氮族元素——氮


一、氮

元素名稱

元素符號N

原子序數7

在周期表中的位置第二周期ⅤA族

電子排布式[He]2s22p3


 

1.氮氣

化學式N2

分類非金屬單質

物理性質無色無味氣體密度略小於空氣難溶於水沸點-196℃

化學性質

  ①非金屬單質的通性

    與金屬單質反應:

      與鋰單質反應:6Li + N2 =常溫/點燃/△= 2Li3N

      與鈉單質反應:6Na + N2 =常溫/點燃/△= 2Na3N

      與鉀單質反應:6K + N2 =常溫/點燃/△= 2K3N

      與鎂單質反應:3Mg + N2 =點燃/△= Mg3N2

      與鈣單質反應:3Ca + N2 =點燃/△= 2Ca3N2

      與鋁單質反應:2Al + N2 =高溫= 2AlN

    與非金屬單質反應:

      與氟氣反應:N2 + 3F2 =放電/△= 2NF3N2 + 4F2 =一定條件= [NF4]+[NF4]-

      與氧氣反應:N2 + O2 =放電/高溫= 2NO

      與氯氣反應:N2 + 3Cl2 =放電/高溫= 2NCl3

      與溴單質反應:N2 + 3Br2 =放電/高溫= 2NBr3

      與碘單質反應:N2 + 3I2 =放電/高溫= 2NI3

      與氫氣反應:N2 + 3H2 ⇌高溫高壓⇌催化劑⇌ 2NH3

      與硼單質反應:2B + N2 =高溫= 2BN

      與硅單質反應:3Si + 2N2 =高溫= Si3N4

制備

  工業制氮氣分離液態空氣

  實驗室制氮氣加熱飽和氯化銨和亞硝酸鈉的混合溶液):NH4Cl + NaNO2 =△= NaCl + N2↑ + 2H2O


 

2.一氧化氮

化學式NO1個σ鍵1個π鍵1個二中心三電子π鍵)。

結構式

分類不成鹽氧化物

物理性質無色無味有毒氣體密度略大於空氣難溶於水

化學性質

  ①還原性HNO2 + H+ = NO+ + H2O

    與氟氣反應:2NO + F2 = 2NOF

    與氧氣反應:2NO + O2 = 2NO2

    與臭氧反應:NO + O3 = NO2 + O2

    與氯氣反應:2NO + Cl2 = 2NOCl

    與溴單質反應:2NO + Br2 = 2NOBr

    與碘單質反應:2NO + I2 = 2NOI

    與二氧化碳反應:NO + CO2 =高溫= NO2 + CO

    與碘單質反應:2NO + 3I2 + 4H2O = 2NO3- + 6I- + 8H+

  ②氧化性

    與氫氣反應:2NO + 2H2 =高溫= N2 + 2H2O

    與白磷反應:10NO + P4 =高溫= 5N2 + P4O10

  ③歸中反應NO + NO2 + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O

  ③二聚反應2NO ⇌ N2O2

  ④配位性

    棕色環反應Fe2+ + NO = [Fe(NO)]2+

制備

  工業制一氧化氮4NH3 + 5O2 =Pt-Rh=△= 4NO + 6H2O

  實驗室制一氧化氮3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O


 

3.一氧化二氮

俗名笑氣

化學式N2O中心Nsp雜化端基N:不雜化2個σ鍵2個Π34)。

 

結構式  

等電子體CO2

分類不成鹽氧化物

物理性質無色具有甜味有毒氣體密度大於空氣微溶於水

化學性質

  ①還原性

    與氨基鈉反應:N2O + NaNH2 = NaN3 + H2O

  ②氧化性


4.一氧化四氮疊氮化亞硝酰

化學式N4O

分類不成鹽氧化物


 

