氮族元素——氮

一、氮

元素名称

元素符号N

原子序数7

在周期表中的位置第二周期ⅤA族

电子排布式[He]2s22p3


1.氮气

化学式N2

分类非金属单质

物理性质无色无味气体密度略小于空气难溶于水沸点-196℃

化学性质

  ①非金属单质的通性

    与金属单质反应:

      与锂单质反应:6Li + N2 =常温/点燃/△= 2Li3N

      与钠单质反应:6Na + N2 =常温/点燃/△= 2Na3N

      与钾单质反应:6K + N2 =常温/点燃/△= 2K3N

      与镁单质反应:3Mg + N2 =点燃/△= Mg3N2

      与钙单质反应:3Ca + N2 =点燃/△= 2Ca3N2

      与铝单质反应:2Al + N2 =高温= 2AlN

    与非金属单质反应:

      与氟气反应:N2 + 3F2 =放电/△= 2NF3N2 + 4F2 =一定条件= [NF4]+[NF4]-

      与氧气反应:N2 + O2 =放电/高温= 2NO

      与氯气反应:N2 + 3Cl2 =放电/高温= 2NCl3

      与溴单质反应:N2 + 3Br2 =放电/高温= 2NBr3

      与碘单质反应:N2 + 3I2 =放电/高温= 2NI3

      与氢气反应:N2 + 3H2 ⇌高温高压⇌催化剂⇌ 2NH3

      与硼单质反应:2B + N2 =高温= 2BN

      与硅单质反应:3Si + 2N2 =高温= Si3N4

制备

  工业制氮气分离液态空气

  实验室制氮气加热饱和氯化铵和亚硝酸钠的混合溶液):NH4Cl + NaNO2 =△= NaCl + N2↑ + 2H2O


2.一氧化氮

化学式NO1个σ键1个π键1个二中心三电子π键)。

结构式

分类不成盐氧化物

物理性质无色无味有毒气体密度略大于空气难溶于水

化学性质

  ①还原性HNO2 + H+ = NO+ + H2O

    与氟气反应:2NO + F2 = 2NOF

    与氧气反应:2NO + O2 = 2NO2

    与臭氧反应:NO + O3 = NO2 + O2

    与氯气反应:2NO + Cl2 = 2NOCl

    与溴单质反应:2NO + Br2 = 2NOBr

    与碘单质反应:2NO + I2 = 2NOI

    与二氧化碳反应:NO + CO2 =高温= NO2 + CO

    与碘单质反应:2NO + 3I2 + 4H2O = 2NO3- + 6I- + 8H+

  ②氧化性

    与氢气反应:2NO + 2H2 =高温= N2 + 2H2O

    与白磷反应:10NO + P4 =高温= 5N2 + P4O10

  ③归中反应NO + NO2 + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O

  ③二聚反应2NO ⇌ N2O2

  ④配位性

    棕色环反应Fe2+ + NO = [Fe(NO)]2+

制备

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

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


3.一氧化二氮

俗名笑气

化学式N2O中心Nsp杂化端基N:不杂化2个σ键2个Π34)。

结构式  

等电子体CO2

分类不成盐氧化物

物理性质无色具有甜味有毒气体密度大于空气微溶于水

化学性质

  ①还原性

    与氨基钠反应:N2O + NaNH2 = NaN3 + H2O

  ②氧化性


4.一氧化四氮叠氮化亚硝酰

化学式N4O

分类不成盐氧化物


5.二氧化氮

化学式NO2Nsp2杂化2个σ键1个Π34)。

结构式

分类不成盐氧化物

物理性质红棕色具有刺激性气味有毒气体密度大于空气易溶于水

化学性质

  ①还原性

    与臭氧反应:NO2 + O3 = NO3 + O2

    与高锰酸根离子反应:10NO2 + 2MnO4- + 2H2O = 2Mn2+ + 10NO3- + 4H+

  ②氧化性

    与碳单质反应:2C + 2NO2 =点燃= 2CO2 + N2

    与硫单质反应:4S + 6NO2 =点燃= 4SO3 + 3N2

    与磷单质反应:8P + 10NO2 =点燃= 2P4O10 + 5N2

    与一氧化碳反应:NO2 + CO = NO + CO2

    与二氧化硫反应:NO2 + SO2 = NO + SO3

    与氯化氢反应:NO2 + 2HCl = NO + Cl2 + H2O

    与溴化氢反应:NO2 + 2HBr = NO + Br2 + H2O

    与碘化氢反应:NO2 + 2HI = NO + I2 + H2O

    与硫化氢反应:4NO2 + H2S = 4NO + SO3 + H2O

  ③歧化反应

    与反应:3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO

    与反应:

