跳到主要内容

氮及其化合物

氮气​

  • 化学性质稳定
  • N2+O2=放电或高温2NO\rm{N_2+O_2\xlongequal{放电或高温}2NO}
  • 3Mg+N2=点燃Mg3N2\rm{3Mg+N_2\xlongequal{点燃}Mg_3N_2}
  • N2+3H2\longrightleftharpoons催化剂高温高压2NH3\rm{N_2+3H_2\overset{高温高压}{\underset{催化剂}\longrightleftharpoons}}2NH_3（工业合成氨）

氮的固定​

  • 概念：将大气中游离的氮转化为含氮化合物的过程

  • 分类：

    • 自然固氮：闪电、根瘤菌等
    • 人工固氮：工业合成氨

一氧化氮和二氧化氮​

NO\rm{NO}NO2\rm{NO_2}
色味无色无味红棕色，刺激性气味
毒性有毒有毒
溶解性不溶于水溶于水并与水发生反应
与氧气反应2NO+O2=2NO2\rm{2NO+O_2=2NO_2}不反应
与水反应不反应3NO2+H2O=2HNO3+NO↑\rm{3NO_2+H_2O=2HNO_3+NO\uparrow}
与水和氧气反应4NO+2H2O+3O2=4HNO3\rm 4NO+2H_2O+3O_2=4HNO_34NO2+2H2O+O2=4HNO3\rm{4NO_2+2H_2O+O_2=4HNO_3}
实验室制法3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O\rm{3Cu+8HNO_3(稀)=3Cu(NO_3)_2+2NO\uparrow+4H_2O}Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O\rm{Cu+4HNO_3(浓)=Cu(NO_3)_2+2NO_2\uparrow+2H_2O}
尾气处理混合 O2\rm{O_2} 后通入 NaOH\rm{NaOH} 溶液2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O\rm{2NO_2+2NaOH=NaNO_3+NaNO_2+H_2O}

此外，二氧化氮存在可逆转化：2NO2\longrightleftharpoonsN2O4\rm 2NO_2\longrightleftharpoons N_2O_4；二氧化氮标况下不是气态。

氨​

物理性质​

  • 无色，有刺激性气味的气体

  • 密度比空气小

  • 易液化（液氨有氢键）：作制冷剂

  • 极易溶于水（1:700\rm{1:700}）

  • 喷泉实验：（TODO：此处应有配图及说明）

    1. NH3\rm{NH_3} 极易溶于水
    2. NH3\rm{NH_3} 水溶液呈碱性

化学性质​

  • 碱性：NH3+H2O⇌ NH3⋅H2O⇌ NH4++OH−\rm{NH_3+H_2O\rightleftharpoons}\>NH_3·H_2O\rightleftharpoons\>NH_4^++OH^-

  • 配位能力：

    • 溶解氯化银：AgCl+2NH3⋅H2O=[Ag(NH3)2]Cl+2H2O\rm{AgCl+2NH_3·H_2O=[Ag(NH_3)_2]Cl+2H_2O}

    • 溶解氢氧化铜：Cu(OH)2+4NH3⋅H2O=[Cu(NH3)4](OH)2+4H2O\rm{Cu(OH)_2+4NH_3·H_2O=[Cu(NH_3)_4](OH)_2+4H_2O}

  • 与酸反应，生成白烟：

    • NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)\rm{NH_3(g)+HCl(g)=NH_4Cl(s)}

    • NH3(g)+HNO3(g)=NH4NO3(s)\rm{NH_3(g)+HNO_3(g)=NH_4NO_3(s)}

  • 还原性：

    • 催化氧化：4NH3+5O2=△催化剂4NO+6H2O\rm{4NH_3+5O_2\xlongequal[\triangle]{催化剂}4NO+6H_2O}

    • 检验氯气泄漏：8NH3+3Cl2=N2+6NH4Cl(s)\rm{8NH_3+3Cl_2=N_2+6NH_4Cl(s)}

  • 干燥 NH3\rm{NH_3} 只 能用碱石灰

    • 氯化钙不行是因为：CaCl2+8NH3=CaCl2⋅8NH3\rm{CaCl_2+8NH_3=CaCl_2·8NH_3}

实验室制备​

  • 方程式：2NH4Cl+Ca(OH)2=△CaCl2+2NH3↑+2H2O\rm{2NH_4Cl+Ca(OH)_2\xlongequal{\triangle}CaCl_2+2NH_3\uparrow+2H_2O}

    注意：不能用 NaOH\rm{NaOH}，因为会腐蚀玻璃；不能直接加热 NH4Cl\rm{NH_4Cl}，因为遇冷会变回去；不能用 NH4NO3\rm NH_4NO_3，因为会爆炸

  • 把浓氨水滴入固体 NaOH\rm{NaOH} / CaO\rm{CaO} 中

  • 加热浓氨水

工业合成​

  • 方程式：N2+3H2\longrightleftharpoons催化剂高温高压2NH3\rm{N_2+3H_2\overset{高温高压}{\underset{催化剂}\longrightleftharpoons}}2NH_3
  • “高温高压”具体是 400∼500∘C,20∼50kPa\rm 400\sim500^\circ C,20\sim 50kPa
  • 催化剂是铁，选择这个温度的原因是催化剂活性高
  • 原料纯度要高，防止催化剂中毒

铵盐​

  • 多是无色晶体，易溶于水，常用作化肥
  • 受热易分解：NH4Cl=△NH4↑+HCl↑\rm{NH_4Cl\xlongequal{\triangle}NH_4\uparrow+HCl\uparrow}
  • 与碱反应

铵根离子的检验​

  1. 取样，加浓 NaOH\rm{NaOH} 溶液，加热
  2. 检验 NH3\rm{NH_3} 的生成：红色石蕊 / 浓盐酸

硝酸​

物理性质​

  • 无色，易挥发，有刺激性气味
  • 浓硝酸一般呈黄色（NO2\rm{NO_2} 的颜色）

化学性质​

  • 不稳定：4HNO3=加热或光照4NO2↑+O2↑+2H2O\rm{4HNO_3\xlongequal{加热或光照}4NO_2\uparrow+O_2\uparrow+2H_2O}
  • 浓硝酸的储存：棕色瓶、阴凉处、玻璃塞
  • 强氧化性：无论什么浓度，与金属反应均不生成氢气；能与木炭反应
  • 漂白性：氧化漂白，不可逆
  • 常温下遇 Fe,Al\rm{Fe,Al} 钝化，原理和浓硫酸相同

工业合成​

  1. 氨的催化氧化：4NH3+5O2=△催化剂4NO+6H2O\rm{4NH_3+5O_2\xlongequal[\triangle]{催化剂}4NO+6H_2O}
  2. 一氧化氮的氧化：2NO+O2=2NO2\rm{2NO+O_2=2NO_2}
  3. 二氧化氮的吸收：3NO2+H2O=2HNO3+NO\rm{3NO_2+H_2O=2HNO_3+NO}

本章其他易错​

  • 红热的炭插入浓硝酸，不能说明浓硝酸能与碳反应（浓硝酸受热分解）
  • 2 mol\text{2 mol} NO\rm{NO} 与 1 mol\text{1 mol} O2\rm{O_2} 充分反应，产物小于 2 mol\text{2 mol}（2NO2\longrightleftharpoonsN2O4\rm2NO_2\longrightleftharpoons N_2O_4）