5.二氧化氮

化學式NO2Nsp2雜化2個σ鍵1個Π34)。

結構式

分類不成鹽氧化物

物理性質紅棕色具有刺激性氣味有毒氣體密度大於空氣易溶於水

化學性質

  ①還原性

    與臭氧反應:NO2 + O3 = NO3 + O2

    與高錳酸根離子反應:10NO2 + 2MnO4- + 2H2O = 2Mn2+ + 10NO3- + 4H+

  ②氧化性

    與碳單質反應:2C + 2NO2 =點燃= 2CO2 + N2

    與硫單質反應:4S + 6NO2 =點燃= 4SO3 + 3N2

    與磷單質反應:8P + 10NO2 =點燃= 2P4O10 + 5N2

    與一氧化碳反應:NO2 + CO = NO + CO2

    與二氧化硫反應:NO2 + SO2 = NO + SO3

    與氯化氫反應:NO2 + 2HCl = NO + Cl2 + H2O

    與溴化氫反應:NO2 + 2HBr = NO + Br2 + H2O

    與碘化氫反應:NO2 + 2HI = NO + I2 + H2O

    與硫化氫反應:4NO2 + H2S = 4NO + SO3 + H2O

  ③歧化反應

    與反應:3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO

    與反應:

      與氫氧化鈉反應:2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O

  ④歸中反應NO + NO2 + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O

  ⑤二聚反應2NO2 ⇌ N2O4

用途氣室法制硫酸

制備

  實驗室制二氧化氮Cu + 4HNO3(濃) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O


 

6.二氧化二氮一氧化氮二聚體

化學式N2O2

分類不成鹽氧化物


 

7.三氧化氮

化學式NO3

結構式

分類不成鹽氧化物

制備

  五氧化二氮光解N2O5 =光照= NO2 + NO3

  硝酸氯光解2ClONO2 =光照= Cl2 + 2NO3


 

8.三氧化二氮

化學式N2O3

結構式

分類酸性氧化物

物理性質紅棕色具有刺激性氣味有毒氣體/深藍色具有刺激性氣味有毒液體密度大於空氣易溶於水

化學性質

  ①酸性氧化物的通性

    與反應:N2O3 + H2O = 2HNO3

  ②不穩定性

    三氧化二氮光解N2O3 =光照= NO + NO2


 

9.四氧化二氮

化學式N2O42個Nsp2雜化5個σ鍵1個π68)。

結構式

分類不成鹽氧化物

物理性質無色具有刺激性氣味有毒氣體密度大於空氣易溶於水


 

10.五氧化二氮

化學式N2O5

結構式

分類酸性氧化物

物理性質無色具有刺激性氣味柱狀有毒固體密度大於水易溶於水

化學性質

  ①酸性氧化物的通性

    與反應:N2O5 + H2O = 2HNO3

  ②不穩定性

    五氧化二氮光解N2O5 =光照= NO2 + NO3


 

11.六氧化四氮三硝基胺

化學式N(NO2)3

分類不成鹽氧化物

化學性質

  ①還原性

    與氧氣反應:N(NO2)3 + O2 =點燃= 4NO2

    與過氧化氫反應:N(NO2)3 + 2H2O2 = 4NO2 + 2H2O


 

