氮的化合物

第十三章含氮有机化合物
⑵芳环上的亲核取代反应
(i)芳环的特征反应是亲电取代反应
邻位或对位被硝基取代的芳香卤代物，由于强吸电子基硝基的影响，使苯环上的电子云密度降低，不利于亲电试剂的进攻，容易发生亲核取代反应。

Cl
NO 2
O 2N
NO 2
2NH 3
NH 2
O 2N
NO 2
NO 2
NH 4Cl
氮原子与脂肪烃基相连的是脂肪胺(R-NH 2)，与芳香环直接相连的为芳香胺(Ar-NH 2)
按照分子中所含氨基的数目，有一元、二元或多元胺
注意“氨”、“胺”、“铵”字的用法，在表示基时，如氨基、亚氨基，用“氨”；表示NH 3的烃基衍生物时，用“胺”；而季铵类化合物则用“铵”。

-NH 2（氨基）、-NH-（亚氨基）
(CH3CH2)2NH CH3CH2NH CH3
N CH3N
CH3
CH3
①气相：(CH 3)3N
(CH 3)2NH CH 3NH 2NH 3
＞＞＞(CH 3)3N (CH 3)2NH CH 3NH 2NH 3
＞＞＞②水溶液相：
3°2°
1°3°
2°1°原因：CH 3的+I 效应使N 上电子云密度增加，与H +
的结合力增加，碱性增强。

K b ×10
5
59.542.5 6.73 1.8
（教材错误）。

氮元素的单质及其化合物氮元素是自然界中最常见的元素之一，可以以多种形式存在，包括单质和化合物。

在这篇文章中，我们将探讨氮的单质及其一些重要化合物。

氮的单质是氮气(N2)，也被称为氮分子。

氮气是大气中的主要组成部分，占据了大约78%的体积比例。

它具有无色、无味、无毒的特点，是一种稳定而不反应的分子。

氮气在自然界中通过固定氮和解耦过程进行循环。

固定氮是将氮气转化为植物可用的形态，解耦是指将固定的氮还原回氮气的过程。

氮气的化学性质相当稳定，对大部分物质不起反应。

然而，在极高的温度下，氮气会与氧气在空气中反应生成一氧化二氮(NO)和二氧化氮(NO2)。

这些物质是空气污染的主要原因，会对人类健康和环境造成危害。

此外，氮气也可以反应生成氮化物和氨等化合物。

氮化物是氮和金属之间的化合物。

氮通常以3-价形式存在，因此当与金属形成化合物时，氮原子通常会接受金属的3个电子来形成盐式化合物。

常见的氮化物包括三氮化硼(BN)、三氮化钛(TiN)和三氮化铝(AlN)等。

氮化物具有高熔点、高硬度和良好的热和电导性能，因此在材料科学中有广泛的应用。

氨是氮的另一种重要化合物，化学式为NH3、氨是一种无色气体，在常温下有刺激性的气味。

它是一种强碱性化合物，可以与酸反应生成相应的盐。

由于氨具有很强的溶解性，因此在制药、化工和肥料工业中有广泛的应用。

此外，氨也是生物体内的重要分子，它是氨基酸和蛋白质的组成成分之一硝酸盐是含有氮元素的化合物，由一个正离子和一个硝酸根离子组成。

硝酸盐广泛存在于自然界中，包括地壳、水和空气中的通过自然过程形成的盐。

硝酸盐在农业中也是重要的肥料，因为它们能为植物提供必要的氮源。

此外，硝酸盐还用于制造炸药和火药。

氰化物是含氮和碳的化合物，其化学式为CN。

氰化物是高度有毒的物质，对生命体具有致命的影响。

尽管如此，氰化物在一些工业过程中仍然有用途。

例如，氰化物被用于金矿提取中，因为它能与金形成稳定的配合物。

在总结中，氮元素有多种形式存在，包括氮气、氮化物、氨、硝酸盐和氰化物等。

有机含氮化合物有机含氮化合物是指分子中氮原子和碳原子直接相连的有机物，也可看成是烃分子的一个或几个氢原子被含氮的官能团所取代的衍生物，前面学过的包括氨基酸、腈、酰胺，亚胺、肟、腙。

