀低熔點的白色物質，分子式為 P 4 ，結構如金字塔。 c. 白磷化性極強，在空氣中會自燃，因此必須存在於水中。 少量的白磷即會引起嚴重的傷害，因此切勿觸摸或吸入。 d. 將白磷隔絕空氣加熱至 250℃，即會轉變成紅磷。 e. 白磷不溶於水，但可溶於乙醚、二硫化碳等溶劑中。 f. 紅磷與白磷的性質相較有顯著的不同，它在空氣中較穩定，加熱至 400℃才會燃燒，毒性較低。 g. 白磷可溶於苯和醚類，但紅磷不溶。 h. 磷為生物體不可缺少的元素，在細胞、骨骼、牙齒中含有化合態的磷。 i. 磷可用以製造磷酸，軍事上用以製造燃燒彈與煙霧彈，火材中亦有。 2. 磷的重要化合物： （1）磷的氧化物： A. 白磷在空氣不充分的條件下，燃燒會生成氧化數為 +3 的氧化磷（Ⅲ）， 氧化磷（Ⅲ）又稱為亞磷酸酐，溶於水後形成亞磷酸，反應式為 P 4 (s) ＋ O 2 (g)
⃗
P 4 O 6 (s)P 4 O 6 (s) ＋ 6 H 2 O (l)
⃗
4 H 3 PO 3 (aq) B.當白磷在空氣充分的條件下，燃燒會生成氧化數為 +5 的氧化磷（Ⅴ）， 氧化磷（Ⅴ）又稱為磷酸酐，溶於水後形成磷酸，其反應式為 P 4 (s) ＋ O 2 (g)⃗
P 4 O 10 (s) P 4 O 10 (s) ＋ 6 H 2 O (l)⃗
4 H 3 PO 4 (aq) C.兩個磷酸分子結合，失去一分子水，即成焦磷酸（H 4 P 2 O 7 ），其反 應式 2 H 3 PO 4⃗
H 4 P 2 O 7 ＋ H 2 O D.三分子磷酸可縮合成為三聚磷酸（H 5 P 3 O 10 ），其反應式為 3 H 3 PO 4⃗
H 5 P 3 O 10 ＋ H 2 O E.將磷酸加熱至 320℃以上，即可聚合成為偏磷酸，其反應式為 n H 3 PO 4⃗
（HPO 3 ） n ＋ n H 2 O 偏磷酸實際上是具有不同聚合度物質的混合物。 F.磷酸和它的衍生物是重要的工業化學品，用途廣泛，磷酸鹽可作為食品 的添加劑、清潔劑、軟水劑等用途。 ※ 磷酸、亞磷酸、次磷酸性質的比較 次磷酸 亞磷酸 磷酸 化學式 H 3 PO 2 H 3 PO 3 H 3 PO 4 磷的氧化數 +1 +3 +5 磷的鍵結軌域 sp 3 sp 3 sp 3 結構 酸性 單質子酸 二質子酸 三質子酸 K a1 1.0 × 10 −2 1.6 × 10 −2 0.71 × 10 −2 鈉鹽種類 NaH 2 PO 2 NaH 2 PO 3 Na 2 HPO 3 NaH 2 PO 4 Na 2 HPO 4 Na 3 PO 4 （2）磷的鹵化物： A.三鹵化磷（PX 3 ） （a） 製備：三鹵化磷可直接由白磷和鹵素反應製得。 P 4 (s) （過量）＋ 6 X 2⃗
4 PX 3 （X＝F、Cl、Br、I） （b）性質： a. 為共價鍵結的三角錐形分子。 b. 在室溫時，PF 3 為無色氣體，PCl 3 和 PBr 3 為揮發性的發煙液體， PI 3 為不安定的紅色固體。 c. 三鹵化磷在水中立即水解而產生亞磷酸（H 3 PO 3 ） PX 3 ＋ 3 H 2 O (l)⃗
H 3 PO 3 ＋3 H + ＋3 X − B. 五鹵化磷（PX 5 ） （a） 製備： a. 五鹵化磷可直接由白磷和過量的鹵素反應而得。 P 4 (s) ＋ 10 X 2 （過量）⃗
4 PX 5 （X＝F、Cl、Br、I） b. 鹵素和三鹵化磷直接合成。 PX 3 ＋ X 2⃗