12.氨氣

俗名氨水氨氣的水溶液)。

化學式NH3

分類一元弱鹼

物理性質無色具有刺激性氣味有毒氣體密度小於空氣極易溶於水易液化

化學性質

  ①鹼性

    電離方程式(與反應):NH3 + H2O ⇌ NH3·H2O ⇌ NH4+ + OH-

    與反應:NH3 + H+ = NH4+

      與稀鹽酸反應:NH3 + HCl = NH4Cl

      與稀硫酸反應:2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4

      與稀硝酸反應:NH3 + HNO3 = NH4NO3

  ②還原性

    與氟氣反應:2NH3(少量) + 3F2 = N2 + 6HF8NH3(足量) + 3F2 = N2 + 6NH4F

    與氧氣反應:4NH3 + 3O2 =點燃= 2N2 + 6H2O4NH3 + 5O2 =Pt-Rh=△= 4NO + 6H2O

    與氯氣反應:2NH3(少量) + 3Cl2 = N2 + 6HCl8NH3(足量) + 3Cl2 = N2 + 6NH4Cl

    與溴單質反應:2NH3(少量) + 3Br2 = N2 + 6HBr8NH3(足量) + 3Br2 = N2 + 6NH4Br

    與碘單質反應:2NH3(少量) + 3I2 = N2 + 6HI8NH3(足量) + 3I2 = N2 + 6NH4I

    與氧化銅反應:2NH3 + 3CuO =△= 3Cu + N2 + 3H2O

    與過氧化氫反應:2NH3 + 3H2O2 = N2 + 6H2O

    與高錳酸根離子反應:10NH3 + 6MnO4- = 6Mn2+ + 5N2 + 18OH- + 6H2O。 

    與次氯酸根離子反應:2NH3 + ClO- = Cl- + N2H4 + H2O

  ③配位性

    與銀離子反應:Ag+ + 2NH3 = [Ag(NH3)2]+

    與銅離子反應:Cu2+ + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2+

制備

  工業制氨氣N2 + 3H2 ⇌高溫高壓⇌催化劑⇌ 2NH3

  實驗室制氨氣

    2NH4Cl + Ca(OH)2 =△= CaCl2 + 2NH3↑ + 2H2O

    NH3·H2O =△= NH3↑ + H2O

    CaO + NH3·H2O = Ca(OH)2 + NH3


 

13.液氨

化學式NH3

化學性質

  ①自偶電離/自耦電離2NH3 ⇌ NH4+ + NH2-

  ②復分解反應

    NH4+ + NH2- = 2NH3

    Zn2+ + 2NH2- = Zn(NH2)2Zn(NH2)2 + 2NH2- = [Zn(NH2)4]2-

    Ag+ + NH2- = AgNH2

  ③氨解反應

    光氣氨解COCl2 + 4NH3 = CO(NH2)2 + 2NH4Cl

    五氯化磷氨解PCl5 + 8NH3 = PN(NH2)2 + 5NH4Cl

    氯化碸氨解SO2Cl2 + 4NH3 = SO2(NH2)2 + 2NH4Cl

    氯化汞氨解HgCl2 + 2NH3 = Hg(NH2)Cl + NH4Cl

  ④還原性

    與鹼金屬反應:2M + 2NH3(l) = 2MNH2 + H2

    與鹼土金屬反應:M + 2NH3(l) = M(NH2)2 + H2


 

14.一水合氨

化學式NH3·H2O

分類一元弱鹼

化學性質

  ①鹼性

    電離方程式NH3·H2O ⇌ NH4+ + OH-

    與非金屬氧化物反應:

      與二氧化碳反應:CO2(少量) + 2NH3·H2O = 2NH4+ + CO32- + H2OCO2(足量) + NH3·H2O = NH4+ + HCO3-

      與二氧化硫反應:SO2(少量) + 2NH3·H2O = 2NH4+ + SO32- + H2OSO2(足量) + NH3·H2O = NH4+ + HSO3-

    與反應:

      與稀鹽酸反應:NH3·H2O + HCl = NH4Cl + H2O

      與稀硫酸反應:2NH3·H2O + H2SO4 = (NH4)2SO4 + 2H2O

      與稀硝酸反應:NH3·H2O + HNO3 = NH4NO3 + H2O

  ②不穩定性

    一水合氨受熱分解NH3·H2O =△= NH3↑ + H2O


 

