解放军文职招聘考试氮和氮的化合物

 氮和氮的化合物

一、单质氮
氮在地壳中的质量百分含量是 0. 46% ，绝大部分氮是以单质分子 N 2 的形式存在于空气中。除了土壤中含有一些铵盐、硝酸盐外，氮以无机化合物形式存在于自然界是很少的，而氮却普遍存在于有机体中，是组成动植物体的蛋白质和核酸的重要元素。
1. 氮的性质
单质氮在常况下是一种无色无臭的气体，在标准情况下的气体密度是 1.25g · dm^-3 , 熔点 63K, 沸点 75K ，临界温度为 126K ，它是个难于液化的气体。在水中的溶解度很小，在 283K 时，一体积水约可溶解 0.02 体积的 N₂ 。
氮气分子的分子轨道式为 [KK(σ_2s)² (σ*_2s)²(π_2py)²(π_2pz)² (σ _2px)²] ，对成键有贡献的是 (π_2py) ² (^π_{2 pz}) ² (σ_2px)² 三对电子，即形成两个π键和一个σ键。 (σ_2s)² (σ*_2s)² 对成键没有贡献，成键与反键能量近似抵消，它们相当于孤电子对。由于 N 2 分子中存在叁键
N≡N ，所以 N₂ 分子具有很大的稳定性，将它分解为原子需要吸收 941.69kJ/mol 的能量。 N₂ 分子是已知的双原子分子中最稳定的。
单质 N₂ 不活泼，只有在高温高压并有催化剂存在的条件下，氮气和氢气反应生成氨。
在放电条件下，氮气可以和氧气化合生成一氧化氮。
N 2 与电离势小，而且其氮化物具有高晶格能的金属能生成离子型的氮化物。
N 2 与金属锂在常温下就可直接反应： 6 Li + N₂ === 2 Li₃N
N 2 与碱土金属 Mg 、 Ca 、 Sr 、 Ba 在炽热的温度下作用： 3Ca + N₂ === Ca₃N₂
N 2 与硼和铝要在白热的温度才能反应： 2B + N₂ === 2BN （大分子化合物）
N 2 与硅和其它族元素的单质一般要在高于 1473K 的温度下才能反应。
2. 氮的制备
单质氮一般是由液态空气的分馏而制得的，常以 1.52 × 10 ⁷ Pa 的压力把氮气装在气体钢瓶中运输和使用。一般钢瓶中氮气的纯度约 99.7% 。
实验室中制备少量氮气的基本原理是用适当的氧化剂将氨或铵盐氧化，最常用的是如下几种方法：
⑴加热亚硝酸胺的溶液： NH₄ NO₂ （aq） → N₂ ↑ + 2 H₂O
⑵亚硝酸钠与氯化胺的饱和溶液相互作用： NH₄ Cl + NaNO₂ === NaCl + 2 H₂O + N₂ ↑
⑶将氨通过红热的氧化铜： 2 NH₃ + 3CuO === 3 Cu + 3 H₂O + N₂ ↑
⑷氨与溴水反应： 8 NH₃ + 3 Br₂ (aq) === 6 NH₄Br + N₂ ↑
⑸重铬酸铵加热分解。
3. 氮的用途
氮主要用于合成氨，由此制造化肥、硝酸和炸药等，氨还是合成纤维（锦纶、腈纶），合成树脂，合成橡胶等的重要原料。由于氮的化学惰性，常用作保护气体。以防止某些物体暴露于空气时被氧所氧化，用氮气填充粮仓，可使粮食不霉烂、不发芽，长期保存。液氨还可用作深度冷冻剂。
二、氮的氢化物
氮的氢化物一般有：氨 NH₃ 、联氨 NH₂ -NH₂ （ N₂H₄ ）、羟胺 NH₂OH 和氢叠氮酸 HN₃ 其中最重要的是氨，它是氮的最重要化合物之一。
1. 氨 NH₃
工业上制备氨是用氮气和氢气在高温高压和催化剂存在下直接反应合成的。
实验室中通常用铵盐和强碱的反应来制备少量氨气：
(NH₄)₂SO₄ (s) + CaO(s) === CaSO₄ (s) + 2 NH₃ ↑ + H₂O
有些铵盐（如 NH₄NO₃ 、 (NH₄)₂Cr₂O₇ 等）受热分解可能产生氮气或氮的氧化物，所以一般用非氧化性酸的铵盐（如 NH₄Cl ）来制备少量氨气。
实验室中另一种制备氨的方法是用氮化物同水作用：
Mg₃N₂ + 6 H₂O === 3 Mg(OH)₂ + 2 NH₃ ↑
在 NH₃ 分子中， N 原子采取不等性 sp³ 杂化，有一对孤电子对和三个与 H 原子结合成的共价单键。由于孤电子对对成键电子对的排斥作用，使 N - H 键之间的键角∠ HNH 不是正四面体的 109 ゜ 28 ˊ ，而是分子形状是三角锥状的 107 ゜ 。这种结构使得 NH₃ 分子有相当大的极性（偶极距为 5.5 ×10^-30 C^.m ），易形成氢键。
氨是一种有刺激臭味的无色气体， NH₃ 极易溶于水，在水中的溶解度比所有其它气体都大。 273K 时 1dm³ 水能溶解 1200 dm³ 的氨。通常把溶有氨的水溶液叫做氨水。一般市售浓氨水的密度是 0.91g/ml ，含 NH₃ 约 28% 。
NH 3 在常温下很容易被加压液化，液氨是一个很好的溶剂，由于分子的极性和存在氢键，液氨在许多物理性质方面同水非常相似。

液氨和水的物理性质

NH₃ 和 H₂O 相比，它们的差别在于：
① NH₃ 是比 H₂O 更强的亲质子试剂，或者说更好的电子对给予体。
② NH₃ 放出质子 H⁺ 的倾向弱于 H₂O 分子。
一些活泼的金属可以从水中置换氢和生成氢氧化物，在液氨中就不那么容易置换氢。但液氨能够溶解金属生成一种蓝色溶液。这种金属液氨溶液能够导电，并缓慢分解放出氢气，有强还原性。例如钠的液氨溶液：
2Na + 2NH₃ → 2Na⁺ + 2NH₂^- + H₂ ↑
金属液氨溶液显蓝色，能导电并有强还原性的原因是因为在溶液中生成“氨合电子”的缘故。例如金属钠溶解在液氨中时失去它的价电子生成正电子：
Na ←→ Na⁺ + e^-
然后液氨分子同离子和电子发生溶剂加合作用：
Na⁺ + xNH₃ ←→ [Na(NH₃)_x]⁺
e^- + yNH₃ ←→ e[(NH₃)y]^-