合成氨，制備化肥

??化工合成

氮主要用于合成氨，反應(yīng)式為N2+3H2=2NH3( 條件為高壓，高溫、和催化劑。反應(yīng)為可逆反應(yīng)）還是合成纖維（錦綸、腈綸），合成樹脂，合成橡膠等的重要原料。 氮是一種營養(yǎng)元素還可以用來制作化肥。例如：碳酸氫銨NH4HCO3，氯化銨NH4Cl，硝酸銨NH4NO3等等。
??

汽車輪胎

1。提高輪胎行駛的穩(wěn)定性和舒適性[4]

氮?dú)鈳缀鯙槎栊缘碾p原子氣體，化學(xué)性質(zhì)極不活潑，氣體分子比氧分子大，不易熱脹冷縮，變形幅度小，其滲透輪胎胎壁的速度比空氣慢約30～40%， 能保持穩(wěn)定胎壓，提高輪胎行駛的穩(wěn)定性，保證駕駛的舒適性；氮?dú)獾囊纛l傳導(dǎo)性低，相當(dāng)于普通空氣的1/5，使用氮?dú)饽苡行p少輪胎的噪音，提高行駛的寧靜度。
??

2。防止爆胎和缺氣碾行

爆胎是公路交通事故中的頭號殺手。據(jù)統(tǒng)計，在高速公路上有46%的交通事故是由于輪胎發(fā)生故障引起的，其中爆胎一項(xiàng)就占輪胎事故總量的70%。汽車行駛時，輪胎溫度會因與地面磨擦而升高，尤其在高速行駛及緊急剎車時，胎內(nèi)氣體溫度會急速上升，胎壓驟增，所以會有爆胎的可能。
??而高溫導(dǎo)致輪胎橡膠老化，疲勞強(qiáng)度下降，胎面磨損劇烈，又是可能爆胎的重要因素。而與一般高壓空氣相比，高純度氮?dú)庖驗(yàn)闊o氧且?guī)缀醪缓莶缓?，其熱膨脹系?shù)低，熱傳導(dǎo)性低，升溫慢，降低了輪胎聚熱的速度，不可燃也不助燃等特性，所以可大大地減少爆胎的幾率。
??

3。延長輪胎使用壽命

使用氮?dú)夂螅悍€(wěn)定體積變化小，大大降低了輪胎不規(guī)則磨擦的可能性，如冠磨、胎肩磨、偏磨，提高了輪胎的使用壽命；橡膠的老化是受空氣中的氧分子氧化所致，老化后其強(qiáng)度及彈性下降，且會有龜裂現(xiàn)象，這時造成輪胎使用壽命縮短的原因之一。
??氮?dú)夥蛛x裝置能極大限度地排除空氣中的氧氣、硫、油、水和其它雜質(zhì)，有效降低了輪胎內(nèi)襯層的氧化程度和橡膠被腐蝕的現(xiàn)象，不會腐蝕金屬輪輞，延長了輪胎的使用壽命，也極大程度減少輪輞生銹的狀況。

4。減少油耗，保護(hù)環(huán)境

輪胎胎壓的不足與受熱后滾動阻力的增加，會造成汽車行駛時的油耗增加；而氮?dú)獬丝梢跃S持穩(wěn)定的胎壓，延緩胎壓降低之外，其干燥且不含油不含水，熱傳導(dǎo)性低，升溫慢的特性，減低了輪胎行走時溫度的升高，以及輪胎變形小抓地力提高等，降低了滾動阻力，從而達(dá)到減少油耗的目的。
??

氮?dú)鈴椈?

其他作用

由于氮的化學(xué)惰性，常用作保護(hù)氣體，如：瓜果，食品，燈泡填充氣。以防止某些物體暴露于空氣時被氧所氧化，用氮?dú)馓畛浼Z倉，可使糧食不霉?fàn)€、不發(fā)芽，長期保存。液氮還可用作深度冷凍劑。作為冷凍劑在醫(yī)院做除斑,包,豆等的手術(shù)時常常也使用, 即將斑,包,豆等凍掉,但是容易出現(xiàn)疤痕,并不建議使用。
??高純氮?dú)庥米魃V儀等儀器的載氣。用作銅管的光亮退火保護(hù)氣體。跟高純氦氣、高純二氧化碳一起用作激光切割機(jī)的激光氣體。氮?dú)庖沧鳛槭称繁ｕr保護(hù)氣體的用途。在化工行業(yè)，氮?dú)庵饕米鞅Ｗo(hù)氣體、置換氣體、洗滌氣體、安全保障氣體。用作鋁制品、鋁型材加工，鋁薄軋制等保護(hù)氣體。
??用作回流焊和波峰焊配套的保護(hù)氣體，提高焊接質(zhì)量。用作浮法玻璃生產(chǎn)過程中的保護(hù)氣體，防錫槽氧化。[1]