      与氢氧化钠反应:2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O

  ④归中反应NO + NO2 + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O

  ⑤二聚反应2NO2 ⇌ N2O4

用途气室法制硫酸

制备

  实验室制二氧化氮Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O


6.二氧化二氮一氧化氮二聚体

化学式N2O2

分类不成盐氧化物


7.三氧化氮

化学式NO3

结构式

分类不成盐氧化物

制备

  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

化学式N2O3

结构式

分类酸性氧化物

物理性质红棕色具有刺激性气味有毒气体/深蓝色具有刺激性气味有毒液体密度大于空气易溶于水

化学性质

  ①酸性氧化物的通性

    与反应:N2O3 + H2O = 2HNO3

  ②不稳定性

    三氧化二氮光解N2O3 =光照= NO + NO2


9.四氧化二氮

化学式N2O42个Nsp2杂化5个σ键1个π68)。

结构式

分类不成盐氧化物

物理性质无色具有刺激性气味有毒气体密度大于空气易溶于水


10.五氧化二氮

化学式N2O5

结构式

分类酸性氧化物

物理性质无色具有刺激性气味柱状有毒固体密度大于水易溶于水

化学性质

  ①酸性氧化物的通性

    与反应:N2O5 + H2O = 2HNO3

  ②不稳定性

    五氧化二氮光解N2O5 =光照= NO2 + NO3


11.六氧化四氮三硝基胺

化学式N(NO2)3

分类不成盐氧化物

化学性质

  ①还原性

    与氧气反应:N(NO2)3 + O2 =点燃= 4NO2

    与过氧化氢反应:N(NO2)3 + 2H2O2 = 4NO2 + 2H2O


12.氨气

俗名氨水氨气的水溶液)。

化学式NH3

分类一元弱碱

物理性质无色具有刺激性气味有毒气体密度小于空气极易溶于水易液化

化学性质

  ①碱性

    电离方程式(与反应):NH3 + H2O ⇌ NH3·H2O ⇌ NH4+ + OH-

    与反应:NH3 + H+ = NH4+

      与稀盐酸反应:NH3 + HCl = NH4Cl

      与稀硫酸反应:2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4

      与稀硝酸反应:NH3 + HNO3 = NH4NO3

  ②还原性

    与氟气反应:2NH3(少量) + 3F2 = N2 + 6HF8NH3(足量) + 3F2 = N2 + 6NH4F

    与氧气反应:4NH3 + 3O2 =点燃= 2N2 + 6H2O4NH3 + 5O2 =Pt-Rh=△= 4NO + 6H2O

    与氯气反应:2NH3(少量) + 3Cl2 = N2 + 6HCl8NH3(足量) + 3Cl2 = N2 + 6NH4Cl

    与溴单质反应:2NH3(少量) + 3Br2 = N2 + 6HBr8NH3(足量) + 3Br2 = N2 + 6NH4Br

    与碘单质反应:2NH3(少量) + 3I2 = N2 + 6HI8NH3(足量) + 3I2 = N2 + 6NH4I

    与氧化铜反应:2NH3 + 3CuO =△= 3Cu + N2 + 3H2O

    与过氧化氢反应:2NH3 + 3H2O2 = N2 + 6H2O

    与高锰酸根离子反应:10NH3 + 6MnO4- = 6Mn2+ + 5N2 + 18OH- + 6H2O。 

    与次氯酸根离子反应:2NH3 + ClO- = Cl- + N2H4 + H2O

  ③配位性

    与银离子反应:Ag+ + 2NH3 = [Ag(NH3)2]+

    与铜离子反应:Cu2+ + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2+

制备

  工业制氨气N2 + 3H2 ⇌高温高压⇌催化剂⇌ 2NH3

  实验室制氨气

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

    NH3·H2O =△= NH3↑ + H2O

    CaO + NH3·H2O = Ca(OH)2 + NH3


13.液氨

化学式NH3

化学性质

  ①自偶电离/自耦电离2NH3 ⇌ NH4+ + NH2-

  ②复分解反应

    NH4+ + NH2- = 2NH3

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

    Ag+ + NH2- = AgNH2

  ③氨解反应

    光气氨解COCl2 + 4NH3 = CO(NH2)2 + 2NH4Cl

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

    氯化砜氨解SO2Cl2 + 4NH3 = SO2(NH2)2 + 2NH4Cl

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

  ④还原性

    与碱金属反应:2M + 2NH3(l) = 2MNH2 + H2

    与碱土金属反应:M + 2NH3(l) = M(NH2)2 + H2


14.一水合氨

化学式NH3·H2O

分类一元弱碱

化学性质

  ①碱性

    电离方程式NH3·H2O ⇌ NH4+ + OH-

    与非金属氧化物反应:

