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氮气的物理性质和化学性质都有哪些

2024-08-09 10:00:06文/董玉莹

氮气,通常状况下是一种无色无味的气体,且通常无毒。氮气占大气总量的78.12%(体积分数),是空气的主要成份。在标准大气压下,冷却至-195.8℃时,变成没有颜色的液体,冷却至-209.86℃时,液态氮变成雪状的固体。

氮气的物理性质和化学性质都有哪些

氮气物理性质

氮气在水里溶解度很小,在常温常压下,1体积水中大约只溶解0.02体积的氮气。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,氮气在极低温下会液化成白色液体,进一步降低温度时,更会构成白色晶状固体。在消费中,通常采用灰色钢瓶盛放氮气。

氮气的化学性质

尽管氮气是一种惰性气体,但在一定条件下,它也可以与其他元素或化合物发生反应。例如,在高温和高压下,氮气可以与氢气反应生成氨气,这是一种重要的化学反应,广泛应用于化肥、炸药等工业领域。

此外,氮气还可以与一些金属元素发生反应,形成氮化物。例如,氮气与镁反应可以生成氮化镁,这是一种重要的化工原料。

氮气还可以用于保护金属表面,防止金属被氧化或腐蚀。氮气作为一种惰性气体,可以在金属表面形成一层保护膜,从而延长金属的使用寿命。

氮化物反应

氮化镁与水反应:Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3↑

在放电条件下,氮气才可以和氧气化合生成一氧化氮:N2+O2=放电=2NO

一氧化氮与氧气迅速化合,生成二氧化氮2NO+O2=2NO2

二氧化氮溶于水,生成硝酸,一氧化氮3NO2+H2O=2HNO3+NO

五氧化二氮溶于水,生成硝酸,N2O5+H2O=2HNO3

氮和活泼金属反应

N2 与金属锂在常温下就可直接反应: 6 Li + N2=== 2 Li3N

N2与碱土金属Mg 、Ca 、Sr 、Ba 在炽热的温度下作用: 3 Ca + N2=== Ca3N2

N2与镁条反应:3Mg+N2=点燃=Mg3N2(氮化镁)

氮和非金属反应

N2与氢气反应制氨气:N2+3H2===(可逆符号)2NH3

N2与硼要在白热的温度才能反应: 2 B + N2=== 2 BN (大分子化合物)

N2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。

氮气的用途

1. 工业保护气体:由于氮气具有稳定性、无毒、无腐蚀性等优点,被广泛用作工业生产中的保护气体。在金属焊接、热处理、电子工业、石油化工等领域,氮气被用作保护气体,防止金属或电子器件氧化或腐蚀。

2. 食品工业:氮气在食品工业中也有广泛应用。在食品包装中充入氮气可以防止食品氧化变质,延长食品的保质期。同时,氮气也是一种惰性气体,可以用于食品的加工和保存,保持食品的新鲜度和口感。

3. 航空航天:氮气在航空航天领域也有着重要的应用。例如,飞机轮胎的充气需要使用纯度较高的氮气,以保证飞机的安全性能。此外,在太空站中,氮气也是重要的呼吸气体和保护气体之一。

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