五氧化二氮（氮 Pentoxide）又稱硝酸酐，是一種無機化合物，為正交或六方晶系系的固體，化學式為N2O5，摩爾質量為108.01g/摩爾，密度為1.642g/cm3，熔點為30℃，47℃時分解。五氧化二氮極其不穩定，蒸汽單獨存在或與惰性氣體共同存在時，它都可以進行分解，在室溫下的分解產物為氧氣和二氧化氮。五氧化二氮具有強氧化性，易潮解揮發，和水可以起劇烈的反應，同時放出大量的熱，并生成硝酸。
晶體五氧化二氮具有離子結構，但氣態的或在極低溫度下的五氧化二氮，以及在非極性溶劑中均為共價結構。五氧化二氮可以用五氧化二磷與碘化鈉硝酸作用制得，也可以用氯和硝酸銀反應來制取。
五氧化二氮可以作為硝化劑、氧化劑使用，如在苯環上引入硝基，其還可以與乙酸酐作用而制備四硝基甲。四硝基甲烷在軍事上可用作高級炸藥和火箭燃料中的氧化劑組分。但五氧化二氮對上呼吸道和肺泡的刺激性比二氧化氮強。五氧化二氮在迅速加熱時會發生強烈的爆炸。有時也可以看到五氧化二氮在通常保存的條件下發生爆炸的情況。
歷史
1840年戴威爾（Devil）用干燥的氯氣通入碘化鈉硝酸銀中，首次制備了固體N2O5，后來韋伯（Weber）等人相繼研究了用硝酸與五氧化二磷反應制造N2O5的方法。
自19世紀20年代開始，又出現了用低價氮的氧化物（NO、N2O3、N2O4）臭氧化法制備N2O5，特別是以N2O4作為原料，因其較穩定，便于貯存、運輸，用它經臭氧化法制備N2O5得到了一定程度的發展。
19世紀80年代開始，英、美、俄等國相繼發展和完善了電解法制備N2O5的工藝過程，采用該法得到的N2O5硝酸溶液可直接用于硝化過程。這使得N2O5方便、廉價地大規模工業化生產成為可能。
理化性質
物理性質
五氧化二氮是一種無色正交或六方晶系的固體，低溫時N2O5為白色鱗片狀結晶，摩爾質量為108.01g/摩爾，密度為1.642g/cm3，能溶于水，熔點為30℃，在室溫下有升華現象，五氧化二氮紫外吸收波長范圍為150~250nm。
化學性質
五氧化二氮極其不穩定，蒸汽單獨存在或與惰性氣體共同存在時，它都可以進行分解，在室溫下的分解產物為氧氣和二氧化氮。五氧化二氮具有強氧化性，易潮解揮發，和水可以起劇烈的反應，同時放出大量的熱，并生成硝酸。與過氧化氫反應可以生成硝酸和過硝酸HNO4。
分解反應
溫度為40-45℃時或在光照條件下五氧化二氮可以分解為二氧化氮和氧氣，反應如下：
五氧化二氮在一氧化氮氛圍下可以分解為二氧化氮，反應為：
五氧化二氮在四氯化碳溶液中分解的反應式為：
其他反應
五氧化二氮與氨氣反應生成硝酸和硝酰胺，反應為：
五氧化二氮吸水之后能生成硝酸，反應為：
五氧化二氮與碘化鈉硫酸可以反應，生成水、硫酸氫根、硝鎓離子，反應為：
應用
有機合成
五氧化二氮在許多物質的合成中作硝化劑、氧化劑。五氧化二氮可以作為硝化劑在苯環上引入硝基官能團，如五氧化二氮在硝化甲苯中的應用。五氧化二氮作為硝化劑，二氯甲烷作為溶劑可以用來制備NIMMO（3-硝酸酯甲基-3-甲基氧雜環丁烷），NIMMO可以聚合成發射藥配方中的黏合劑PNIMMO（聚3-硝酸酯甲基-3-甲基氧雜環丁烷），反應一般在室溫下幾分鐘內即可完成，因而五氧化二氮被視為綠色硝化劑。
軍事領域
四硝基甲烷的化學式為C(NO2)4，由乙酸酐與五氧化二氮或硝酸作用而制得，它是一種無色油狀液體，不溶于水，揮發性很大。四硝基甲烷的含氧量較多，軍事上可用作高級炸藥和火箭燃料中的氧化劑組分。硝化甘油在現代國防有重要作用，可以用于制作硝酸甘油炸藥。以N2O5為硝化劑，C3H6O2為原料，可以對硝化甘油進行綠色合成，與傳統的硝化甘油方式相比此種方法操作條件更加溫和，也更加安全。