一、硝基化合物硝基化合物是指烃分子中的氢原子被硝基取代后得到的化合物，常用RNO2或ArNO2表示。

根据硝基所连接烃基的不同可以分为脂肪族和芳香族硝基化合物，根据分子中所连硝基的多少又可以分为一硝基化合物和多硝基化合物。

共振论的观点认为硝基化合物是两种极限式的共振杂化体。

大部分芳香族硝基化合物为淡黄色固体，大多数具有苦杏仁气味。

硝基对苯环有亲电取代又有亲核取代。

（一）芳核上的亲核取代反应（1）硝基对苯环上取代基特别是邻、对位取代基的性质有很大影响卤苯型化合物中的卤素卤素很不活泼。

，难以发生亲核取代.，但当卤素的邻、对位有硝基存在时，卤原子活泼型增加，硝基越多，亲核取代反应越容易进行。

有证据表明该反应是分两步进行的，第一步是亲核加成，形成带负电荷的活性中间体买森海默尔配合物，第二步是离去基团卤素的离去。

在这个反应中，决定反应速率的步骤中有两种分子参与，所以是双分子历程。

原因。

由于邻、对位硝基对卤素的强吸电子作用，使得与卤素相连的碳原子密度降低。

容易受到亲核试剂的进攻。

硝基在邻位的情况与之在对位的情况相似，如果邻对位均有硝基，芳香亲核取代反应则更容易。

（二）硝基的还原反应硝基化合物易被还原，反应条件对还原产物有较大影响，在酸性介质中，以zn，Fe,或Sn 为还原剂，硝基将被还原成氨基，该反应的中间产物是亚硝基苯及羟基苯胺，但它们比硝基苯更容易还原，不容易分离出来。

，进一步还原为氨基，若以二氯化锡为还原剂，还可选择还原硝基，避免醛基得还原。

在中性或弱酸性下，主要得芳基羟胺。

在碱性介质中，主要发生双分子还原，还原剂不同，还原产物有很大差异。

，但产物经酸性条件进一步还原最终形成苯胺。

若用硫化钠，硫氢化钠，可以选择性地还原一个。

（三）缩合反应有a氢的硝基化合物在碱性条件下生成负碳离子，缩合反应。

有机含氮化合物概述有机含氮化合物是一类含有碳-氮化合键的有机化合物。

这类化合物具有丰富的结构类型和多样的性质，广泛存在于自然界中，也是合成有机化合物的重要起始物质之一。

本文将从有机含氮化合物的分类、合成方法、性质及应用等方面进行探讨。

有机含氮化合物的分类有机含氮化合物根据氮原子的氧化态以及与碳原子的连接方式可以分为以下几类：1. 胺类化合物胺类化合物是最常见的有机含氮化合物之一，其分子中至少含有一个或多个氨基（-NH2）基团。

根据氨基原子的碳原子个数不同，胺类化合物又可分为三类：一级胺、二级胺和三级胺。

一级胺：有一个氨基与两个碳原子相连，例如甲胺（CH3NH2）；二级胺：有两个氨基与一个碳原子相连，例如二甲胺（CH3NHCH3）；三级胺：有三个氨基与一个碳原子相连，例如三甲胺（CH3N(CH3)2）。

