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📜  二氮——定义、制备、性质、用途

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:57:10.764000             🧑  作者: Mango

二氮——定义、制备、性质、用途

氮是元素周期表第 15 族中最轻的元素，也称为 pnictogens。二氮是一种无色无味的双原子气体，分子式为 N 2 ，当元素的两个原子在 STP 处结合时形成。

人体含有大约 3% 质量的氮。氮循环描述了氮从大气到生物圈和有机化合物，然后再回到大气的运动。

二氮

二氮构成了地球大气的 78%，使其成为大气中最丰富的元素，也是宇宙中第七丰富的未结合元素。 1772年，苏格兰医生丹尼尔·卢瑟福第一次发现了这种元素。这种化学元素的符号是N，原子序数是7。

准备

氮气通过空气的液化和分馏在商业上生产。液氮首先分离，留下液氧。实验室通过氯化铵水溶液与亚硝酸钠反应合成二氮。

NH 4 CI(aq) + NaNO 2 (aq) → N 2 (g) + 2H 2 O(l) + NaCl (aq)

在这个反应中，生成了少量的 NO 和 HNO 3 ；这些杂质可以通过使气体通过含有重铬酸钾的硫酸水溶液来去除。也可用重铬酸铵热分解制得。

(NH 4 ) 2 C r 2O 7 → N 2 + 4H 2 O + Cr 2 O 3

叠氮化钠或叠氮化钡的热分解可产生非常纯的氮气。

Ba(N 3 ) 2 → Ba + 3N 2

氮气的性质

  • 氮气是一种无毒、无色、无臭、无味的气体。
  • 氮原子有两种稳定同位素。
  • 它具有非常低的水溶性和低凝固点和沸点。
  • 由于 N≡N 键的高键焓，二氮在室温下相对惰性。
  • 另一方面，反应性随着温度升高而迅速增加。在较高温度下，它直接与一些金属结合形成主要是离子氮化物和与非金属共价氮化物。
  • 氮气冷凝形成无色液体，然后凝固形成雪状物质。
  • 在室温下，N 2几乎是非反应性的。它不燃烧，也不支持燃烧。 N 2在室温下的化学惰性是由于分子的高稳定性。
  • 已知在非常温和的条件下与金属如锂、碱金属和钙发生反应。已知此类反应是表面失去光泽的反应，最终的本体产物是金属氮化物，例如 Li 3 N。

与氮气的反应

  • 与正电金属结合

在高温下，它与一些高正电性金属结合形成氮化物。在低温下，氮化锂形成缓慢，但在高温下迅速形成。镁和铝在氮气氛中继续燃烧，形成氮化物。当钙、锶和钡变成红热时，它们会与 N 2发生反应。

6Li+N 2 → 2Li 3 N 2

3Mg+N 2 → Mg 3 N 2

2Al+N 2 → 2AlN

3Ca+N 2 → Ca 3 N 2

  • 与 O 2结合

在存在电弧（高于 3273K）的情况下，N 2与 O 2结合形成一氧化氮。

N 2 +O 2 → 2NO

氮气的用途

  • 二氮主要用于生产氨和其他含氮工业化学品（例如氰氨化钙）。
  • 它还用于需要惰性气氛的情况（例如，在钢铁工业中，用于活性化学品的惰性稀释剂）。
  • 液氮是一种制冷剂，用于保存生物材料、食品和冷冻手术。

氮循环

  • 氮通过一系列微生物转化提供给植物，进而维持所有动物的生命。固氮、氮同化、氨化、硝化和反硝化是这些步骤的分类，它们并不都是顺序的。
  • 固氮，或将氮气转化为无机氮化合物，主要由某些细菌和蓝绿藻完成。少量的游离氮通过 Haber-Bosch 工艺非生物固定，将其转化为氨。
  • 固氮会产生硝酸盐和氨，它们会被结合到藻类和高等植物的特殊组织成分中。这些藻类和植物然后被动物消耗，在那里它们被转化为它们自己的身体化合物。
  • 微生物在氨化过程中分解所有生物的残骸及其废物，产生氨和铵。在厌氧或无氧条件下可能会出现恶臭的腐烂产品，但它们也会随着时间的推移转化为氨。根据土壤条件，氨可以离开土壤或转化为其他氮化合物。
  • 硝化作用是硝化细菌将土壤氨转化为硝酸盐 (NO 3 – ) 的过程，植物可以将硝酸盐吸收到自己的组织中。

示例问题

问题1：给出二氮的一些用途。

回答：

问题2：为什么氮呈现+5氧化态，但不形成五卤化物？

回答：

问题 3：为什么 NO 2会二聚化？

回答：

问题4：由氮形成的主要酸有哪些？

回答：

问题 5：氮气是如何商业化生产的？

回答：