氮的含氧化合物.ppt
,氮的含氧化合物,一.氮的氧化物,二.氮的含氧酸及其盐,氮的含氧化合物,一、氮的氧化物,+1+2+3,一氧化二氮 一氧化氮 三氧化二氮,（麻醉剂，不活泼）,（顺磁性气体）,能形成蓝色固体(mP101)，气相分解为NO2和NO,(红棕色顺磁性气体),(气态与NO2呈平衡),NO2NO3为无色离子型固体(m.p.32),气相不稳定,+4+5,二氧化氮 四氧化二氮 五氧化二氮,俗称笑气，能致人发笑。无色有甜味，室温下稳定，有麻醉作用，曾作为牙科的麻醉剂 直线型分子，分子中有2个离域的三中心四电子大键。,1、N2O,2、NO,NOKK(2s)2(2s*)2(2p)2(2p)4(2p*)1N原子采取sp 杂化，形成一个键，一个键和一个三电子键。N的氧化数为+2。NO共有11个价电子，全部成对是不可能的，因此NO是一个奇电子分子，是顺磁性的。,NO的结构,NO的性质,NO是中性氧化物，无色气体，微溶于水，空气中极易与氧气反应生成棕色的NO2，溶液中容易与金属离子生成配合物低温下NO容易形成梯形结构的二聚体N2O2，如:2NO（无色）+O2=2NO2（棕红色）2NO N2O2 FeSO4NOFe(NO)SO4（棕色,用于棕色环反应检验NO3-离子）,NO,化学性质A、易氧化 2 NO+O2=2N02B、易聚合C、易配位FeSO4NOFe(NO)SO4（棕色,用于棕色环反应检验NO3-离子）D、*轨道电子易失去,在常温下极易与O2、F2、Cl2、Br2等反应2NO+Cl2=2NOCl 卤化亚硝酰,3Cu8HNO3（稀）3Cu(NO3)22NO4H2O,NO的制备,工业制法,电孤 N2O2=2NO Pt-Rh催化剂 4NH3+5O2=4NO+6H2O 1273K H0-904KJmol-1,实验室法,3、NO2和N2O4,实验室制备,Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2 NO2+2 H2O,结构：N：价电子2s22p3 sp2杂化后,化学性质,NO2溶于水与水反应生成HNO3与亚硝酸HNO2，后者很快分解:2NO2H2OHNO3HNO2 3HNO2HNO32NOH2O总反应是：3NO2H2O2HNO3NO这就是工业制备硝酸的重要反应。,由此反应可知NO2是一种混合酸酐,NO2是一种强氧化剂。碳、硫、磷等在NO2中容易起火燃烧，它和许多有机物的蒸气混合可形成爆炸性气体。,在 N2O4 分子中有 68 离域大 键。,NO3-+NO2-+H2O(用碱吸收),化学性质：,（1）氧化性较强，NO2的氧化性相当于Br2,遇C、P等起火,（2）还原性,10NO2+2KMnO4+3H2SO4+2H2O=,10HNO3+2MnSO4+K2SO4,（3）易歧化（酸碱介质均如此）,3NO2+H2O=,2HNO3+NO(g)(制备HNO3),2NO2+2OH-=,特别注意：2NO2 N2O4,氮的氧化物-NO与NO2的性质比较,无色，刺激性气味,红棕色，刺激性气味,有毒（机理同CO）,有毒,3NO2+H2O=2HNO3+NO,2NO+O2=2NO2,4NO+3O2+2H2O=4HNO3,4NO2+O2+2H2O=4HNO3,NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O,3Cu+8HNO3（稀）=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,Cu+4HNO3（浓）=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O,4N2O3,分子中存在 56 离域 键,5.N2O5 分子中有2个离域34 键,知识主线：,N2O俗名笑气，是一种麻醉剂；N2O3是亚硝酸（HNO2）的酸酐；N2O4 是无色气体；N2O5是硝酸的酸酐，是一种白色固体。,雷雨发庄稼,2NO+O2=2NO2,3NO2+H2O=2HNO3+NO,雨天打雷闪电能生成微量的HNO3,N2+O2=2NO,放电,在我国西北有一狭长山谷，每当牧民和牲畜进入后，风和日丽的晴天顷刻间电闪雷鸣，狂风大作，人畜往往遭雷击倒下。奇怪的是这里的牧草茂盛，四季常青，被当地牧民称为“魔鬼谷”。,材料:,氮氧化物对环境的污染与防治,（1）酸雨（硝酸型酸雨）,（3）光化学烟雾 臭氧+碳氢化合物光化学烟雾,（2）对臭氧层的破坏,氮氧化物的来源主要有哪些？人们采取哪些措施防止和减少NOx对环境的污染。