2. 腈类化合物腈类化合物是由碳与氮原子形成三键而构成的化合物，其通式为RC≡N。

腈类化合物具有较高的活性，可用于合成多种有机化合物。

3. 酰胺类化合物酰胺类化合物是由酰基羰基与氨基反应形成的衍生物，其通式为RCONR’2。

酰胺类化合物具有重要的生理活性和药理活性，广泛用于医药和农药等领域。

4. 腙类化合物腙类化合物是碳原子与氮原子通过氧化还原反应形成的化合物，其通式为R2C=NOH。

腙类化合物具有良好的亲电性，可用于合成多种含氮有机化合物。

有机含氮化合物的合成方法有机含氮化合物的合成方法多种多样，下面介绍几种常用的方法：1. 氨解反应氨解反应是通过氨与有机化合物反应生成胺类化合物的方法。

该反应常采用氨气或胺盐与卤代烃、醛、酮等有机化合物反应，生成相应的胺类产物。

2. 脱水胺化法脱水胺化法是通过三氧化二砷、氯化亚砜等试剂将羧酸和胺反应生成酰胺类化合物的方法。

该方法条件温和，适用于大多数羧酸和胺的反应。

3. 加成反应加成反应是将含有双键的有机化合物与胺类化合物反应，生成带有氮原子的化合物。

例如，马达尔反应是将亚硝基化合物与烯烃反应生成胺类化合物。

氮与其化合物：一、氮气1、基础知识：“三无气体”；密度近似于空气；非极性分子；难溶于水；体积分数约为78%；2、结构：N2与CO互为等电子体电子式：结构式：键能：946 KJ/mol3、用途：保护气；合成氨；4、化学性质：常温稳定，高温反应(1)氮气流：三口瓶制取NO实验中应用氮气流排尽空气；开始前通入：排尽装置中气体，防止氧化，防止爆炸；结束后通入：用氮气流推流至后续装置，保证气体被充分吸收；(2)高温反应：a 活泼金属镁在集气瓶中燃烧，打开止水夹后，水倒吸入集气瓶几乎充满；Mg+（O2，N2，CO2，H2O）===（MgO，Mg3H2，MgO+C，Mg(OH)2+H2）N2+Na===NaN3(叠氮化钠)NaN3===NaN+N2(快速反应放出氮气，安全气囊)N2+Mg===Mg3N2(氮化镁)Mg3N2+H2O===Mg(OH)2+NH3(两种碱)N2+2Al===2AlN (具有空间网状结构、原子晶体、高温结构陶瓷)b 与非金属反应固氮反应：天然固氮（雷雨(N2→NO→HNO3)、根瘤菌）氮的氧化过程人工固氮（合成氨：N2+3H2===2NH3）氮的还原过程5、N2的制备a 工业法：分离液态空气法（物理变化）N2：-197℃O2：-183℃（工业先把空气液化到-200℃，然后上升温度，故先得到N2）b 实验室制法：(1)空气制N2（化学变化）反应流程：空气→铜网(除去氧气)→NaOH(aq,除去CO2)→浓硫酸(除水)空气→铜网(除去氧气)→碱石灰(CaO,NaOH)(2)归中法制氮气：NH4Cl+NaNO2=(加热)=N2+NaCl+2H2O (归中反应)莱姆赛在制取氮气的时候，发现通过两种不同的方法，在氮气密度方面出现了小数点后4位的误差，发现了稀有气体。