PX 5 （b）性質： a. PX 5 分子的形狀為以 P 為中心的雙三角錐體，P 原子的鍵結軌域為 sp 3 d 。 b.五鹵化磷與水急遽反應而產生氧鹵化磷或是磷酸。 PX 5 ＋ H 2 O (l)⃗
POX 3 ＋2 H + ＋2 X − PX 5 ＋ H 2 O (l) （過量）⃗
H 3 PO 4 ＋5 H + ＋5 X − 一、單選題 1.下列敘述，何者正確？ (A) HNO3久置常呈淺褐色，係因雜質中Fe2 轉化成Fe3 所致 (B)王水係由 1 分鹽酸與 3 分硝酸混合而成，可溶解金、銀等貴重金屬 (C)不論濃度高低，HNO3皆可侵蝕鐵皮 (D)濃硝酸在氧化還原反應中，常產生 NO2稀硝酸與鋅反應可發生H2 2.取三氯化磷 0.01 莫耳與水作用後配成 1 升水溶液，取出 40 mL，使用 1.0 M 的 NaOH 水溶液滴定，到達滴定終點時，1.0 M 的 NaOH 需多少 mL？ (A) 12 mL (B) 16 mL (C) 20 mL (D) 24 mL 3.讓液態空氣徐徐加溫，則下列何種化合物最先逸出？ (A) N2 (B) O2 (C) Ar (D) CO24.下列各種酸溶液，與金、銅、鋅反應的情形及產物的說明，何項最正確？ 酸溶液 金 銅 鋅 (A) H2SO4（濃） 不反應 產生 SO2 產生 SO2 (B) HNO3（濃） 產生 NO2 產生 NO2 產生 SO2 (C) H2SO4（稀） 不反應 不反應 產生 H2 (D) HNO3（稀） 不反應 產生 NO 產生 NO
5.下列哪一種酸，在水溶液中，最易完全溶解 Ba(OH)2、Fe(OH)3、Pb(OH)2之
混合物而不產生任何沉澱？ (A) H2SO4 (B) HCl (C) HNO3 (D) H3PO4 6.有關白磷和赤磷的性質，下列敘述何者正確？ (A)白磷在空氣中加熱至 250℃或照光可得赤磷 (B)白磷與鹵素劇烈反應，而赤磷不反應 (C)白磷可溶於苯和醚類，赤磷則否 (D)白磷、赤磷分子式均為 P4 7.6.35 克 Cu（Cu 63.5）與過量稀硝酸作用可得 STP 下 NO： (A) 1.49 (B) 2.24 (C) 4.48 (D) 6.72 L 8.當硝酸作為氧化性酸時，下列何者不會是其產物： (A) H2 (B) NO2 (C) NO (D) NH 4 + 9.過量的鋅粉分別與下列的酸反應，產生 H2最多的是： (A) 20 mL、5 M 鹽酸 (B) 25 mL、3 M 硫酸 (C) 20 mL、15 M 硝酸 (D) 20 mL、18 M 硫酸 10.下列何者非 H3PO4縮合所得之產物： (A) H4P2O7 (B) H5P3O10 (C) (HPO3)n (D) H3PO3 11.下列各種酸溶液，與金、銅、鋅反應的情形及產物的說明，何項最正確？ 酸溶液 金 銅 鋅 (A) H2SO4（濃） 不反應 產生 SO2 產生 SO2 (B) HNO3（濃） 產生 NO2 產生 NO2 產生 NO2 (C) H2SO4（稀） 不反應 不反應 產生 H2 (D) HNO3（稀） 不反應 產生 NO 產生 NO 12.下列諸氮化合物中，何者所含氮之百分率最大？ (A)尿素 (B)氨 (C)硫酸銨 (D) 13.下列何種氣體常用來保鮮食品？ (A)氧氣 (B)氫氣 (C)氮氣 (D)氬氣 14.從實驗室出來發現手上有些部分變黃色了，這是不小心觸及下列 哪一種藥劑？ (A)硫酸 (B)鹽酸 (C)硝酸銀 (D)硝酸 15.下列何者常使用來保持臘肉的新鮮及促進食慾的鮮紅色？ (A) NH2Cl (B) NaNO2 (C) NH4Cl (D) Fe(NO3)3
