上海高三一轮复习:书本上没有但考试会考的元素及其化合物(1)——肼

肼（N₂H₄，联氨/联胺）是氨中一个 H 被 —NH₂ 取代的衍生物，核心标签是无色发烟油状液体、弱碱、强还原剂、易燃剧毒。下面按结构、物理性质、化学性质、安全三条线整理。

结构与基本物理性

• 分子：H₂N—NH₂，两个 N 均为 sp³ 杂化，非平面扭曲构象，N—N 单键（≈145 pm），偶极矩 1.85 D，极性分子。
• 态：常温无色油状液体，有氨味或鱼腥味，在空气中发烟。
• 熔/沸点：2.0 ℃ / 113.5 ℃（沸点偏高因分子间氢键）。
• 溶解：与水、醇任意比互溶；与水形成共沸物（约 58.5 mol% N₂H₄，120.3 ℃）；常见工业品为水合肼 N₂H₄·H₂O（熔点 −51.7 ℃）。
• 其他：密度 ≈1.02 g/cm³（25 ℃），易吸湿、吸 CO₂，介电常数高（液态可导电）。

化学性质

弱碱性（二元弱碱，比 NH₃ 弱）

• 分步质子化：
• N₂H₄ + H₂O ⇌ N₂H₅⁺ + OH⁻，Kb₁ ≈ 8.5×10⁻⁷（pKb₁≈6.07）
• N₂H₅⁺ + H₂O ⇌ N₂H₆²⁺ + OH⁻，Kb₂ ≈ 10⁻¹⁵ 量级
• 成盐：与酸得 肼盐，如 N₂H₅Cl、N₂H₆Cl₂（硫酸肼 N₂H₆SO₄ 等）。
• 配位：孤对电子可作配体，形成 [Co(N₂H₄)₆]Cl₂ 之类配合物。

强还原性（最突出性质，N 为 −2 价）

氧化产物通常是 N₂，不引入杂质金属离子：

• 除氧：N₂H₄ + O₂ → N₂ + 2H₂O（锅炉水脱氧剂）。
• 燃/推：N₂H₄(l)+O₂→N₂+2H₂O，ΔH≈−622 kJ/mol；与 N₂O₄、H₂O₂、HNO₃ 等组火箭推进剂，剧烈放热产气。
• 还原金属离子：Ag⁺→Ag、CuO→Cu/Cu₂O、Fe³⁺还原等。
• 被卤素、KMnO₄、K₂Cr₂O₇、HNO₃ 等氧化为 N₂。

热稳定性与分解

• 无水肼本身比 H₂O₂ 稳定，可加热到 300 ℃ 以上不爆；但受热、催化剂（Fe 锈、Cu、Co、Ir、Al₂O₃ 等）存在时分解加速：
• 3N₂H₄ → 4NH₃ + N₂；或 N₂H₄ → N₂ + 2H₂（伴 NH₃）
• 蒸馏时若混入空气有爆炸风险。

安全与毒理（极关键）

• 易燃：闪点 38~52 ℃，空气中爆炸极限约 4.7%~100%；蒸气与空气形成宽范围爆炸性混合气。
• 自燃敏感：接触铁锈、多孔物（木、布、土、石棉）、金属氧化物、强氧化剂（H₂O₂、HNO₃、铬酸盐）可自燃甚至爆炸；在铁锈表面自燃温度可低至 ~24 ℃。
• 毒性：大鼠经口 LD₅₀ ≈ 60 mg/kg，中等毒~剧毒；经皮吸收快；IARC 2A/2B 类可疑致癌物。
• 靶器官：眼（角膜损伤）、皮肤（灼伤）、呼吸道、CNS（头痛抽搐昏迷）、肝肾功能损害。
• 存储：氮封、避氧化剂/酸、避锈金属，实验室需通风橱+防渗手套+护目。

常见衍生物一句话

• 水合肼 N₂H₄·H₂O
  ：工业主力（40%/80% 溶液），还原剂、发泡剂原料、医药（异烟肼）中间体，较无水肼安全但仍易制爆。
• 肼盐
  （N₂H₅⁺/N₂H₆²⁺）：分析中用于沉淀、重量法。
• 甲基肼、偏二甲基肼
  ：火箭燃料改性剂，毒性更高。