      与二氧化碳反应:CO2(少量) + 2NH3·H2O = 2NH4+ + CO32- + H2OCO2(足量) + NH3·H2O = NH4+ + HCO3-

      与二氧化硫反应:SO2(少量) + 2NH3·H2O = 2NH4+ + SO32- + H2OSO2(足量) + NH3·H2O = NH4+ + HSO3-

    与反应:

      与稀盐酸反应:NH3·H2O + HCl = NH4Cl + H2O

      与稀硫酸反应:2NH3·H2O + H2SO4 = (NH4)2SO4 + 2H2O

      与稀硝酸反应:NH3·H2O + HNO3 = NH4NO3 + H2O

  ②不稳定性

    一水合氨受热分解NH3·H2O =△= NH3↑ + H2O


15.铵盐

化学性质

  ①盐的通性

    与反应:NH4+ + OH- = NH3·H2ONH4+ + OH- =△= NH3↑ + H2O

  ②水解性NH4+ + H2O ⇌ NH3·H2O + H+

  ③热不稳定性

    氯化铵受热分解NH4Cl =△= NH3↑ + HCl↑

    硫酸铵受热分解(NH4)2SO4 =△= 2NH3↑ + H2SO4

    硫酸氢铵受热分解NH4HSO4 =△= NH3↑ + H2SO4

    硝酸铵受热分解2NH4NO3 =△= 2N2↑ + O2↑ + 4H2ONH4NO3 =△= N2O↑ + 2H2O

    磷酸铵受热分解(NH4)3PO4 =△= 3NH3↑ + H3PO4

    磷酸一氢铵受热分解(NH4)2HPO4 =△= 2NH3↑ + H3PO4

    磷酸二氢铵受热分解NH4H2PO4 =△= NH3↑ + H3PO4

    碳酸铵受热分解(NH4)2CO3 =△= 2NH3↑ + H2O + CO2

    碳酸氢铵受热分解NH4HCO3 =△= NH3↑ + H2O + CO2

    亚硫酸铵受热分解(NH4)2SO3 =△= 2NH3↑ + H2O + SO2

    亚硫酸氢铵受热分解NH4HSO3 =△= NH3↑ + H2O + SO2

    重铬酸铵受热分解(NH4)2Cr2O7 =△= N2↑ + Cr2O3 + 4H2O


16.肼/联氨

化学式N2H42个Nsp3杂化)。

分类二元弱碱

物理性质无色具有刺激性气味有毒油状液体密度大于水极易溶于水

化学性质

  ①碱性

    电离方程式(与反应):N2H4 + H2O ⇌ N2H4·H2O ⇌ N2H5+ + OH-N2H5+ + H2O ⇌ N2H62+ + OH-

    与反应:N2H4 + H+ = N2H5+N2H5+ + H+ = N2H62+

      与稀盐酸反应:N2H4 + HCl(少量) = N2H5ClN2H4 + 2HCl(足量) = N2H6Cl2

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

  ②还原性

    与氟气反应:N2H4 + 2F2 = N2 + 4HF

    与氧气反应:N2H4 + O2 = N2 + 2H2O

    与氯气反应:N2H4 + 2Cl2 = N2 + 4HCl

    与溴单质反应:N2H4 + 2Br2 = N2↑ + 4HBr

    与碘单质反应:N2H4 + 2I2 = N2↑ + 4HI

    与氧化铜反应:N2H4 + 2CuO =△= 2Cu + N2↑ + 2H2O