15.銨鹽

化學性質

  ①鹽的通性

    與反應:NH4+ + OH- = NH3·H2ONH4+ + OH- =△= NH3↑ + H2O

  ②水解性NH4+ + H2O ⇌ NH3·H2O + H+

  ③熱不穩定性

    氯化銨受熱分解NH4Cl =△= NH3↑ + HCl↑

    硫酸銨受熱分解(NH4)2SO4 =△= 2NH3↑ + H2SO4

    硫酸氫銨受熱分解NH4HSO4 =△= NH3↑ + H2SO4

    硝酸銨受熱分解2NH4NO3 =△= 2N2↑ + O2↑ + 4H2ONH4NO3 =△= N2O↑ + 2H2O

    磷酸銨受熱分解(NH4)3PO4 =△= 3NH3↑ + H3PO4

    磷酸一氫銨受熱分解(NH4)2HPO4 =△= 2NH3↑ + H3PO4

    磷酸二氫銨受熱分解NH4H2PO4 =△= NH3↑ + H3PO4

    碳酸銨受熱分解(NH4)2CO3 =△= 2NH3↑ + H2O + CO2

    碳酸氫銨受熱分解NH4HCO3 =△= NH3↑ + H2O + CO2

    亞硫酸銨受熱分解(NH4)2SO3 =△= 2NH3↑ + H2O + SO2

    亞硫酸氫銨受熱分解NH4HSO3 =△= NH3↑ + H2O + SO2

    重鉻酸銨受熱分解(NH4)2Cr2O7 =△= N2↑ + Cr2O3 + 4H2O


 

16.肼/聯氨

化學式N2H42個Nsp3雜化)。

分類二元弱鹼

物理性質無色具有刺激性氣味有毒油狀液體密度大於水極易溶於水

化學性質

  ①鹼性

    電離方程式(與反應):N2H4 + H2O ⇌ N2H4·H2O ⇌ N2H5+ + OH-N2H5+ + H2O ⇌ N2H62+ + OH-

    與反應:N2H4 + H+ = N2H5+N2H5+ + H+ = N2H62+

      與稀鹽酸反應:N2H4 + HCl(少量) = N2H5ClN2H4 + 2HCl(足量) = N2H6Cl2

      與稀硫酸反應:2N2H4 + H2SO4(少量) = (N2H5)2SO42N2H4 + 2H2SO4(足量) = (N2H6)2SO4

  ②還原性

    與氟氣反應:N2H4 + 2F2 = N2 + 4HF

    與氧氣反應:N2H4 + O2 = N2 + 2H2O

    與氯氣反應:N2H4 + 2Cl2 = N2 + 4HCl

    與溴單質反應:N2H4 + 2Br2 = N2↑ + 4HBr

    與碘單質反應:N2H4 + 2I2 = N2↑ + 4HI

    與氧化銅反應:N2H4 + 2CuO =△= 2Cu + N2↑ + 2H2O

    與三氧化二鐵反應:6Fe2O3 + N2H4 = 4Fe3O4 + N2↑ + 2H2O

    與過氧化氫反應:N2H4 + 2H2O2 = N2↑ + 4H2O

    與二氧化氮反應:2N2H4 + 2NO2 = 3N2 + 4H2O

    與四氧化二氮反應:2N2H4 + N2O4 = 3N2 + 4H2O

    與亞硝酸反應:N2H4 + HNO2 = HN3 + 2H2O

    與銀離子反應:N2H4 + 4Ag+ = 4Ag + N2↑ + 4H+

    與高錳酸根離子反應:5N2H4 + 4MnO4- + 12H+ = 5N2↑ + 4Mn2+ + 16H2O

  ③氧化性

  ④配位性

用途

  ①高能燃料

  ②吸收鍋爐水中的氧氣

  ③鍋爐防銹


 

17.羥胺

化學式NH2OH

構型順式羥基氫氨基氫同側)、反式羥基氫氨基氫異側)。

分類一元弱鹼

物理性質白色具有刺激性氣味有毒固體密度大於水極易溶於水

化學性質

  ①鹼性NH3 > NH2OH

    電離方程式(與反應):NH2OH + H2 NH3OH+ + OH-

    與反應:NH2OH + H+ = NH3OH+

      與稀鹽酸反應:NH2OH + HCl = NH3OHCl

      與稀硫酸反應:2NH2OH + H2SO4 = (NH3OH)2SO4

  ②還原性

    與氟氣反應:2NH2OH + F2 = N2 + 2HF + 2H2O

    與氯氣反應:2NH2OH + Cl2 = N2 + 2HCl + 2H2O

    與溴單質反應:2NH2OH + Br2 = N2↑ + 2HBr + 2H2O

    與碘單質反應:2NH2OH + I2 = N2↑ + 2HI + 2H2O

    與硝酸反應:NH2OH + HNO3 = 2NO↑ + 2H2O

    與銀離子反應:2NH2OH + 2Ag+ = 2Ag + N2↑ + 2H2O + 2H+2NH2OH + 4Ag+ = 4Ag + N2O↑ + H2O + 4H+