16.磷之自身氧化還原反應：P4 OH H2O → PH3 H2PO2， 則1 莫耳 P4完全反應可得PH3： (A) 1 / 3 (B) 1 / 2 (C) 1 (D) 2 莫耳 17.取三氯化磷 0.1 莫耳與水作用後配成 1 升水溶液，取出 40 mL，使用 1.0 M 的 NaOH 水溶液滴定，到達滴定終點時，1.0 M 的 NaOH 需多少 mL？ (A) 12 mL (B) 16 mL (C) 20 mL (D) 24 mL 18.將含有 90％ Ca3(PO4)2之磷酸礦2 噸溶於硫酸中，可得若干公斤之磷酸？ 已知反應式為： Ca3(PO4)2 3H2SO4 → 3CaSO4 2H3PO4（P 31） (A) 274 公斤 (B) 365 公斤 (C) 453 公斤 (D) 1138 公斤 19.有關 P4O6之敘述何項錯誤？ (A) P4O6溶於水生成次磷酸 (B)每一個 P4O6分子含有12 個 P O 鍵 (C)磷在空氣供應不足的情況下生成 P4O6 (D) P4O6分子中P 的配位數為 3 20.0.01 莫耳之 PCl5溶於水中，配成100 mL 之水溶液，取 25 mL， 試問此溶液可與多少毫升之0.1 N 氫氧化鈉溶液反應？ (A) 25.0 (B) 75.0 (C) 125 (D) 200 二、多重選擇題 1.有關亞硝酸的敘述，何項正確？ (A)其內 N 氧化數 1 (B)為強酸 (C)是相當不安定的化合物，在冷水中會 被氧化成為硝酸 (D)可當氧化劑，也可當還原劑 (E)亞硝酸鈉在體內可能轉 化成致癌物的亞硝胺 2.下列反應主要氣體產物是 NO 者為何？
(A) Cu HNO3（稀） (B) Zn HNO3（很稀）
(C) NO2 H2O（熱水）(D) Au HCl HNO3 (E) Pb(NO3)2（加熱）
3.由下圖之變化可知：
(A)Ⅰ 為 P4O10 (B)Ⅱ 為 H3PO3
(C)由Ⅱ變成 Ca3(PO4)2所加之物質可為Ca(OH)2
(E) P4為四面體形，分子中有六個 鍵 4.下列關於非金屬及其化合物性質的敘述，何者正確? (A)白磷在空氣中可自燃，生成 P4O10 (B)磷酸為三質子酸，其酸性較鹽酸強 (C)將氯氣通入氟化鉀水溶液可製得 F2 (D)濃硫酸可當作氧化劑， 也可當作脫水劑 (E) N2O、NO 和 NO2，統稱為NOx，為空氣的汙染物之一 5.磷酸（分子式為 H3PO4）的鈉鹽有焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、三偏磷酸鈉等多種。 三偏磷酸鈉為食用聚合磷酸鹽，為近年來研發成功的食品改良劑，有類似 硼砂的功能，可以減低糊化、黏結現象、增加組織黏彈、使產品乾爽。 下列有關這些化合物的敘述，何者正確？ (A)一分子磷酸含有三個 OH 結構 (B)三偏磷酸鈉化學式為(Na3PO3)3 (C)焦磷酸分子式為 H4P2O5 (D)常溫下，磷酸鈉的水溶液 pH 值大於 7 (E)硼砂含有鈉離子 6.下列何組反應兩種反應產生的氣體產物完全相同？ (A) Zn(s) HCl（稀），Fe(s) H2SO4（稀） (B) SiO2(s) HF(g)，CaSiO3(s) HF(g) (C) Cu(s) H2SO4（濃），S8 O2 (D) NaNO2(s) NH4Cl(s)，Ca(OH)2(s) NH4Cl(s) (E) Cu(s) HNO3（濃），NO O2 7.下列有關氮與磷物質的敘述，何者正確？ (A)磷在空氣不足的條件下氧化，所得晶體為 P4O6 (B) P4O6溶於水中即得磷酸 (C) P2O5可當乾燥劑使用 (D) K2HPO4與NH4Cl 中，氮與磷的氧化數相同 (E)磷可用 3d 軌域參與鍵結，而氮卻不可 8.在下列化學方程式之各係數關係中，何者為正確？
xCa3(PO4)2(s) yC(s) zSiO2(s) uCaSiO3(s) vCO2(g) wP4(g)
(A) x y z u v 2w (B) x y 2z u v w (C) 3x y z u v 6w (D) x 2w y u v (E) x y z u v w 9.有關磷的敘述，何者正確？ (A)磷有三種同素異形體：白磷、赤磷、黑磷 (B)白磷、赤磷燃點都低，必須存於水中 (C)白磷分子呈正四面體，故鍵角為 10928' (D)白磷分子式為 P4，紅磷為Pn (E)白磷在空氣中加熱至 250℃即可轉變成赤磷 10.高溫時能和空氣中氮反應生成氮化物之金屬為何？ (A)鋰 (B)鈉 (C)鉀 (D)鎂 (E)鈣 11.下列敘述何者錯誤？ (A)氮為無色、無味、不助燃的氣體 (B)氮在高溫時，可與金屬鋰反應成 Li3N 分子化合物 (C)可與活潑的金屬鎂反應生成白色 Mg3N2 (D)氮的活性極小，故不與電石（CaC2）反應 (E)檢驗氮的存在可使 A1 和氮作用生成產物，用石蕊試紙檢驗 12.下列物質，哪些為簡單之分子晶體結構？ (A)塑性硫 (B)斜方硫 (C)白磷 (D)紅磷 (E)單斜硫 13.亞硝酸不具下列何性質？ (A)為一弱酸(B)可作還原劑(C)不穩定(D)可作氧化劑(E)其鹽類皆不溶於水 14.選出正確的敘述？ (A)酸強度：H3PO4 H3PO3 H3PO2 (B) NaOH 與 H3PO3產生之鈉鹽有三種
(C) 1 mol 之 H3PO2中和需 1 mol 之 NaOH (D) H2PO2 → HPO 2
2− H (E) H2PO 3 − → HPO 32− H 15.下列關於氮與磷及其化合物的敘述，何者正確？ (A)氮的沸點很低，液態氮可作為低溫冷凍劑 (B)白磷必須存於水中 (C)磷酸為三質子酸 (D)銅與濃硝酸作用產生二氧化碳 (E)磷酐溶於水即得磷酸 一、單選題
1.(D) 2.(C) 3.(A) 4.(C) 5.(C) 6.(C) 7.(A) 8.(A) 9.(B) 10.(D) 11.(C) 12.(D) 13.(C) 14.(D) 15.(B) 16.(C) 17.(C) 18.(D) 19.(A) 20.(D)
二、多重選擇題
1.(C)(D)(E) 2.(A)(C)(D) 3.(A)(C)(E)4.(A)(D)(E) 5.(A)(D)(E) 6.(A)(B)(C)(E) 7.(A)(C)(E) 8.(A)(C) 9.(A)(D) 10.(A)(D)(E) 11.(B)(C)(D)(E)12.(B)(C)(E) 13.(E) 14.(C)(E) 15.(A)(B)(C)(E)
