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二氧化氮

二氧化氮,是一种高度活性的气态物质,具有特征性的甜味,氮氧化物在许多职业均可接触到,包括用乙炔吹管焊接、电镀、金属清洗和采矿业,以及在制造染料、油漆或使用硝酸的过程中均可能接触氮氧化物。接触150mg/m3 以上的二氧化氮3~24h 后,出现呼吸道症状,如咳嗽、发热、气急等,痰中带血丝、极度虚弱、恶心和头痛。

目录

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1 概述
2 分子结构
3 物理性质
4 化学性质
5 制备
6 用途
7 主要危险
8 预防措施
9 处置储存
10 空气污染

二氧化氮 - 概述

二氧化氮

二氧化氮是一种高度活性的气态物质,有刺激性特殊臭味,有毒,二氧化氮易被压缩成红棕色液体,冷却时液体颜色逐渐变淡,最终成为无色,二氧化氮在臭氧的形成过程中起着重要作用。人为产生的二氧化氮主要来自高温燃烧过程的释放,比如机动车、电厂废气的排放等,二氧化氮还是酸雨的成因之一,对湿地和陆生植物物种之间竞争与组成变化的影响,大气能见度的降低,地表水的酸化,富营养化(由于水中富含氮、磷等营养物藻类大量繁殖而导致缺氧)以及增加水体中有害于鱼类和其它水生生物的毒素含量。

二氧化氮 - 分子结构

分子结构图

二氧化氮分子是V形分子、极性分子。二氧化氮是含有大π键结构的典型分子。大π键含有三个电子,其中两个进入成键π轨道,一个进入非键π轨道。NO2是一个顺磁性弯曲型的分子,对称点群为C2v。ONO键角为134.3°(可通过Walsh图来解释),N-O键长119.7pm。

二氧化氮 - 物理性质

蒸气压:101.3lkPa(2l℃)
溶解性:溶于碱、二硫化碳和氯仿。

二氧化氮 - 化学性质

二氧化氮检测仪
1、由于浓硝酸不稳定,容易分解,所以在浓硝酸里会有二氧化氮产生,因此浓硝酸溶液会呈现黄色 相对密度 1.4494(20/4℃),沸点21.2℃,-11.2℃时凝固成无色晶体;分子为∨形结构,键角132±2°。这是由于气体在冷却时二聚成无色的四氧化二氮的缘故。低于0℃几乎完全二聚,至140℃即全部分解为NO2,超过150℃即发生热分解,至620℃完全分解:
2NO2─→2NO+O2
2、二氧化氮中的N-O键键能较低,故它是一个很好的氧化剂。特定条件下可以将氯化氢、一氧化碳等还原剂氧化。有时与烃混合后,会使烃类发生爆炸性燃烧。
与水反应歧化生成硝酸和一氧化氮。该反应是工业上用氨制硝酸(奥斯特瓦尔德制硝酸法)的反应之一。
3NO2+H2O─→2HNO3+NO

生成的一氧化氮遇空气迅速氧化为二氧化氮,溶于浓硝酸即生成发烟硝酸。 但二氧化氮溶于水后并不会完全反应所以会有少量二氧化氮分子存在,为黄色。因此硝酸溶液会呈现黄色。这个反应可以认为其为可逆反应,因为硝酸同时会分解。

因二氧化氮溶于水后还生成一氧化氮,所以不是硝酸的酸酐。 NO2可以直接被Na2O2吸收  Na2O2+2NO2=2NaNO3

3、溶于氢氧化钠溶液歧化生成亚硝酸钠与硝酸钠,该反应是除去实验中二氧化氮尾气的常用反应。
NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO3+H2O
4、二氧化氮分子含有一个未成对电子,因此它的很多反应类似于自由基。比如,它很容易发生二聚,且在有机合成中用作硝化剂,可以从饱和烃中夺取氢,也可以与不饱和烃或芳香烃发生加成反应。 RH+NO2=R-+HONO

5、聚合反应

NO2(红棕色顺磁性气体)很容易聚合。通常情况下与其二聚体形式——四氧化二氮(无色抗磁性气体)混合存在,构成一种平衡态混合物。

NO2到N2O4是个放热反应,因此顺磁性的NO2单体在高温时稳定。在低温下,二氧化氮(NO2)气体转化为无色的四氧化二氮(N2O4)气体;在高温下,由N2O4转变回NO2。无色抗磁性的N2O4可以通过在–11.2°C的熔点熔化它的固体而得到。固态时(凝固点以下),混合物几乎全部为四氧化二氮,二氧化氮占0.1%不到。温度高于140 °C时,则全部解离。

