氮气的物理性质和化学性质是什么

氮在室温和大气压力下是无色、无嗅、无毒和不可燃的气体。沸点为-195.8℃。在高温下，氮变得比较活泼，并能与氢、氧和一些金属结合。

氮气物理性质

氮气在常况下是一种无色无味的气体，熔点是63K，沸点是77K，临界温度是126K，难于液化。溶解度很小，常压下在283K时一体积水可溶解0.02体积的氮气。

氮气是难液化的气体。氮气在极低温下会液化成无色液体，进一步降低温度时，更会形成白色晶状固体。在生产中，通常采用黑色钢瓶盛放氮气。

氮气化学性质

正价氮呈酸性，负价氮呈碱性。由氮分子中三键键能很大，不容易被破坏，因此其化学性质十分稳定，只有在高温高压并有催化剂存在的条件下，氮气成分可以和氢气反应生成氨。同时，由于氮分子的化学结构比较稳定，氰根离子CN-和碳化钙CaC2中的C22-和氮分子结构相似。

氮分子中存在氮氮叁键，键能很大（941KJ/mol），以至于加热到3273K时仅有0.1%离解，氮分子是已知双原子分子中最稳定的。氮气是CO的等电子体，在结构和性质上有许多相似之处。

不同活性的金属与氮气的反应情况不同。与碱金属在常温下直接化合；与碱土金属—般需要在髙温下化合；与其他族元素的单质反应则需要更高的反应条件。

氮气的用途

一、工业领域的应用

在工业领域，氮气被广泛应用于金属加工、电子制造、食品加工和石油化工等行业。在金属加工中，氮气可用于防止金属氧化和腐蚀，提高产品质量。在电子制造中，氮气可用于制造高纯度电子元器件，保证电子产品的稳定性和可靠性。在食品加工中，氮气可用于保鲜、防腐和充气包装，延长食品的保质期。在石油化工中，氮气可用于催化裂化、合成氨等反应过程，提高生产效率和产品质量。

二、医疗领域的应用

在医疗领域，氮气被广泛应用于医疗诊断和治疗过程中。例如，氮气可用于制备氮气麻醉剂，为手术患者提供无痛治疗。此外，氮气还可用于制备氮气氧合器，帮助患者进行呼吸治疗。同时，氮气还可用于制备液态氮，用于冷冻疗法和皮肤科治疗。

三、环保领域的应用

在环保领域，氮气发挥着重要作用。氮气的化学性质稳定，不会对环境造成污染。因此，氮气被广泛应用于污水处理、垃圾焚烧和废气治理等环保领域。在污水处理中，氮气可用于脱氮处理，减少污水中的氮含量。在垃圾焚烧中，氮气可用于控制燃烧速度和温度，减少有害气体的排放。在废气治理中，氮气可用于稀释和净化废气，降低废气对环境的污染。

四、农业领域的应用

在农业领域，氮气同样具有广泛的应用。氮是植物生长的重要元素之一，而氮气是植物吸收氮的主要来源。通过合理的氮肥施用，可以提高农作物的产量和品质。此外，氮气还可用于制备氮肥、农药和植物生长调节剂等农业化学品，为农业生产提供有力支持。

五、其他领域的应用

除了以上几个领域外，氮气还在许多其他领域得到了应用。例如，在航空航天领域，氮气可用于制造火箭燃料和推进剂，为航天器提供动力。在能源领域，氮气可用于制备燃料电池和太阳能电池等新型能源设备，推动能源技术的创新和发展。在交通运输领域，氮气可用于制备轮胎充气剂，提高轮胎的安全性和使用寿命。

氮气常见的制备方法

低温分离

低温分离过程也称为低温蒸馏过程，其中利用空气中氮和氧的不同沸点来分离氧和氮。由于氮气的沸点（-196℃）低于氧气的沸点，液氮在液态空气蒸发过程中比液氧更容易变成气体，而氧气在空气液化过程中比氮气更容易变成液体。

由于氮和氧的沸点相差不大，液态空气和气态空气必须经过反复的蒸发、冷凝和再蒸发过程（此过程称为低温蒸馏过程）。最后，可以从敌方蒸馏塔顶部的气相馏分中获得高纯度氮气。氮的纯度取决于蒸馏塔的级数和蒸馏效率。