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四氧化二氮，分子式为N2O4，无色的气体，强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。剧毒，且有腐蚀性。易分解为二氧化氮为红棕色的气体，具有神经麻醉的毒性。
N2O4是由二氧化氮叠合而成。其固体和液体及气体均无色。随着温度升高,二氧化氮增多,颜色加深,由褐色到赤红色。在大气压下,N2O4的沸点为21.2℃,熔点-11.2℃。液体N2O4的密度在-10℃时为1.512kg/m3。由于N2O4的分子成对称结构,故较为稳定。溶于水、二硫化碳等。但其与水只是有限的互溶。0℃时,有含量为47%和98%(质量)的两层液体,掺和的临界温度为67℃,此时不再分层,液体中N2O4的含量为89%(质量)。易与水反应生成等摩尔硝酸和亚硝酸混合物。当温度升高,亚硝酸分解为硝酸和氧化氮。是强氧化剂。其与氨混合,在低温下发生爆炸。N2O4与许多有机溶剂如酯、醚、酮、腈形成分子加合物。液体N2O4腐蚀某些金属(碱金属、碱土金属、锌、镉和汞等),生成金属盐,放出一氧化氮。
四氧化二氮与二氧化氮按下面的方程式相互转化：
N2O4 ==2NO2 （可逆） 当温度升高时，反应向生成二氧化氮的方向进行；所以实际上四氧化二氮成品都是与二氧化氮的平衡态混合物。四氧化二氮与水反应生成硝酸和亚硝酸： N2O4 + H2O ==HNO2 + HNO3 工业上制取四氧化二氮的方法是氨的催化氧化。
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