二、氨气1、基础知识：无色、有刺激性气味的气体；密度(17)小于空气(29)；氨分子间可成氢键，极易溶于水、易液化(-34℃)2、结构：电子式：结构式：sp3杂化，三角锥形3、化学性质：氨分子和水中的氢离子形成配位物，留下氢氧根，显碱性；氨分子可和A n+空轨道形成配合物，如Ag(NH3)2OH；氨分子可和A(氧化性)反应，显还原性；(1)自偶电离2H2O===H3O++OH-K w=10-142NH3===NH4++NH2-K NH3<<K w(铵根)(氨基负离子)NH4++OH-===NH3+H2O(2)碱性：碱性气体（唯一）原理解释：NH3+H2O===NH3·H2O====NH4++OH-类比CO2：CO2+H2O===H2CO3===H++HCO3-(2)还原性：NH3a 与Cl2反应2NH3+3Cl2===N2+6HCl (氨气过量)6NH4Cl(白烟) 可用于检验氯气管道是否漏气b 与O2反应4NH3+5O2=(高温,催化剂)=4NO+6H2O (特殊条件) 可用于制硝酸4NH3+3O2=(加热)=2N2+6H2O (常规)练习：2NH3+3CuO=(加热)=N2+3Cu+3H2O(3)络合：向AgNO3中加入NH3·H2O(氨水) 现象：产生白烟，白色沉淀消失1AgNO3+NH3·H2O===AgOH+NH4NO32AgOH+NH3·H2O===Ag(NH3)2OH(银氨溶液)+2H2OCu2+--(NH3·H2O)-->Cu(OH)2--(NH3·H2O)-->Cu(NH3)4(OH)2(铜氨，绛蓝色溶液)4、氨气的制备a 工业：合成氨N2(g)+3H2(g)===2NH3(g) H<+0KJ/molb 实验室制备(1)铵碱法(固固加热-大试管+酒精灯)2NH4Cl+Ca(OH)2=(加热)=CaCl2+2NH3+2H2O药品变化：(NH4)2SO4可用于代替NH4Cl (粉末不会被覆盖)NH4NO3不可用于NH4Cl (硝酸根爆炸)CaO可用于代替Ca(OH)2 (最好用这个代替，生成水可以变少)NaOH不可用于代替(可能会腐蚀玻璃)单一药品：NH4Cl=(加热)=NH3+HCl (加热分解，冷却化合)不可用于制取氨气NH4HCO3=(加热)=NH3+H2O+CO2加除杂装置(碱石灰)后可以制取氨气(2)氨碱法(固液不需加热-快速得到氨气)锥形瓶+分液漏斗用平衡原理去解释加入NaOH的作用？NH3·H2O=(NaOH)=NH3+H2O解释：NH3+H2O=(可逆)=NH3·H2O=(水解)=NH4++OH-NaOH作用：[OH-]上升上述平衡向左移动，生成NH3(3)补充：金氮水解：固液不需加热Mg3N2+6H2O===3Mg(OH)2+2NH3干燥：必须碱石灰(御用干燥) 和浓硫酸反应，和CaCl2生成络合物收集：向下排空气法验满：湿润的红色石蕊试纸(变蓝)；蘸有浓盐酸的玻璃棒看是否生成白烟尾处：水/硫酸(防止倒吸)三、其他负价氮1、N2H4 (联氨,肼) 可用于做火箭燃料电子式：结构式：化学性质：(1)2N2H4(g)+2NO2(g)===3N2+4H2O H=-1135kJ/mol(2)还原性：绿色还原剂N2H4+2H2O2===N2+4H2O(3)制备2NH3+NaClO===N2H4+NaCl+H2O2、CN-和SCN-(氰根和硫氰根)CN- 14e-和N2、CO为等电子体系电子式：结构式：迁移：氰气(CN)2 (拟卤素，和卤素有相似性质)(CN)2+H 2O===HCN+HCNO (❌)(CN)2+H 2O===HCN+HOCN (✔)去除CN -和SCN -的危害（2016年化学全国卷：两段法去除危害）NaCN+NaClO===NaOCN+NaCl2NaOCN+3NaClO+H 2O===2NaHCO 3+3NaCl+N 210SCN -+22ClO 2===10SO 4+22Cl -+5N 2+10CO 2+16H + (标零法，将负电子给其中任意一种元素)四、氮氧化物2、 NO 2性质详解 (1)标况下，1mol NO 2体积为22.4L (❌) NO 2沸点21℃ NO 沸点-152℃ 用于分离NO 和NO 2的混合物 不可做制冷剂，NO 2为剧毒/腐蚀性*冷却分离法五、硝酸 化学性质：不稳定性; 强氧化性; 强酸1、 不稳定性 [棕色瓶(见光易分解)]*见光易分解的物质有：AgNO 3; KMnO 4; H 2O 2; (氯溴碘)水; 硝酸; 次氯酸; 卤化银; (过超臭)氧化物4HNO 3(浓)==(光)==4NO 2+O 2+2H 2O 浓硝酸显黄色的原因: 吸收了自身分解的NO 2所致2、强氧化性 H N O 3A+HNO 3===AO x +NO x +H 2O(1) A 具有还原性:a 金属(除Pt 、Au 外)b 非金属(C 、S 、P) 浓硝酸加热为标配条件c 低价元素 Fe 2+、I -、SO 32-、S 2-(2) HNO 3勿论硝酸浓或稀，均不产生氢气体硝酸浓度浓到稀，氮被还原价更低HNO 3→NO HNO 3(浓)→NO 2*探究：硝酸浓度越来越稀，可能会出现越来越低的氮产物(N 2、NH3NO4)(3) AO x /A +：稳定物质/最高价(产物存在形式)练习：(1) Fe+6HNO 3(浓)===Fe(NO 3)3+3NO 2+3H 2O (❌) 钝化反应，不反应(2) 3FeO+10HNO 3===3Fe(NO 3)3+NO+5H 2O(3) Fe 2O 3+6HNO 3===2Fe(NO 3)3+3H 2O(4) 3Fe 3O 4+28HNO 3===9Fe(NO 3)3+NO+14H 2O2、硝酸的制备工业(三步制法)：NH3----Pt,O2,高温---->NO+H2O+Q(放热)----氧气---->NO2---H2O--->HNO3第一步第二步第三步实验室制法(难挥发性酸制挥发性酸)H2SO4(浓)+2NaNO3==(加热)==Na2SO4+2HNO3(g)类比：H2SO4(浓)+2NaCl==(加热)==Na2SO4+2HCl(g)六、NO x综合处理1、氧水化法得HNO3NO x-----(H2O+O2)---->HNO3例如：2mol NO和1mol NO2通入______mol O2耗_______mol H2O 转化为_______mol HNO3三大守恒：氮守恒：nNO x===nHNO3氢守恒：nHNO3===n/2 H2O电子守恒：设NO a mol，NO2 b mol，(3a+b)/4=nO2练习(1)2mol NO2和3mol NO 通入_2.75_mol O2 转化_5_mol HNO3(2)2mol NO和1 mol N2O4通入2mol O2后转化为_4_mol HNO32、碱液吸收法NO2能不能被NaOH所充分吸收？不能，因为NO2会和H2O反应生成NO（❌）2NO2+H2O===HNO3+HNO2HNO2+NaOH===NaNO2+H2O (NaNO2稳定不分解)3HNO2===HNO3+2NO+H2O在NaOH中不反应故总反应方程(歧化反应)：2NO2+2NaOH===NaNO3+NaNO2+H2O故能！（✔）NO能不能被NaOH所充分吸收？不能，NO为不成盐氧化物（✔）但是，NO与NO2一起能与NaOH反应！归中反应：NO2+NO+2NaOH===2NaNO2+H2O结论：混合气体中V(NO)/V(NO2)≤1 就可以被NaOH(aq)吸收3、氧还互相伤害法：A(毒,还原)+NO x(毒,氧)===AO x+N2(无毒)A：CO、H2S、NH3、CH4-2e-+2e--3e--8e-产物CO2、S 、N2、CO2e.g. 2CO+2NO=(催化剂)=2CO2+N2(尾气)练习：有3.0 L NO和NO2混合气体在一定条件下与3.5 L NH3恰好完全反应，求V(NO)/V(NO2)=十字交叉法：A×a%+B×b%=(A+B)×c%（理想放两边，现实摆中间，交叉求比例，答案就出现）(1)硼有2种同位素，10B和11B，已知B原子量为10.2，求10B和11B的丰度比：4：1(2)FeCl2和FeCl3混合物测得nCl:nFe=2.1:1求FeCl3 摩尔百分含量：10%4、电解法：。