編輯本段化學(xué)鍵由于單質(zhì)N2在常況下異常穩(wěn)定，人們常誤認(rèn)為氮是一種化學(xué)性質(zhì)不活潑的元素。實(shí)際上相反，元素氮有 制氮機(jī)

很高的化學(xué)活性。N的電負(fù)性（3。
??04）僅次于F、Cl、O和Br，說明它能和其它元素形成較強(qiáng)的鍵。另外單質(zhì)N2分子的穩(wěn)定性恰好說明N原子的活潑性。問題是目前人們還沒有找到在常溫常壓下能使N2分子活化的最優(yōu)條件。但在自然界中，植物根瘤上的一些細(xì)菌卻能夠在常溫常壓的低能量條件下，把空氣中的N2轉(zhuǎn)化為氮化合物，作為肥料供作物生長使用。
??所以固氮的研究一直是一個重要的科學(xué)研究課題。因此我們有必要詳細(xì)了解氮的成鍵特性和價鍵結(jié)構(gòu)。

氮?dú)庵墟I特性

氮?dú)夥肿又袑Τ涉I有貢獻(xiàn)的是三對電子，即形成兩個π鍵和一個σ鍵。 對成鍵沒有貢獻(xiàn)，成鍵與反鍵能量近似抵消，它們相當(dāng)于孤電子對。由于N2分子中存在叁鍵N≡N，所以N2分子具有很大的穩(wěn)定性，將它分解為原子需要吸收941。
??69kJ/mol的能量。N2分子是已知的雙原子分子中最穩(wěn)定的，氮?dú)獾南鄬Ψ肿淤|(zhì)量是28。 氮?dú)饨Y(jié)構(gòu)式

氮?dú)馔ǔ２灰兹紵也恢С秩紵；瘜W(xué)式為N2。

鍵型

N原子的價電子層結(jié)構(gòu)為2s2p3，即有3個成單電子和一對孤電子對，以此為基礎(chǔ)，在形成化合物時，可生成如下三種鍵型：

1。
??形成離子鍵

2。形成共價鍵

3。形成配位鍵

N原子有較高的電負(fù)性（3。04），它同電負(fù)性較低的金屬，如Li（電負(fù)性0。98）、Ca（電負(fù)性1。00）、Mg（電負(fù)性1。31）等形成二元氮化物時，能夠獲得3個電子而形成N3-離子。

N2+ 6 Li == 2 Li3N

N2+ 3 Ca == Ca3N2

N2+ 3 Mg =點(diǎn)燃= Mg3N2

N3-離子的負(fù)電荷較高，半徑較大（171pm），遇到水分子會強(qiáng)烈水解，因此的離子型化合物只能存在于干態(tài)，不會有N3-的水合離子。
??

形成共價鍵

N原子同電負(fù)性較高的非金屬形成化合物時，形成如下幾種共價鍵：

⑴N原子采取sp3雜化態(tài)，形成三個共價鍵，保留一對孤電子對，分子構(gòu)型為三角錐型，例如NH3． 氮?dú)鈾C(jī)

NF3．NCl3等。 　若形成四個共價單鍵，則分子構(gòu)型為正四面體型，例如NH4+離子。
??

⑵N原子采取sp2雜化態(tài)，形成2個共價鍵和一個鍵，并保留有一對孤電子對，分子構(gòu)型為角形，例如Cl—N=O 。（N原子與Cl 原子形成一個σ 鍵和一個π鍵，N原子上的一對孤電子對使分子成為角形。） 　若沒有孤電子對時，則分子構(gòu)型為三角形，例如HNO3分子或NO3-離子。
??硝酸分子中N原子分別與三個O原子形成三個σ鍵，它的π軌道上的一對電子和兩個O原子的成單π電子形成一個三中心四電子的不定域π鍵。在硝酸根離子中，三個O原子和中心N原子之間形成一個四中心六電子的不定域大π鍵。

這種結(jié)構(gòu)使硝酸中N原子的表觀氧化數(shù)為+5，由于存在大π鍵，硝酸鹽在常況下是足夠穩(wěn)定的。
??