    与三氧化二铁反应:6Fe2O3 + N2H4 = 4Fe3O4 + N2↑ + 2H2O

    与过氧化氢反应:N2H4 + 2H2O2 = N2↑ + 4H2O

    与二氧化氮反应:2N2H4 + 2NO2 = 3N2 + 4H2O

    与四氧化二氮反应:2N2H4 + N2O4 = 3N2 + 4H2O

    与亚硝酸反应:N2H4 + HNO2 = HN3 + 2H2O

    与银离子反应:N2H4 + 4Ag+ = 4Ag + N2↑ + 4H+

    与高锰酸根离子反应:5N2H4 + 4MnO4- + 12H+ = 5N2↑ + 4Mn2+ + 16H2O

  ③氧化性

  ④配位性

用途

  ①高能燃料

  ②吸收锅炉水中的氧气

  ③锅炉防锈


17.羟胺

化学式NH2OH

构型顺式羟基氢氨基氢同侧)、反式羟基氢氨基氢异侧)。

分类一元弱碱

物理性质白色具有刺激性气味有毒固体密度大于水极易溶于水

化学性质

  ①碱性NH3 > NH2OH

    电离方程式(与反应):NH2OH + H2 NH3OH+ + OH-

    与反应:NH2OH + H+ = NH3OH+

      与稀盐酸反应:NH2OH + HCl = NH3OHCl

      与稀硫酸反应:2NH2OH + H2SO4 = (NH3OH)2SO4

  ②还原性

    与氟气反应:2NH2OH + F2 = N2 + 2HF + 2H2O

    与氯气反应:2NH2OH + Cl2 = N2 + 2HCl + 2H2O

    与溴单质反应:2NH2OH + Br2 = N2↑ + 2HBr + 2H2O

    与碘单质反应:2NH2OH + I2 = N2↑ + 2HI + 2H2O

    与硝酸反应:NH2OH + HNO3 = 2NO↑ + 2H2O

    与银离子反应:2NH2OH + 2Ag+ = 2Ag + N2↑ + 2H2O + 2H+2NH2OH + 4Ag+ = 4Ag + N2O↑ + H2O + 4H+

  ③氧化性

  ④配位性

    与高钴离子反应:Co3+ + 6NH2OH = [Co(NH2OH)6]3+

    与锌离子反应:Zn2+ + 4NH2OH = [Zn(ONH3)4]2+


18.叠氮酸

化学式HN3α-Nsp2杂化β-Nsp杂化γ-N不杂化3个σ键1个Π34)。

结构式

分类一元弱酸

物理性质无色具有刺激性气味油状有毒液体密度大于水能与水以任意比例互溶易爆炸

化学性质

  ①酸性

    电离方程式HN3 ⇌ H+ + N3-

    与金属单质反应:

      与锌单质反应:Zn + 2HN3 = Zn(N3)2 + H2

      叠氮酸浓盐酸的混合物能溶解

    与反应:HN3 + OH- = N3- + H2O

      与氢氧化钠反应:HN3 + NaOH = NaN3 + H2O

  ②氧化性

    Cu + 3HN3 = Cu(N3)2 + NH3↑ + N2

  ③歧化反应HN3 + H2O =Pt= NH2OH + N2

  ④不稳定性2HN3 =撞击/△= H2↑ + 3N2

制备

  亚硝酸氧化联氨/N2H4 + HNO2 = HN3 + 2H2O

  叠氮化钠硫酸反应:NaN3 + H2SO4 = NaHSO4 + HN3


19.叠氮酸盐

化学性质

  ①盐的通性

    与反应:H+ + N3- = HN3

    与反应:

      与银离子反应:Ag+ + N3- = AgN3白色沉淀)。

  ②不稳定性

    叠氮化钠分解2NaN3 =△/撞击= 2Na + 3N2

    叠氮化铜分解Cu(N3)2 =△/撞击= Cu + 3N2。 

    叠氮化银分解2AgN3 =△/撞击= 2Ag + 3N2

    叠氮化汞分解Hg(N3)2 =△/撞击= Hg + 3N2

    叠氮化铊分解2TlN3 =△/撞击= 2Tl + 3N2

    叠氮化铅分解Pb(N3)2 =△/撞击= Pb + 3N2

制备

  一氧化二氮氨基钠反应:N2O + NaNH2 = NaN3 + H2O

用途

  ①提纯金属

  ②汽车安全气囊填充物


19.亚硝酸

化学式HNO2Nsp2杂化3个σ键1个π键)。

结构式

分类一元弱酸

构型顺式羟基氢端基氧同侧)、反式羟基氢端基氧异侧)。稳定性反式 > 顺式

物理性质亮蓝色具有刺激性气味有毒液体密度大于水能与水以任意比例互溶

化学性质

  ①酸性

    电离方程式HNO2 ⇌ H+ + NO2-

    与反应:HNO2 + OH- = NO2- + H2O

      与氢氧化钠反应:HNO2 + NaOH = NaNO2 + H2O

  ②氧化性

  ③还原性

  ④不稳定性2HNO3 = N2O3 + H2O2HNO3 = NO↑ + NO2↑ + H2O3HNO2 = HNO3 + 2NO↑ + H2O

制备

  一氧化氮二氧化氮反应:NO + NO2 + H2O = 2HNO2

  亚硝酸钠硫酸反应:NaNO2 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO2


20.亚硝酸盐

化学性质

  ①盐的通性

    与反应:H+ + NO2- = HNO2

    与反应:Ag+ + NO2- = AgNO2黄色沉淀)。

  ②氧化性

    与铝单质反应:2Al + NO2- + OH- + H2O = 2AlO2- + NH3

    与碘离子反应:2NO2- + 2I- + 4H+ = I2 + 2NO↑ + 2H2O

  ③还原性

    与氧气反应:2NO2- + O2 = 2NO3-

    与氯气反应:Cl2 + NO2- + H2O = 2Cl- + NO3- + 2H+

    与溴单质反应:Br2 + NO2- + H2O = 2Br- + NO3- + 2H+

    与碘单质反应:I2 + NO2- + H2O = 2I- + NO3- + 2H+

    与高锰酸根离子反应:5NO2- + 2MnO4- + 6H+ = 2Mn2+ + 5NO3- + 3H2O

  ④水解性NO2- + H2O ⇌ HNO2 + OH-

  ⑤配位性

    与高钴离子反应:Co3+ + 6NO2- = [Co(NO2)6]3-


21.硝酸

发烟硝酸溶质质量分数≥95%的硝酸

王水1体积浓硝酸3体积浓盐酸的混合物

化学式HNO3Nsp2杂化4个σ键1个Π34)。

结构式

分类一元强酸

物理性质无色具有刺激性气味有毒液体密度大于水能与水以任意比例互溶

化学性质

  ①酸性

    电离方程式HNO3 = H+ + NO3-

    与金属单质反应:

      与铝单质反应:Al + 4HNO3(稀) = Al(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

      与锌单质反应:Zn + 4HNO3(浓) = Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O3Zn + 8HNO3(稀) = 3Zn(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

      与铁单质反应:Fe(少量) + 4HNO3(稀) = Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O3Fe(足量) + 8HNO3(稀) = 3Fe(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

      与铜单质反应:Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

      冷的浓硝酸发生钝化

    与反应:H+ + OH- = H2O

      与氢氧化钠反应:HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O

  ②氧化性

    与碳单质反应:C + 4HNO3(浓) =△= CO2↑ + 4NO2↑ + 2H2O

    与磷单质反应:P + 5HNO3(浓) =△= H3PO4 + 5NO2↑ + H2O

    与砷单质反应:As + 5HNO3(浓) =△= H3AsO4 + 5NO2↑ + H2O

    与硫单质反应:S + 6HNO3(浓) =△= H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O

    与碘单质反应:I2 + 10HNO3(浓) =△= 2HIO3 + 10NO2↑ + 4H2O

    王水铂单质反应:3Pt + 4HNO3 + 18HCl = 3H2[PtCl6] + 4NO↑ + 4H2O

    王水金单质反应:Au + HNO3 + 4HCl = H[AuCl4] + NO↑ + 2H2O

  ③不稳定性

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

制备

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

  实验室制硝酸NaNO3 + H2SO4(浓) =△= NaHSO4 + HNO3


22.硝酸盐

化学性质

  ①盐的通性

  ②热不稳定性

    硝酸钾受热分解2KNO3 =△= 2KNO2 + O2

    硝酸钙受热分解Ca(NO3)2 =△= Ca(NO2)2 + O2

    硝酸钠受热分解2NaNO3 =△= 2NaNO2 + O2

    硝酸镁受热分解2Mg(NO3)2 =△= 2MgO + 2NO2↑ + O2

    硝酸铝受热分解4Al(NO3)3 =△= 2Al2O3 + 12NO2↑ + 3O2

    硝酸铁受热分解4Fe(NO3)3 =△= 2Fe2O3 + 12NO2↑ + 3O2

    硝酸铅受热分解2Pb(NO3)2 =△= 2PbO + 4NO2↑ + O2。 

    硝酸铜受热分解2Cu(NO3)2 =△= 2CuO + 4NO2↑ + O2

    硝酸亚汞受热分解Hg2(NO3)2 =△= 2Hg + 2NO2↑ + O2

    硝酸银受热分解2AgNO3 =△= 2Ag + 2NO2↑ + O2

    硝酸铵受热分解2NH4NO3 =△= 2N2↑ + O2↑ + 4H2ONH4NO3 =△= N2O↑ + 2H2O

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——蘸以清墨,书我弦歌。
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