揭秘你高中学过的一些不严谨的化学知识

中学化学的一些疑点：

1 既然N2+O2==2NO(放电或高温)，而N2+3H2⇔2NH3（高温高压催化剂）可以看出前者反应更容易，为什么工业制一氧化氮要先合成氨再催化氧化而不是氮氧直接化合？

2.为什么氮氧化合以及氨催化氧化都生成NO，而不是直接生成NO2，可是NO却很容易被氧化为NO2，还有铜和硝酸反应为什么稀硝酸生成NO浓硝酸NO2

氮元素第一节课学过“雷雨发庄稼”的三个反应，书上是这么给的（都没有可逆号）

① N2 + O2 == 2NO (放电或高温)

② 2NO + O2 == 2NO2

③ 3NO2 + H2O == 2HNO3 + NO

但如果把这三个反应看作可逆反应，上面这些疑问就有合理的解释了。

⑴ⅰ氮气和氧气化合成NO是可逆反应，反应吸热，且在1000~2000度逆反应占优势，工业上若用此反应制NO需要达到3000~4000度高温才会有可观的转化率。而汽车内燃机的确达不到这个温度，但产生的微量NO累积起来足够污染空气

ⅱ放电是很极端的反应条件，是在极高的电压下超过气体的绝缘能力而被击穿，很多即使高温高压催化剂条件下都难以完成的反应却可以在放电条件下完成，例如稀有气体化合物的制备。此外氮气和氢气除高温高压催化剂外在放电的条件下也可以化合为氨（无机化学丛书资料）

⑵反应②为放热反应，高温下NO和O2化合为NO2趋势很小相反NO2分解为NO和O2反应程度很大，因此高温下NO更稳定而常温下NO2（温度更低则N2O4）更稳定

⑶稀硝酸中NO2会和水反应歧化为HNO3和NO,而浓硝酸中NO会和HNO3归中为NO2

当然，活泼金属（如Zn）和稀硝酸反应还会生成N2O和NH4+，是因为NO3-浓度低周围遇到大量锌和H+反应生成的氢原子直接被还原为低价态氮

⑷正好相反，另一个反应

④2NO + 2CO == N2 + 2CO2 （催化剂 加热）

K>10∧50（远超过10∧5完全反应界限）为不可逆反应

而且此反应为

⑤2NO==N2+O2 K>1

⑥2CO+O2==2CO2 K>>10∧5

叠加，K4=K5*K6>>10∧5

汽车催化转化器处理后仍有NO和CO是因为该反应没有足够的时间达到平衡气体就已经排出了，为动力学问题。如果能经历足够长的时间，NO和CO会按计量比几乎完全转化为N2和CO2只有一种反应物剩余。如果要提高转化率，应该在动力学上研制催化效率更高的催化剂而不是在热力学上使平衡正移

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拓展：另外硝酸根离子和亚硝酸根在碱性环境下也可以表现氧化性！而主要还原产物为氨。因此无法用硝酸亚铁和碱反应制氢氧化亚铁，因为氢氧化亚铁还原性很强，即使在碱性环境下也可以被硝酸根或亚硝酸根氧化。还有在有大量NO2-或NO3-和OH-存在的溶液中加入两性活泼金属（例如锌或铝）无氢气产生或只产生少量氢气，而NO2-或NO3-被还原为氨

3Zn+NO2- + 5H2O + 5OH- = 3[Zn(OH)4]2- + NH3↑

而硝酸亚铁溶液是在中性或弱酸性环境下存在的，该条件下Fe3+/Fe2+电对还没有变为Fe(OH)3/Fe(OH)2电对，还原性没有明显增强，而该条件下硝酸根也没有很强的氧化性，因此可以共存