⑶N原子采取sp 雜化，形成一個共價叁鍵，并保留有一對孤電子對，分子構(gòu)型為直線形，例如N2分子和CN-中N原子的結(jié)構(gòu)。

形成配位鍵

N原子在形成單質(zhì)或化合物時，常保留有孤電子對，因此這樣的單質(zhì)或化合物便可作為電子對給予體，向金屬離子配位。
??例如[Cu(NH3)4]2+或[Tu(NH2)5]7等。

編輯本段制備方法現(xiàn)場制氮/工業(yè)制氮

現(xiàn)場制氮是指氮?dú)庥脩糇再徶频O(shè)備制氮，工業(yè)規(guī)模制氮有三類：即深冷空分制氮、變壓 氮?dú)鈿夥諣t

吸附制氮和膜分離制氮。利用各空氣的沸點(diǎn)不同使用液態(tài)空氣分離法，將氧氣和氮?dú)夥蛛x。
??將裝氮?dú)獾钠孔悠岢珊谏?，裝氧氣的漆成藍(lán)色。

實(shí)驗(yàn)室制法

制備少量氮?dú)獾幕驹硎怯眠m當(dāng)?shù)难趸瘎被蜾@鹽氧化，最常用的是如下幾種方法：

⑴加熱亞硝酸銨的溶液： （343k）NH4NO2 ===== N2↑+ 2H2O

⑵亞硝酸鈉與氯化銨的飽和溶液相互作用： NH4Cl + NaNO2 === NaCl + 2 H2O + N2↑

⑶將氨通過紅熱的氧化銅： 2 NH3+ 3 CuO === 3 Cu + 3 H2O + N2↑

⑷氨與溴水反應(yīng)：8 NH3 + 3 Br2 (aq) === 6 NH4Br + N2↑

⑸重鉻酸銨加熱分解： （NH4)2Cr2O7===N2↑+Cr2O3+4H2O

{6}加熱疊氮化鈉，使其熱分解，可得到很純的氮?dú)?

深冷空分制氮

它是一種傳統(tǒng)的空分技術(shù)，已有九十余年的歷史，它的特點(diǎn)是產(chǎn)氣量大，產(chǎn)品氮純度高，無須再純化便可直接應(yīng)用于磁性材料，但它工藝流程復(fù)雜，占地面積大，基建費(fèi)用高，需專門的維修力量，操作人員較多，產(chǎn)氣慢（18～24h），它適宜于大規(guī)模工業(yè)制氮，氮?dú)獬杀驹?．7元/m3左右。
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變壓吸附制氮

變壓吸附（Pressure Swing Adsorption，簡稱PSA）氣體分離技術(shù)是非低溫氣體分離技術(shù)的重要分支，是人們長期來努力尋找比深冷法更簡單的空分方法的結(jié)果。七十年代西德埃森礦業(yè)公司成功開發(fā)了碳分子篩，為PSA空分制氮工業(yè)化鋪平了道路。
??三十年來該技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)日趨成熟，在中小型制氮領(lǐng)域已成為深冷空分的強(qiáng)有力的競爭對手。

變壓吸附制氮是以空氣為原料，用碳分子篩作吸附劑，利用碳分子篩對空氣中的氧和氮選擇吸附的特性，運(yùn)用變壓吸附原理（加壓吸附，減壓解吸并使分子篩再生）而在常溫使氧和氮分離制取氮?dú)狻?br>??

變壓吸附制氮與深冷空分制氮相比，具有顯著的特點(diǎn)：吸附分離是在常溫下進(jìn)行，工藝簡單，設(shè)備緊湊，占地面積小，開停方便，啟動迅速，產(chǎn)氣快（一般在30min左右），能耗小，運(yùn)行成本低，自動化程度高，操作維護(hù)方便，撬裝方便，無須專門基礎(chǔ)，產(chǎn)品氮純度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，產(chǎn)氮量≤2000Nm3/h。
??但到目前為止，除美國空氣用品公司用PSA制氮技術(shù)，無須后級純化能工業(yè)化生產(chǎn)純度≥99．999%的高純氮外（進(jìn)口價格很高），國內(nèi)外同行一般用PSA制氮技術(shù)只能制取氮?dú)饧兌葹?9．9%的普氮（即O2≤0．1%），個別企業(yè)可制取99．99%的純氮（O2≤0．01%），純度更高從PSA制氮技術(shù)上是可能的，但制作成本太高，用戶也很難接受，所以用非低溫制氮技術(shù)制取高純氮還必須加后級純化裝置。
??