,汽车尾气（含烃类、CO、NO和NO2等）是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管装上催化转化器，使NO或NO2与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，请用相应的化学方程式来表示：,2CO+2NO=2CO2+N2,4CO+2NO2=4CO2+N2,催化剂,催化剂,NOx的尾气的吸收,NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O,NOx、O2和水的反应,4NO+3O2+2H2O=4HNO34NO2+O2+2H2O=4HNO3,3NO2+H2O=2HNO3+NO,2NO+O2=2NO2,臭氧+碳氢化合物光化学烟雾,洛杉矶光化学烟雾,城市中的光化学烟雾污染,臭氧层破坏,2HNO2+2I+2H+=2NO+I2+2H2O5NO2+2MnO4+6H+=5NO3+2Mn2+3H2O NO2+Cl2+H2O=2H+2Cl+NO3,亚硝酸盐绝大部分无色,易溶于水,(AgNO2浅黄色不溶),金属活泼性差,对应亚硝酸盐稳定性差。,亚硝酸盐遇到仲胺可形成亚硝酰，可引起消化系统癌症,二.亚硝酸及其盐,1、制备将等物质的量的NO和NO2混合物溶解在冰水中或向亚硝酸盐的冷溶液中加酸时，生成亚硝酸：NO+NO2+H2O=2HNO2NaNO2+H2SO4=HNO2+NaHSO4,亚硝酸盐具有很高的热稳定性，可用金属在高温下还原硝酸盐的方法来制备亚硝酸盐：Pb(粉)+NaNO3=PbO+NaNO2,2、性质(1)弱酸(2)不稳定，歧化 3 HNO2(aq)HNO3(aq)+2 NO(g)+H2O(l),(3)氧化还原性,2HNO2+2I-+2H3O+=2NO+I2+4H2O 5NO2-+2MnO-4+6H3O+=5NO-3+2Mn2+9H2OCl2+NO2-+H2O=2H+2Cl-+NO3-2Al+NO2-+OH-+H2O=NH3+2AlO2-,提高溶液的酸性能促进对其他物种的氧化，H3O+将其转化为 亚硝酰离子NO+：HNO2(aq)+H3O+(aq)=NO+(aq)+2H2O(l),亚硝酸盐含量的测定,(4)NO2-是很好的配体,3、结构,实验制法：NaNO3H2SO4（浓）NaHSO4HNO3,硝酸及其盐,硝酸的制备,氨氧化,NO,NO2,硝酸,氧化,溶于水,4NH3+5O2=NO+6H2O,Pt-Rh 催化剂,1273K,NO+O2=NO2,3NO2+H2O=2HNO3+NO,用这个方法制得的硝酸溶液含HNO3约50%，若要得到更高浓度的酸，可在稀HNO3中加浓H2SO4作为吸水剂，然后蒸馏。,硝酸的分子结构,在HNO3分子中，N原子采取sp2杂化，形成三个键，三个O原子围绕N原子在同一平面上成三角形状。N原子2p轨道上的一对电子和两个O原子的成单2p电子形成一个垂直于平面的三中心四电子的不定域34 键，N原子的表观氧化数为+5。在NO3-中，每个ONO键角是120,N原子仍是sp2杂化，除形成三个键外，还与三个O原子形成一个46键。,N,O,O,O,N,O,O,O,H,46,34,N：sp2杂化,硝酸的物理性质,强酸性,强氧化性,热不稳定性,硝酸是三大强酸之一，具有挥发性，市售硝酸的浓度为68-70%，约15 molL-1，硝酸盐都易溶于水。,硝酸是不稳定性酸,受热或见光都会分解:4HNO3=2H2O+4NO2+O2,hv或加热,纯的硝酸是无色液体，但通常浓硝酸都会因分解生成NO2而使溶液呈现棕黄色，它容易捕抓电子：NO2+e-=NO2-NO2-+H+=HNO2 HNO3+HNO2=H2O+2NO2所以在氧化还原反应中，NO2 起到了催化作用。由于金属中存在自由电子，捕抓很容易，故金属与浓硝酸的反应，产物总是NO2,硝化反应,硝酸与金属的反应,除少数金属（金、铂、铱、铑、钌、钛、铌等）外，HNO3几乎可以氧化所有金属生成硝酸盐，对于稀硝酸，多价金属常生成低价盐。,4HNO3(浓)+Cu=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O8HNO3(稀)+3Cu=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O4HNO3(浓)+Hg=Hg(NO3)2+2NO2+2H2O,铁、铝、铬等与冷的浓HNO3接触时会被钝化，所以可以用铝制容器来装盛浓HNO3。