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二氧化氮

Wikipedia · 2026-02-28 维基百科 👁 1 阅读

二氧化氮（化学式：），是氮氧化物之一。室温下有刺激性气味的红棕色顺磁性气体，易溶于水，溶於水部分生成硝酸和一氧化氮。二氧化氮吸入后对肺组织具有强烈的刺激性和腐蚀性。作为氮氧化物之一的二氧化氮，是工业合成硝酸的中间产物，每年有大约几百万吨被排放到大气中，是一种主要的大气污染物。

二氧化氮是一种有毒气体，大量吸入可以致命。煤气炉在烹饪过程中会释放二氧化氮，进而降低室内和室外空气质量。煤气燃烧会导致室内二氧化氮浓度升高，从而增加人类患呼吸系统疾病的风险。人类对二氧化氮的LC50（半数致死量）估计为174ppm，在该浓度下，如果人类暴露于二氧化氮中1小时，预计有50%的人会因中毒而死亡。

制备
工业上用空气中的氧气氧化一氧化氮制取二氧化氮：
: \rm 2NO+O_2 \rightarrow 2NO_2

在实验室中，可以通过金属硝酸盐的热分解反应制备少量的二氧化氮：
:\rm 2Pb(NO_3)_2 \rightarrow 2PbO+4NO_2\uparrow\,+O_2\uparrow\,

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。
: \rm 2HNO_3 \rightarrow N_2O_5+H_2O\,
: \rm 2N_2O_5 \rightarrow 4NO_2+O_2\uparrow\,
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。

铜与濃硝酸也可以生成二氧化氮：
: \rm Cu+4HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2+ 2NO_2\uparrow+2H_2O

硝酸光照也會產生二氧化氮：
: \rm 4HNO_3 \rightarrow 2H_2O+4NO_2+O_2\,

结构
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（见下面的反应），也可以与不饱和烃或芳香烃发生加成反应。
: \rm RH+NO_2\rightarrow R\cdot + HONO

反应
主要反应
150 °C时二氧化氮分解放出氧气。该反应是一个吸热反应（ΔH = 114 kJ/mol）。
: \rm 2NO_2 \rightarrow 2NO+O_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。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。
: \rm 3NO_2+H_2O \rightarrow NO+2HNO_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。這是個歧化反應。
: \rm 2NO_2+2NaOH \rightarrow NaNO_3+NaNO_2+H_2O\,

与一氧化氮溶于氢氧化钠溶液归中生成亚硝酸钠
: \rm NO+NO_2+2NaOH \rightarrow 2NaNO_2+H_2O\,

光照或加热时，硝酸可以分解出二氧化氮，这就造成了大多数硝酸样品所特有的黄色：
: \rm 4HNO_3 \rightarrow 4NO_2\uparrow+2H_2O+O_2\uparrow\,

NO2与金属氧化物反应生成无水金属硝酸盐：火力发电厂，以及制浆厂。大气核试验也是二氧化氮的一个来源。这也是核爆时蘑菇云略带红色的缘故。 这些过程都需要吸入大量的空气来帮助燃烧，从而将氮气引入到高温的燃烧反应中，最终产生了氮氧化物。因此，控制氮氧化物要求精细的控制为助燃而吸入的空气量。

二氧化氮对大气化学（比如对流层臭氧的形成）有影响。一项由加州大学圣地亚哥分校的研究者发表的结果显示空气中NO2的浓度与嬰兒猝死症有一定联系。

参见

  • 硝基化合物、亚硝基
  • 氮氧化物（NOx）：一氧化二氮（N2O）、一氧化氮（NO）、四氧化二氮(N2O4)
  • 亚硝酸盐（NO2−）、硝酸盐（NO3−）
  • 硝酸酯（R-ONO2）、亚硝酸酯（R-ONO）
  • 硝鎓离子（NO2+）、亚硝鎓离子（NO+）

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參考資料
外部链接

#空气污染物 #有色气体 #漂白剂 #三原子分子 #氮氧化物 #自由基

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