氮及重要化合物-合成氨和亚硝酸盐

1.氮

氮是无色无臭的气体，微溶于水。N₂分子特别稳定，化学性质很不活泼，和大多数物质难于起反应。但在一定条件下N₂能直接与H₂或O₂化合：

氮也可以和镁、钙等元素化合生成Mg₃N₂、Ca₃N₂，遇水强烈水解放出NH₃。

2.氨和铵盐

（1）氨 氨是氮的重要化合物，几乎所有含氮的化合物都可以由它来制取。工业上在高温、高压和催化剂存在下，由H₂和N₂合成NH₃。在实验室中，用铵盐和碱反应来制备少量的NH₃：

氨是有特殊刺激气味的无色气体，溶于水呈碱性。氨的化学性质活泼，能与许多物质发生反应。氨的化学性质主要有以下三方面：

① 加合反应：NH₃在水中的溶解度极大。NH₃与H₂O通过氢键形成氨的水合物NH₃·H₂O，即氨水。氨水溶液呈弱碱性。

NH₃分子亦能和酸（如HCl、H₂SO₄等）中的H⁺加合，生成。此外还可以与Ag⁺、Cu²⁺等离子加合，形成[Ag（NH₃）₂]⁺、[Cu（NH₃）₄]²⁺等配离子。

② 氧化还原反应：NH₃分子中的N处于最低氧化数-3，体现了氨的强还原性。例如NH₃在纯O₂中燃烧，火焰显黄色：

在铂催化剂的作用下，NH₃还可被氧化为NO：

此反应是工业上氨接触氧化法制造硝酸的基础反应。

常温下NH₃能与许多强氧化剂（如Cl₂、H₂O₂、KMnO₄等）直接发生作用，例如：

③取代反应：在一定条件下，NH₃分子中的H原子可以依次被取代，生成一系列氨的衍生物。例如，金属Na可与NH₃反应，生成氨基化钠：

NH₃还可生成亚氨基（）的衍生物，如Ag₂NH；氮化物（），如Li₃N。

（2）铵盐 铵盐是NH₃和酸的反应产物。铵盐易溶于水，且都发生一定程度的水解。当铵盐与强碱作用时，都能产生NH₃，根据NH₃的特殊气味和它对石蕊试剂的反应，即可验证氨。

固态铵盐加热极易分解，其分解产物因酸根不同而异：

由挥发性酸组成的铵盐被加热时，NH₃与酸一起挥发，例如：

由难挥发性酸组成的铵盐被加热时，只有NH₃挥发逸出，酸则残留于容器中，例如：

由氧化性酸组成的铵盐被加热时，分解产生的NH₃被氧化性酸氧化成N₂或氮的化合物，例如：

温度更高时，NH₄NO₃以另一种方式分解，同时放出大量的热：

由于反应产生大量的气体和热量，如果反应在密封容器中进行，就会引起爆炸。因此硝酸铵可用于制造炸药，称为硝铵炸药。

NH₄Cl常用于染料工业、焊接以及干电池的制造。铵盐都可用作化学肥料。

3.氮的氧化物、含氧酸及其盐

（1）氮的氧化物 氮可以形成多种氧化物，N₂O、NO、N₂O₃、NO₂、N₂O₅，其中最主要的是NO和NO₂。

NO是无色有毒气体，在水中的溶解度较小，且与水不发生反应。常温下NO很容易氧化为NO₂：

NO₂是红棕色有毒气体，具有特殊臭味。温度降低时聚合成无色的N₂O₄分子。NO₂与水反应生成硝酸和NO：(www.xing528.com)

工业废气、燃料燃烧以及汽车尾气中都有NO及NO₂。NO是空气的主要污染气体之一。NO₂能与空气中的水分发生反应，生成硝酸，是酸雨的成分之一，对人体、金属和植物都有害。目前处理废气中氮的氧化物可用碱液进行吸收：

（2）亚硝酸及亚硝酸盐 在亚硝酸钡的溶液中加入定量的稀硫酸，可制得亚硝酸溶液：

亚硝酸是一种弱酸，= 4.6 × 10^-4。

亚硝酸很不稳定，仅存在于冷的稀溶液中，浓溶液或微热时，会分解为NO和NO₂：

在亚硝酸及其盐中，N的氧化数为+3，处于中间氧化态，故既有氧化性又有还原性。在酸性介质中，主要表现为氧化性，例如：

此反应用于定量测定亚硝酸盐。

亚硝酸及其盐只有遇到强氧化剂时才能被氧化，表现出还原性。例如：

亚硝酸虽然很不稳定，但亚硝酸盐却是稳定的。NaNO₂和KNO₂是两种常用的盐。亚硝酸盐广泛用于有机合成及食品工业中，用作防腐剂，加入火腿、午餐肉等中作为发色剂，但要注意控制添加量，以防止产生致癌物质二甲基亚硝胺。

（3）硝酸及硝酸盐 硝酸是工业上重要的三酸（盐酸、硫酸、硝酸）之一。工业上生产HNO₃的主要方法是氨的接触氧化法：

NO和O₂化合成NO₂，NO₂再和H₂O反应即可制得HNO₃。

实验室中，少量的HNO₃可用硝酸盐与浓硫酸作用：

纯硝酸为无色液体，易挥发，遇光和热即部分分解：

分解出来的NO₂又溶于HNO₃，使HNO₃带黄色。因此实验室常把硝酸贮存于棕色瓶中。

硝酸是强酸，在水中全部解离。

硝酸是一种强氧化剂，其还原产物相当复杂，不仅与还原剂的本性有关，还与硝酸的浓度有关。硝酸与非金属硫、磷、碳、硼等反应时，不论浓、稀硝酸，它被还原的产物主要为NO。硝酸与大多数金属反应时，其还原产物常较复杂，浓硝酸一般被还原到NO₂，稀硝酸可被还原到NO，极稀的HNO₃作氧化剂时，只要还原剂足够活泼，还原产物主要是。一般硝酸越稀，金属越活泼，硝酸被还原的程度越大。例如：

一体积浓HNO₃与三体积浓HCl组成的混合酸称为王水。不溶于HNO₃的金和铂能溶于王水：

硝酸盐在常温下比较稳定，但在高温时固体硝酸盐都会分解而显氧化性。除硝酸铵外，硝酸盐受热分解有三种情况。

活泼金属（比Mg活泼的碱金属和碱土金属）分解时放出O₂，并生成亚硝酸盐：

活泼性较小的金属（在金属活动顺序表中处在Mg与Hg之间）的硝酸盐，分解时得到相应的氧化物、NO₂和O₂：

活泼性更小的金属（活泼性比Cu差）的硝酸盐，则生成金属单质、NO₂和O₂：

4.亚硝酸根和硝酸根离子的鉴定

（1）的鉴定 亚硝酸盐溶液加HAc酸化，加入新鲜配制的FeSO₄溶液，溶液呈棕色：

（2）的鉴定 向硝酸盐溶液中加入少量FeSO₄溶液，混匀，沿试管壁缓缓小心加入浓H₂SO₄，在两液界面处出现棕色环：

此反应与鉴定亚硝酸根离子的区别是：硝酸盐在HAc条件下无棕色环生成，必须用浓H₂SO₄。