  ③氧化性

  ④配位性

    與高鈷離子反應:Co3+ + 6NH2OH = [Co(NH2OH)6]3+

    與鋅離子反應:Zn2+ + 4NH2OH = [Zn(ONH3)4]2+


 

18.疊氮酸

化學式HN3α-Nsp2雜化β-Nsp雜化γ-N不雜化3個σ鍵1個Π34)。

結構式

分類一元弱酸

物理性質無色具有刺激性氣味油狀有毒液體密度大於水能與水以任意比例互溶易爆炸

化學性質

  ①酸性

    電離方程式HN3 ⇌ H+ + N3-

    與金屬單質反應:

      與鋅單質反應:Zn + 2HN3 = Zn(N3)2 + H2

      疊氮酸濃鹽酸的混合物能溶解

    與反應:HN3 + OH- = N3- + H2O

      與氫氧化鈉反應:HN3 + NaOH = NaN3 + H2O

  ②氧化性

    Cu + 3HN3 = Cu(N3)2 + NH3↑ + N2

  ③歧化反應HN3 + H2O =Pt= NH2OH + N2

  ④不穩定性2HN3 =撞擊/△= H2↑ + 3N2

制備

  亞硝酸氧化聯氨/N2H4 + HNO2 = HN3 + 2H2O

  疊氮化鈉硫酸反應:NaN3 + H2SO4 = NaHSO4 + HN3


 

19.疊氮酸鹽

化學性質

  ①鹽的通性

    與反應:H+ + N3- = HN3

    與反應:

      與銀離子反應:Ag+ + N3- = AgN3白色沉淀)。

  ②不穩定性

    疊氮化鈉分解2NaN3 =△/撞擊= 2Na + 3N2

    疊氮化銅分解Cu(N3)2 =△/撞擊= Cu + 3N2。 

    疊氮化銀分解2AgN3 =△/撞擊= 2Ag + 3N2

    疊氮化汞分解Hg(N3)2 =△/撞擊= Hg + 3N2

    疊氮化鉈分解2TlN3 =△/撞擊= 2Tl + 3N2

    疊氮化鉛分解Pb(N3)2 =△/撞擊= Pb + 3N2

制備

  一氧化二氮氨基鈉反應:N2O + NaNH2 = NaN3 + H2O

用途

  ①提純金屬

  ②汽車安全氣囊填充物


 

19.亞硝酸

化學式HNO2Nsp2雜化3個σ鍵1個π鍵)。

結構式

分類一元弱酸

構型順式羥基氫端基氧同側)、反式羥基氫端基氧異側)。穩定性反式 > 順式

物理性質亮藍色具有刺激性氣味有毒液體密度大於水能與水以任意比例互溶

化學性質

  ①酸性

    電離方程式HNO2 ⇌ H+ + NO2-

    與反應:HNO2 + OH- = NO2- + H2O

      與氫氧化鈉反應:HNO2 + NaOH = NaNO2 + H2O

  ②氧化性

  ③還原性

  ④不穩定性2HNO3 = N2O3 + H2O2HNO3 = NO↑ + NO2↑ + H2O3HNO2 = HNO3 + 2NO↑ + H2O

制備

  一氧化氮二氧化氮反應:NO + NO2 + H2O = 2HNO2

  亞硝酸鈉硫酸反應:NaNO2 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO2


 

20.亞硝酸鹽

化學性質

  ①鹽的通性

    與反應:H+ + NO2- = HNO2

    與反應:Ag+ + NO2- = AgNO2黃色沉淀)。

  ②氧化性

    與鋁單質反應:2Al + NO2- + OH- + H2O = 2AlO2- + NH3

    與碘離子反應:2NO2- + 2I- + 4H+ = I2 + 2NO↑ + 2H2O

  ③還原性

    與氧氣反應:2NO2- + O2 = 2NO3-

    與氯氣反應:Cl2 + NO2- + H2O = 2Cl- + NO3- + 2H+

    與溴單質反應:Br2 + NO2- + H2O = 2Br- + NO3- + 2H+

    與碘單質反應:I2 + NO2- + H2O = 2I- + NO3- + 2H+

    與高錳酸根離子反應:5NO2- + 2MnO4- + 6H+ = 2Mn2+ + 5NO3- + 3H2O

  ④水解性NO2- + H2O ⇌ HNO2 + OH-

  ⑤配位性

    與高鈷離子反應:Co3+ + 6NO2- = [Co(NO2)6]3-


 

