窒素単体とその化合物

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窒素N2

無色で無臭の気体で、空気中の78%を占める。水に溶けにくく、燃焼しない安定した気体である。

http://en.academic.ru/

窒素の製法

実験室

亜硝酸アンモニウム水溶液を加熱する。

NH4NO2 → N2 + 2H2O

 

工業的製法

液体空気の分留によって得られる。下画像は沸点が低い窒素(-195.8°C)が気体となって上からでていき、沸点が僅かに高い酸素(-183°C)が液体のまま下から出ていく装置である。

http://fnorio.com/

 

一酸化窒素NO

無色で水に溶けにくい気体である。酸素と反応して二酸化窒素NO2となる。NOは排気ガス等に含まれ、環境問題の原因となっている。

https://en.wikipedia.org/

一酸化窒素の製法

希硝酸を反応させる。下動画1:00~が銅と希硝酸の反応。化学反応式は希硝酸は3銅8硝2NO、濃硝酸は1銅4硝2NO2と覚えよう。

3Cu + 8HNO3→3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO

 

二酸化窒素NO2

赤褐色で刺激臭の有毒な気体である。常温でN2O4と平衡状態にある。水に溶けると硝酸を生じ、酸性雨の原因となっている。

http://tokushinkan.blog.fc2.com/

二酸化窒素の製法

銅と濃硝酸を反応させる。化学反応式は希硝酸は3銅8硝2NO、濃硝酸は1銅4硝2NO2と覚えよう。

Cu+4HNO3 → Cu(NO3)2+2NO2+2H2O

 

硝酸HNO3

無色で揮発性がある液体。発煙性があり、特に濃度が高く(98%以上)NO2を多量に含む硝酸は発煙硝酸と呼ばれている。発煙硝酸はNO2の色がついており、赤褐色の液体である。

https://ja.wikipedia.org/

濃硝酸は61%の硝酸水溶液である。希硝酸と以上に酸化作用が強く、Cu、Hg、Agを溶かすことができる。その際にはNO2が発生する。形成された硝酸塩はすべて水に溶ける。

http://jitakuchemistry.blog.jp/

硝酸の製法

オストワルト法で生成する。オストワルト法では、次のプロセスが起こる。

アンモニア酸素を反応させて、一酸化窒素を発生させる。

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

一酸化窒素酸素を反応させて二酸化窒素とする。

2NO + O2 → 2NO2

二酸化窒素を反応させて、硝酸とする。

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

これらのプロセスをまとめると、次のような式になる。

NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O

http://chem-guide.blogspot.jp/

アンモニアNH3

無色で刺激臭の気体である。水に極めて良く溶けて、水溶液は弱塩基性を示す。HClと反応してNH4Clを生成する(酸塩基反応)。

 

窒素肥料の硫安(NH4)2SO4(下画像)や尿素CO(NH2)2の原料となっている。

http://blog.goo.ne.jp/

アンモニアの製法

実験室

アンモニウム塩(塩化アンモニウムなど)と強塩基の加熱によって得られる。アンモニアは弱塩基のため、強塩基(Ca(OH)2など)と共に加熱すると、弱塩基遊離反応が起こりNH3が遊離する。

2NH4Cl +Ca(OH)2 → 2NH3 + 2H2O + CaCl2

工業的製法

ハーバーボッシュ法によって得られる。ハーバーボッシュ法は、窒素と水素からアンモニアを合成する。普通の状態では窒素と水素が反応するはずもないので、高温・高圧にして、触媒に四酸化三鉄Fe3O4を用いることで反応が進む。

3H2 + N2 → 2NH3

http://hb-process.weebly.com/

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