单质氮的制备

1. 工业制法:
    在工业上常通过液态空气分馏制得氧(其中含少量氧气和稀有气体)。并以15.2MPa的压力装入钢瓶中备用。为获得纯氮,可在上述氮气中加入少量氨,并以Pt作催化剂,将氧除去,也可使不纯的氮通过赤热的铜或其他金属以除去微量的氧。

2. 实验室制备:
    实验室常用加热亚硝酸铵溶液来制备氮气:

          NH4NO2 N2↑+ 2H2O

    或用氨气通过赤热氧化铜的方式制备氮气:

          2NH3 + 3CuO 3Cu + N2↑+ 3H2O

    由叠氮化钠,或叠氮化钡的热分解可制得光谱纯的氮气.

          2NaN3 2Na + 3N2↑ 

 

氨的制备

1. 工业制法:

    工业上氨是以哈伯法通过N2和H2在高温高压和催化剂存在下直接化合而制成:

        N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)      △rHθ =-92.4kJ/mol

2. 实验室制备:
    实验室,氨常用铵盐与碱作用或利用氮化物易水解的特性制备:

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

        Li3N + 3H2O LiOH + NH3

 

联氨(肼)的制备

    在碱性条件下,用次氯酸钠氧化NH3可制备联氨。该反应分以下两步进行:

          NH3 + NaOCl NH2Cl + NaOH  (快)

          NH2Cl + NH3 + NaOH H2N-NH2 + NaCl + H2O (慢)

    较新的方法是用氨和醛或酮的混合物与氯气进行气相反应合成异肼,然后使其水解而得到无水的肼.

4NH3 + (CH3)2CO + Cl2  

+ NH4Cl + H2O

+ H2O (CH3)2CO + H2N-NH2

 

羟氨(胲)的制备

    羟氨的制备一般采用电解法,在50%的H2SO4溶液中在铅阴极上还原硝酸或硝酸盐:

          HO-NO2 + 6H+ + 6e HO-NH2 + H2O

 

叠氮酸的制备

    联氨被亚硝酸氧化可得HN3

          N2H4 + HNO2 2H2O + HN3

 

 

一氧化氮的制备

    实验室常以Cu与稀HNO3反应制取NO:

          3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

 

 

二氧化氮的制备

    将NO氧化或用Cu与浓HNO3反应均可制取NO2

         2NO + O2 2NO2

          Cu + 4HNO3(浓) Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

 

亚硝酸的制备

    将强酸加到冷冻的亚硝酸盐溶液中,即可制得亚硝酸溶液:

          Ba(NO2)2 + H2SO4 2HNO2 + BaSO4

    亚硝酸也可由等物质的量的NO2和NO的混合物溶解在冰冻的水中来制取:

          NO2 + NO + H2O 2HNO2

 

 

硝酸的制备

1. 实验室制备:
    在实验室中将硝酸盐和浓硫酸的混合物加热可制得硝酸:

NaNO3 + H2SO4(浓)

HNO3 + NaHSO4

    挥发性的HNO3可从反应体系中蒸馏出来。

2. 工业制法:
    工业上主要采用氨的催化氧化法制取硝酸。在有催化剂(铂网)时,氨可被大气直接氧化成NO:

NH3 + 5O2

4NO↑+ 6H2O

    NO被氧气进一步氧化生成NO2,用水吸收就成为硝酸。所得硝酸约为50%左右的稀硝酸。若要制得更高浓度的HNO3,可在此硝酸溶液中加浓硫酸作为吸水剂,然后蒸馏收集HNO3蒸气,冷凝后即得浓的硝酸溶液。
          2NO + O2 2NO2
           2NO2 + H2O 2HNO3 + NO

 

 

硝酸钾的制备

    KNO3是无色透明的针状晶体,NaNO3与KCl在溶液中进行复分解反应即可得KNO3

NaNO3 + KCl KNO3 + NaCl 

    上述反应虽然NaNO3、KCl、KNO3、NaCl都是易溶盐,但在这四种盐中,NaNO3、KCl、KNO3的溶解度都随温度的升高而显著增加,而NaCl的溶解度则几乎不随温度的变化而变化。见图11-5所示。

图11-5 盐的溶解度曲线

    如果把NaNO3和KCl溶于水中,则溶液中存在着Na+、NO3-、K+、Cl-四种离子,加热蒸发此溶液,当达到一定温度时,由于NaCl的溶解度小,先从溶液中析出NaCl结晶,待NaCl析出至一定程度后,趁热过滤。再冷却含K+、NO3-离子的母液,KNO3结晶析出。