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氮气，化学式为N₂，为无色无味气体。氮气化学性质很不活泼，在高温高压压及催化剂条件下才能和氢气反应生成氨气；在放电的情况下才能和氧气化合生成一氧化氮；即使Ca、Mg、Sr和Ba等活泼金属也只有在加热的情形下才能与其反应。氮气的这种高度化学稳定性与其分子结构有关。2个N原子以叁键结合成为氮气分子，包含1个σ键和2个π键，因为在化学反应中首先受到攻击的是π键，而在N₂分子中π键的能级比σ键低，打开π键困难，因而使N₂难以参与化学反应。

燃烧反应
氨气在空气中很难燃烧，但在纯氧中可以燃烧生成氮气：4NH3+3O2=2N2↑+6H2O。 
常温下氮气难以与氧气反应，但在放电或者高温的条件下，可以与氧气反应：N2+O2=2NO。闪电能够使空气里的氮气转化为一氧化氮，是一种自然固氮。

膜分离技术是基于薄膜对气体组分具有选择性渗透和扩散的特性，以达到气体分离和纯化的目的。气体中各种组分透过膜的速度不同，每种组分透过膜的速度与该气体的性质、膜的特性和膜两面的分压差有关。透过膜的气体组分不可能达到 的纯度。气体分离膜通常可分为多孔材质和非多孔材质，它们无机物（多孔玻璃、陶瓷、金属、电子导电性固体和钯合金等）或有机高分子（微孔聚乙烯、多孔醋酸纤维、均质醋酸纤维、聚硅氧烷橡胶和聚碳酸脂）组成。 [4] 
净化后的压缩空气经过缓冲罐，联合过滤器后由膜组一端进入，气体分子在压力作用下首先在膜的高压侧接触。混合气体在膜的高压侧表面以不同的溶解度溶于膜内，然后在膜两侧压力差的推动下，混合气体的分子以不同的速度向膜的低压侧扩散。经过溶解和扩散两个过程的选择，终混合气体被分离成各个组分。例如：空气、氧气的透过速度大于氮气，经过膜分离之后，高压侧留下的气体富氮，而透过去的气体富氧。

合成氨反应
工业上的氨气是由氢气和氮气直接合成的：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)（反应条件为高温高压、催化剂）。氨气的合成是一个体积缩小的放热反应，体系压强和降低体系温度对合成反应有利。
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