膜分離空分制氮

膜分離空分制氮也是非低溫制氮技術(shù)的新的分支，是80年代國外迅速發(fā)展起來的一種新的制氮方法，在國內(nèi)推廣應(yīng)用還是近幾年的事。

膜分離制氮是以空氣為原料，在一定的壓力下，利用氧和氮在中空纖維膜中的不同滲透速率來使氧、氮分離制取氮?dú)狻?br>??它與上述兩種制氮方法相比，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡單、體積更小、無切換閥門、操作維護(hù)也更為簡便、產(chǎn)氣更快（3min以內(nèi)）、增容更方便等特點(diǎn)，但中空纖維膜對壓縮空氣清潔度要求更嚴(yán)，膜易老化而失效，難以修復(fù)，需要換新膜，膜分離制氮比較適合氮?dú)饧兌纫笤凇?8%左右的中小型用戶，此時具有最佳功能價格比；當(dāng)要求氮?dú)饧兌雀哂?8%時，它與同規(guī)格的變壓吸附制氮裝置相比，價格要高出30%左右，故由膜分離制氮和氮純化裝置相組合制取高純氮時，普氮純度一般為98%，因而會增加純化裝置的制作成本和運(yùn)行成本。
??

氮?dú)饧兓椒?

加氫除氧法

在催化劑作用下，普氮中殘余氧和加入的氫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水，其反應(yīng)式：2H2+O2=2H2O，再通過后級干燥除去水份，而獲得下列主要成份的高純氮：N2≥99．999 %，O2≤5×10－6，H2≤1500×10－6，H2 高壓氮?dú)鈮嚎s機(jī)增壓機(jī)，

O≤10．7×10－6。
??制氮成本在0．5元/m3左右。

加氫除氧、除氫法

此法分三級，第一級加氫除氧，第二級除氫，第三級除水，獲得下列組成的高純氮：N2≥99．999%，O2≤5×10－6，H2≤5×10－6，H2O≤10．7×10－6。制氮成本在0．6元/m3左右。
??

碳脫氧法

在碳載型催化劑作用下（在一定溫度下），普氮中之殘氧和催化劑本身提供的碳發(fā)生反應(yīng)，生成CO2。反應(yīng)式：C+O2=CO2。再經(jīng)過后級除CO2和H2O獲得下列組成的高純氮?dú)猓篘2≥99．999%，O2≤5×10－6，CO2≤5×10－6，H2O≤10．7×10－6。
??制氮成本在0．6元/m3左右。

優(yōu)劣評比

上述三種氮?dú)饧兓椒ㄖ校椒ǎ?）因成品氮中H2量過高滿足不了磁性材料的要求，故不采用；方法（2）成品氮純度符合磁性材料用戶的要求，但需氫源，而且氫氣在運(yùn)輸、貯存、使用中都存在不安全因素；方法（3）成品氮的質(zhì)量完全可滿足磁性材料的用氣要求，工藝中不使用H2，無加氫法帶來的問題，氮中無H2且成品氮的質(zhì)量不受普氮波動的影響，故和其他氮?dú)饧兎ㄏ啾?，氮?dú)赓|(zhì)量更加穩(wěn)定，是最適合磁性材料行業(yè)中一種氮?dú)饧兓椒ā?br>??

編輯本段注意事項(xiàng)危險性概述

危險性類別：第2。2類 不燃?xì)怏w

侵入途徑：吸入

健康危害：空氣中氮?dú)夂窟^高，使吸入氣氧分壓下降，引起缺氧窒息。吸入氮?dú)鉂舛炔惶邥r，患者最初感胸悶、氣短、疲軟無力；繼而有煩躁不安、極度興奮、亂跑、叫喊、神情恍惚、步態(tài)不穩(wěn)，稱之為“氮酩酊”，可進(jìn)入昏睡或昏迷狀態(tài)。
??吸入高濃度，患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。

標(biāo)簽：氮?dú)?/a>制備合成