21.硝酸

發煙硝酸溶質質量分數≥95%的硝酸

王水1體積濃硝酸3體積濃鹽酸的混合物

化學式HNO3Nsp2雜化4個σ鍵1個Π34)。

結構式

分類一元強酸

物理性質無色具有刺激性氣味有毒液體密度大於水能與水以任意比例互溶

化學性質

  ①酸性

    電離方程式HNO3 = H+ + NO3-

    與金屬單質反應:

      與鋁單質反應:Al + 4HNO3(稀) = Al(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

      與鋅單質反應:Zn + 4HNO3(濃) = Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O3Zn + 8HNO3(稀) = 3Zn(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

      與鐵單質反應:Fe(少量) + 4HNO3(稀) = Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O3Fe(足量) + 8HNO3(稀) = 3Fe(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

      與銅單質反應:Cu + 4HNO3(濃) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

      冷的濃硝酸發生鈍化

    與反應:H+ + OH- = H2O

      與氫氧化鈉反應:HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O

  ②氧化性

    與碳單質反應:C + 4HNO3(濃) =△= CO2↑ + 4NO2↑ + 2H2O

    與磷單質反應:P + 5HNO3(濃) =△= H3PO4 + 5NO2↑ + H2O

    與砷單質反應:As + 5HNO3(濃) =△= H3AsO4 + 5NO2↑ + H2O

    與硫單質反應:S + 6HNO3(濃) =△= H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O

    與碘單質反應:I2 + 10HNO3(濃) =△= 2HIO3 + 10NO2↑ + 4H2O

    王水鉑單質反應:3Pt + 4HNO3 + 18HCl = 3H2[PtCl6] + 4NO↑ + 4H2O

    王水金單質反應:Au + HNO3 + 4HCl = H[AuCl4] + NO↑ + 2H2O

  ③不穩定性

    硝酸光解/受熱分解4HNO3 =光照/△= 4NO2↑ + O2↑ + 2H2O

制備

  工業制硝酸4NH3 + 5O2 =Pt-Rh=△= 4NO + 6H2O2NO + O2 = 2NO23NO2 + H2O = 2HNO3 + NO

  實驗室制硝酸NaNO3 + H2SO4(濃) =△= NaHSO4 + HNO3


22.硝酸鹽

化學性質

  ①鹽的通性

  ②熱不穩定性

    硝酸鉀受熱分解2KNO3 =△= 2KNO2 + O2

    硝酸鈣受熱分解Ca(NO3)2 =△= Ca(NO2)2 + O2

    硝酸鈉受熱分解2NaNO3 =△= 2NaNO2 + O2

    硝酸鎂受熱分解2Mg(NO3)2 =△= 2MgO + 2NO2↑ + O2

    硝酸鋁受熱分解4Al(NO3)3 =△= 2Al2O3 + 12NO2↑ + 3O2

    硝酸鐵受熱分解4Fe(NO3)3 =△= 2Fe2O3 + 12NO2↑ + 3O2

    硝酸鉛受熱分解2Pb(NO3)2 =△= 2PbO + 4NO2↑ + O2。 

    硝酸銅受熱分解2Cu(NO3)2 =△= 2CuO + 4NO2↑ + O2

    硝酸亞汞受熱分解Hg2(NO3)2 =△= 2Hg + 2NO2↑ + O2

    硝酸銀受熱分解2AgNO3 =△= 2Ag + 2NO2↑ + O2

    硝酸銨受熱分解2NH4NO3 =△= 2N2↑ + O2↑ + 4H2ONH4NO3 =△= N2O↑ + 2H2O


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