制備方法
氯氣與硝酸銀反應
五氧化二氮可以用氯氣和硝酸銀的反應來制取，該反應可以生成氯化銀沉淀和氧氣、五氧化二氮，反應為
硝酸脫水
五氧化二氮還可以通過五氧化二磷使硝酸脫水來制取，反應為
臭氧與二氧化氮反應
臭氧與二氧化氮反應可以制備五氧化二氮，該反應的反應速率比較快，反應安全簡便，且對環境十分友好，反應為
硝酸鋰與五氟化溴反應
五氟化溴與過量的硝酸鋰作用能生成五氧化二氮，反應如下
其他方法
氮族元素在與氧化合時，能夠形成三氧化二氮或五氧化二氮（氮還可以形成其他氧化物）。
分子結構
晶體硝酸酐具有離子結構，五氧化二氮的晶體為和兩種離子構成，陰離子鍵長為118pm，陽離子鍵長為130~140pm。五氧化二氮具有彎曲的N-O-N基，其鍵角幾乎接近180°。氣相狀態下是以分子的狀態存在。氣態的，或在極低溫度下的五氧化二氮，以及在非極性溶劑中均為共價結構，五氧化二氮分子中主要為sp2雜化，含有6個鍵和2個三原子四電子離域π鍵。因此圖中的四個氧原子（除了中間的氧原子以外）實際上是等價的。
環境危害
大氣中存在的氮氧化物很多，如一氧化氮、二氧化氮、五氧化二氮等，它們是常見的大氣污染物。天然排放的氮氧化物，主要來自土壤和海洋中有機化合物的分解，屬于自然界的氮循環過程，人為活動排放的氮氧化物大部分來自化石燃料的燃燒過程，如汽車、飛機、內燃機及工業的燃燒過程，也來自生產、使用硝酸的過程，如氮肥廠、有機中間體廠、有色及黑色金屬冶煉等。此外，氮氧化物還可以因飛行器在平流層中排放廢氣，逐漸積累，而使其濃度增大。氮氧化物與平流層內的臭氧發生反應生成二氧化氮與氧，二氧化氮與氧原子進一步反應生成一氧化氮與氧氣，打破臭氧平衡，使臭氧濃度降低，導致臭氧層損耗。
安全事宜
危害
五氧化二氮很不穩定，容易分解為氧氣和二氧化氮，二氧化氮能嚴重刺激呼吸系統，引發支氣管哮喘、肺炎、肺水腫等疾病，還能將血液中的血色素硝化，對人體的心、肝、腎、造血組織造成危害。五氧化二氮對上呼吸道和肺泡的刺激性比二氧化氮強。五氧化二氮的毒性與臭氧的存在有密切關系，兩種氣體混合存在時，毒性作用增強。氮氧化物溶解度較小，對粘膜的刺激性也較弱，能達到深部呼吸道，與粘膜上的水作用生成硝酸和亞硝酸，對肺組織會產生劇烈的刺激和腐蝕作用，使肺泡和毛細血管通透性增強，導致肺水腫，毒物吸收進入血液之后，逐步形成亞硝酸鹽和硝酸鹽，可使血管擴張，血壓下降，中樞神經系統受到損害。發生急性中毒時，輕者僅有粘膜刺激癥狀，脫離污染環境數日內便可痊愈，重者出現嗆咳，乏力，胸悶，呼吸困難，肺水腫，高鐵血紅蛋白血癥。另外，五氧化二氮也存在爆炸危險，在迅速加熱時會發生強烈的爆炸。有時也可以看到五氧化二氮在通常保存的條件下發生爆炸的情況。
應對措施
急救
若不慎吸入五氧化二氮，應立即將患者移離現場至空氣新鮮處，去除污染的衣物后立即吸氧，并對密切接觸者觀察24～72小時；及時觀察胸部X線變化及血氣分析；進行對癥治療。
防護措施
制造硝酸、硝酸銨的工廠，應加強通風排毒設施，另外工作人員應當定期維修設備，在大修期間，要加強安全防毒教育及必要的勞動保護措施。工作人員應當嚴格遵守安全操作規程，進入通風不良或含氮氧化物濃度較高的作業環境中檢修時，要配戴好送風式防毒面具，并在他人監護下方可進入作業點。不慎發生泄露時，搶救人員必須穿戴防護用具。患有肺氣腫等疾病者，不宜從事相關作業。
參考資料 >
Nitrogen pentoxide | N2O5 | CID 66242 - PubChem.pubchem.2024-01-29
通過 N2O5 氨解和水解研究微滴中界面反應和本體反應之間競爭的機理.nature.2024-06-03