二氧化氮 - 制备

工业上用空气中的氧气氧化一氧化氮制取二氧化氮:
2NO+O2─→   2NO2
在实验室中,可以通过氧化氮NO氧化或由浓硝酸与铜屑作用而得,也可用加热分解硝酸铅来制备:
2Pb(NO3)2─→4NO2+2PbO+O2

也可以通过五氧化二氮的热分解来制备NO2。五氧化二氮可以通过硝酸脱水得到。
2HNO3=N2O5+H2O

2N2O5=4NO2+O2
生成的气体冷凝以除去硝酸,再通过五氧化二磷干燥,便得到较纯净的二氧化氮。 铜与浓硝酸共热也可以生成二氧化氮:

Cu+4HNO3=Cu(NO32+2NO2↑+H2O

二氧化氮 - 用途

二氧化氮在化学反应和火箭燃料中用作氧化剂,在亚硝基法生产硫酸中用作催化剂。

二氧化氮 - 主要危险

氮氧化物主要损害呼吸道,吸入气体初期仅有轻微的眼及上呼吸道刺激症状,如咽部不适、干咳等。常经数小时至十几小时或更长时间潜伏期后发生迟发性肺水肿、成人呼吸窘迫综合征,出现胸闷、呼吸窘迫、咳嗽、咯泡沫痰、紫绀等。可并发气胸及纵隔气肿。

肺水肿消退后两周左右可出现迟发性阻塞性细支气管炎。慢性作用:主要表现为神经衷弱综合征及慢性呼吸道炎症。个别病例出现肺纤维化。可引起牙齿酸蚀症。

环境危害: 对环境有危害,对水体、土壤和大气可造成污染。

燃爆危险: 本品助燃,有毒,具刺激性。

二氧化氮 - 预防措施

二氧化氮实验室制法
吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸、就医。

危险特性:本品不会燃烧,但可助燃。具有强氧化性。遇衣物、锯末、棉花或其它可燃物能立即燃烧。与一般燃料或火箭燃料以及氯代烃等猛烈反应引起爆炸。遇水有腐蚀性,腐蚀作用随水分含量增加而加剧。

灭火方法:本品不燃。消防人员必须佩戴过滤式防毒面具(全面罩)或隔离式呼吸器、穿全身防火防毒服,在上风向灭火。切断气源。喷水冷却容器,可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂:干粉、二氧化碳。禁止用水、卤代烃灭火剂灭火。

应急处理:迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并进行隔离,严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿防毒服。尽可能切断泄漏源。若是气体,合理通风,加速扩散。喷雾状水稀释、溶解。构筑围堤或挖坑收容产生的大量废水。漏气容器要妥善处理,修复、检验后再用。若是液体,用大量水冲洗,洗水稀释后放入废水系统。若大量泄漏,构筑围堤或挖坑收容。喷雾状水冷却和稀释蒸汽。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内,回收或运至废物处理场所处置。

二氧化氮 - 处置储存

操作注意事项:严加密闭,提供充分的局部排风和全面通风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防毒面具(全面罩),穿胶布防毒衣,戴橡胶手套。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。远离易燃、可燃物。防止气体或蒸气泄漏到工作场所空气中。避免与还原剂接触。搬运时轻装轻卸,防止钢瓶及附件破损。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。

储存注意事项:储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过15℃。应与易(可)燃物、还原剂、食用化学品分开存放,切忌混储。储区应备有泄漏应急处理设备。

二氧化氮 - 空气污染

一直以来香港总是抱怨污染严重的内地工厂导致香港的天空总是雾气沉沉。但分析表明,香港的污染很大程度上正是香港自己造成的。从中国官方数据来看,在中国32座主要城市中,香港的二氧化氮浓度排名第二位。

香港已经采取措施适用更严格的空气质量指标,控制空气污染的措施,比如限制当地工厂的氧化硫排放。香港还有很大的改善余地,特别是在船舶污染方面。船舶造成的污染现在已经成为香港空气质量问题的最大源头之一。

2013年1月29日,北京市严重污染,PM2.5、PM10、二氧化氮同时超标。

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