氮及其化合物
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氮气（N₂）
物理性质
- 无色无味气体，难溶于水，密度略小于空气
化学性质
- 稳定性高（氮氮三键键能大）
- 高温或放电条件下反应
- 与氧气反应：N₂ + O₂ → 2NO（放电或高温）注意只能直接生成NO，不能直接生成NO₂，与O₂是否充足无关
- 与氢气反应：N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃（高温、高压、催化剂）
- 与金属镁反应：3Mg + N₂ → Mg₃N₂（点燃）
- 氮的固定：将游离态的氮转化为氮的化合物
- 自然固氮
- 雷电固氮
- 豆科植物根瘤菌固氮
- 人工固氮
- 工业合成氨
- 自然固氮
用途
- 保护气（食品、电子工业），制冷剂（液氮），合成氨原料
氮的氧化物
常见种类及性质
- NO（一氧化氮）
- 无色有毒气体，难溶于水
- 易被氧化：2NO + O₂ → 2NO₂
- 4NO + 3O₂ + 2H₂O → 4HNO₃
- 可被还原6NO + 4NH₃ → 5N₂ + 6H₂O
- NO₂（二氧化氮）
- 红棕色、刺激性气味、有毒气体
- 易溶于水：3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO
- 4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃
- 存在平衡：2NO₂ ⇌ N₂O₄（低温颜色变浅）
- 可被还原6NO₂ + 8NH₃ → 7N₂ + 12H₂O
- N₂O（笑气）、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅等（了解即可）
- 酸性氧化物只有N₂O₃、N₂O₅；NO₂溶于水生成HNO₃，但不是酸性氧化物
尾气处理
- NO和NO₂混合通入NaOH溶液：NO + NO₂ + 2NaOH → 2NaNO₂ + H₂O
- 单独NO不与碱反应，需先氧化为NO₂ NO₂+ 2NaOH → NaNO₂ + NaNO₃+ H₂O
氨（NH₃）
物理性质
- 无色、有刺激性气味气体、密度小于空气
- 极易溶于水（1:700）
- 易液化（作制冷剂）
喷泉实验
- 原理：氨气极易溶于水，瓶内压强迅速减小，与瓶外形成较大压强差，液体被吸入瓶中
- 实验气体和溶液
- NH₃、HCl和水
- CO₂、SO₂、H₂S、Cl₂和浓NaOH溶液
化学性质
- 与水反应：NH₃ + H₂O ⇌ NH₃·H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻（弱碱性）
- 与酸反应生成铵盐
- NH₃ + HCl → NH₄Cl（白烟现象）
- NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃
- 催化氧化（工业制硝酸关键步骤）
- 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O（Pt催化剂，加热）
- 还原性
- 能还原CuO：2NH₃ + 3CuO → 3Cu + N₂ + 3H₂O
- 也能还原NO或NO₂生N₂
- 浓氨水检验Cl₂管道泄露：NH₃ + Cl₂ → NH₄Cl + N₂
实验室制法
- 原理：2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O
- 发生装置：固+固加热型 收集方法：向下排空气法
- 验满：湿润的红色石蕊试纸变蓝；或蘸浓盐酸的玻璃棒靠近有白烟生成
- 干燥：碱石灰（不可用浓H₂SO₄或P₂O₅，也不能用无水CaCl₂，都会反应）
- 氨气需要注意防倒吸，需熟知防倒吸装置如倒扣的漏斗或球星干燥管、安全瓶等
其他快速制氨气方法
- ①加热浓氨水(不能直接加热NH₄Cl固体制氨气) ②浓氨水中加氢氧化钠固体 ③浓氨水中加氧化钙固体
工业制法
- N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃（铁触媒，400–500℃，20–50 MPa）
一水合氨
NH₃·H₂O，纯净物，一元弱碱，弱电解质
液氨：纯净物，NH₃的液态，非电解质
氨水：混合物，NH₃的水溶液，含微粒H₂O、NH₃、NH₃·H₂O、NH₄⁺、 OH⁻
铵盐（NH₄⁺盐）
通性
- 易溶于水，钾、钠、铵盐、硝酸盐易溶于水
- 受热易分解
- NH₄Cl → NH₃↑ + HCl↑（冷却后重新化合）
- NH₄HCO₃ → NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O
- 与碱反应放出氨气（检验NH₄⁺原理）
- NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O（加热），再用湿润的红色石蕊试纸验证，变红则含NH₄⁺
常见铵盐
- NH₄Cl（氯化铵）、(NH₄)₂SO₄（硫酸铵）、NH₄NO₃（硝酸铵，强氧化性，可爆炸）
注意事项
- 铵态氮肥不能与碱性物质混用（如草木灰）
硝酸（HNO₃）
物理性质
- 纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体；浓硝酸常呈黄色（因分解产生NO₂溶于其中）
- 与水任意比互溶
化学性质
- 酸的通性
- 使指示剂变色
- 与碱、碱性氧化物、部分盐反应
- 不稳定性
- 4HNO₃ → 4NO₂↑ + O₂↑ + 2H₂O（光照或加热）
- 强氧化性
- 与金属反应（除Au、Pt外）生氮氧化物
- Cu + 4HNO₃(浓) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O
- 3Cu + 8HNO₃(稀) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O
- 与非金属反应：C + 4HNO₃(浓) → CO₂↑ + 4NO₂↑ + 2H₂O
- 钝化现象：浓HNO₃使Fe、Al表面形成致密氧化膜
- 与还原性微粒反应 ，如硫离子、亚硫酸根、二氧化硫、亚铁离子、碘离子
- 与金属反应（除Au、Pt外）生氮氧化物
- 氧化还原反应规律
- 浓HNO₃还原产物多为NO₂，稀HNO₃多为NO
- 王水
- 浓硝酸和浓盐酸的混合物，体积比为1：3
工业制法步骤
- ① 氨催化氧化：4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O
- ② NO氧化：2NO + O₂ → 2NO₂
- ③ NO₂溶于水：3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO（循环利用）
保存
- 棕色瓶、阴凉避光处
环境问题
光化学烟雾（NOₓ与碳氢化合物在光照下反应）
酸雨（NO₂形成硝酸型酸雨）
- 危害：直接损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化，还会加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。
- 防治：调整能源结构，发展清洁能源；研究煤的脱硫技术，改进燃烧技术，减少二氧化硫和氮氧化物的排放；加强工厂废气的回收处理；改进汽车尾气的处理技术，控制尾气排放。