工业气体

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氮气
氮气,化学式为N2,通常状况下是一种无色无味的气体,且通常无毒,而且一般氮气比空气密度小。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-209.8℃时,液态氮变成雪状的固体。氮气的化学性质不活泼,常温下很难跟其他物质发生反应,但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化,用来制取对人类有用的新物质。

化学性质

由氮元素的氧化态-吉布斯自由能图也可以看出,除了NH4离子外,氧化数为0的N2分子在图中曲线的最低点,这表明相对于其它氧化数的氮的化合物来讲的话,N2是热力学稳定状态结构。氧化数为0到+5之间的各种氮的化合物的值都位于HNO3和N2两点的连线(图中的虚线)的上方,因此,这些化合物在热力学上是不稳定的,容易发生歧化反应。在图中唯一的一个比N2分子值低的是NH4离子。
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,氮气可以和氢气反应生成氨。

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

活泼金属反应
N2 与金属锂在常温下就可直接反应:6Li + N2 === 2Li3N
N2与碱土金属Mg 、Ca 、Sr 、Ba 在炽热的温度下作用: 3Ca + N2 =△= Ca3N2
N2与镁条反应:3Mg+N2=点燃=Mg3N2(氮化镁)

非金属反应
N2与氢气反应制氨气:N2+3H2?2NH3 (高温 高压 催化剂)
N2与硼要在白热的温度才能反应: 2 B + N2=== 2BN (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。

物理性质
氮气在常况下是一种无色无味的气体,且通常无毒。氮气占空气总量的78.12%(体积分数),在标准情况下的气体密度是1.25g/L,密度比空气稍小。氮气难溶于水,在常温常压下,1体积水中大约只溶解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。其他物理性质见下表:

项 目                                                                                          属 性
化学式                                                                                        N2
相对分子质量                                                                             28.013
CAS登录号                                                                                 7727-37-9
EINECS登录号                                                                           231-783-9
英文名称                                                                                    Nitrogen
熔点                                                                                           63.15K,-210℃
沸点,101.325kPa(1atm)时                                                    77.35K,-195.8℃
临界温度                                                                                    126.1K,-147.05℃
临界压力                                                                                    3.4MPa,33.94bar,33.5atm,492.26psia
临界体积                                                                                    90.1cm/mol
临界密度                                                                                    0.3109g/cm
临界压缩系数                                                                             0.292
液体密度,-180℃时                                                                  0.729g/cm
液体热膨胀系数,-180℃时                                                       0.00753 1/℃
表面张力,-210℃时                                                                  12.2×10-3 N/m,12.2dyn/cm
气体密度,101.325 kPa(atm)和70F(21.1℃)时                       1.160kg/m3,0.0724 lb/ft3
气体相对密度,101.325 kPa(1atm)和70F时(空气=1)             0.967
汽化热,沸点下                                                                          202.76kJ/kg,87.19 BTU/1b
熔化热,熔点下                                                                          25.7kJ/kg,11.05 BTU/1b
气体定压比热容cp,25℃时                                                       1.038kJ/(kg· k),0.248 BTU/(1b·R)
气体定容比热容cv,25℃时                                                        0.741kJ/(kg· k),0.177 BTU/(1b·R)
气体比热容比,cp/cv                                                                1.401
液体比热容,-183℃时                                                               2.13kJ/(kg·k),0.509 BTU/(1b·R)
固体比热容,-223℃时                                                              1.489kJ/(kg·k),0.356 BTU/(1b·R)
溶解度参数                                                                                 9.082(J/cm )0.5
液体摩尔体积                                                                              34.677cm /mol
在水中的溶解度,25℃时                                                             17.28×10-6(w)
气体黏度,25℃时                                                                      175.44×10-7Pa·s,17.544μPa·s
液体黏度,-150℃时                                                                    0.038mPa ·s,0.038 cp
气体热导率,25℃ 时                                                                    0.02475W/(m · K)
液体热导率,-150℃时                                                                0.0646W/(m · K)   

 


 

 


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