,硝酸与非金属的反应,S+2HNO3H2SO42NO3P5HNO3 2H2O 3H3PO45NO4HNO3+3C=3CO2+4NO+2H2O3I2+HNO3=6HIO3+10NO+2H2O,浓HNO3与非金属作用时的还原产物往往是NO。这可能是非金属不容易给出电子有关。,浓硝酸与金属反应，还原产物是NO2，稀硝酸与金属的还原产物除NO外，还可能有其它低价态物质，如N2O、NH4+等。,8HNO3(稀)+6Hg=3Hg2(NO3)2+2NO+4H2O4Zn+10HNO3(极稀)=4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O,硝酸与金属的作用有四种情况：1.遇酸不反应,如Au、Pt2.遇冷浓硝酸钝化.如Fe、Al、Cr 3.遇硝酸反应,生成硝酸盐和氮的氧化物或铵盐.如Cu、Zn 4.遇冷.稀硝酸反应,生成硝酸盐和氢气（不纯）,如Mg、Zn,非 金 属 含氧酸大部分金属+浓HNO3 NO2+硝酸盐偏 酸 金 属 氧化物大部分金属+稀HNO3 NO(N2O)+硝酸盐活泼金属+更稀HNO3 NH4+硝酸盐活泼金属+冷稀HNO3 H2+硝酸盐 总之HNO3的氧化能力与被还原的程度成反比浓度越大（以HNO3为主）氧化能力越强，被还原的程度越低 浓度越稀（NO3-浓度增大）氧化能力越弱，被还原程度越高温度越低，还原剂越活泼，硝酸被还原的程度越大,王水是一种氧化能力非常强的溶液，由浓硝酸与浓盐酸按1:3体积比混合而成，能溶解惰性金属如Au,Pt等：,王水溶解 Au 和 Pt 的功能来自两方面：含有强氧化剂和高浓度Cl-的配位性AuHNO34HClHAuCl4NO2H2O3Pt4HNO318HCl3H2PtCl64NO8H2OAu3+3e-=Au=1.42VAuCl4-+3e-=Au+4Cl-=0.994V通常认为溶液中起氧化作用的活性物种是 Cl2 和 NOCl，它们产生于下述反应：3 HCl(aq)+HNO3(aq)=Cl2(aq)+NOCl(aq)+2 H2O(l)在实验常常用王水溶解一些难溶无机物，但是王水不稳定，必须现配现用。,硝化反应,用硝酸在有机物中引入-NO2基团(硝基)取代H原子的反应称硝化反应，在硝化反应中，通常用浓硫酸吸收反应中生成的水，如：,浓H2SO4-HHNO3=NO2H2O硝化反应是有机化学的一类重要反应。,浓HNO3和稀HNO3的氧化性孰大？,浓 HNO3 的氧化性强于稀硝酸，其氧化反应速率也要快得多.可用 NO 3-的质子化程度对此作解释：NO 3-中氧原子的质子化有 利 于 NO 键断裂，浓 HNO3 中质子化程度比较大，而稀硝酸分可 能主要以 NO 3-和 H3O+的形式存在.,浓HNO3的反应速率快，生成的NO2来不及与还原剂反应即离开体 系；而稀硝酸则不然，反应中生成的 NO2来得及与还原剂进 一步 反应转化为NO.,浓HNO3的氧化性与HNO3中经常会存在由光化分解而来的NO2 催化作用有关.NO2起着传递电子的作用:,NO2+e-=NO 2-NO 2-+H+=HNO2 HNO3+HNO2=H2O+2NO2,硝酸盐的性质,加热2NaNO3=2NaNO2O2 加热2Pb(NO3)2=2PbO4NO2O2 加热2AgNO3=2Ag2NO2O2 加热Hg(NO3)2=Hg2NO2 O2 加热NH4NO3=N2O+2H2O 402.5KMg(NO3)2 6H2O=Mg(OH)NO3+HNO3+5H2O,活泼金属(Na、K、Ca)盐分解为 亚硝酸盐和O2,电位序在Mg-Cu的金属盐一般分解为 氧化物、NO2和O2,不活泼金属盐分解为金属、NO2和O2,(1)热不稳定性,结晶水盐一般先分解为碱式盐,(2)氧化性,硝酸盐的水溶液几乎没有氧化性,但固体硝酸盐都是强氧化剂，受热或撞击容易引起爆炸，使用时必须注意。,K Na Mg Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Au,电位顺序：,金属硝酸盐的分解产物与电位序的关系,亚硝酸盐,金属氧化物(结晶水盐先分解为碱 式盐),金属单质,注意,想一想：有哪些方法可以区别NO2-和NO3-？,1、硝酸银法：,NO2-NO3-,+AgNO3溶液,有黄色沉淀为NO2-,无色溶液为NO3-,2、KI 法：,NO2-NO3-,醋酸酸化+KI,有棕色I2生成者为 NO2-,无反应者为NO3-,3、KMnO4-法：,NO2-NO3-,硫酸酸化+KMnO4,褪色者为 NO2-,无褪色者为NO3-,4、FeSO4 法：,NO2-NO3-,硫酸酸化+FeSO4,呈棕色溶液 为NO2-,无反应者为NO3-,
