Question

17．發(fā)射航天火箭常用氮的氫化物肼（N₂H₄）作燃料．試回答下列有關(guān)問題：
（1）寫出N₂的電子式
（2）液態(tài)NH₃類似H₂O，也能微弱電離且產(chǎn)生電子數(shù)相同的兩種離子，則液態(tài)NH₃電離方程式為2NH₃?NH₄⁺+NH₂^-．
（3）25℃時(shí)，0.1mol•L^-1 NH₄NO₃溶液中水的電離程度大于 （填“大于”、“等于“或“小于”）0.1mol•L^-l NaOH溶液中水的電離程度．若將0.1mol•L^-1NaOH和0.2mol•L^-1NH₄NO₃兩溶液等體積混合，所得溶液中離子濃度由大到小的順序?yàn)閏（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．
（4）在結(jié)構(gòu)上N₂H₄和NH₃的關(guān)系有如H₂O₂和H₂O的關(guān)系．N₂H₄能發(fā)生下列反應(yīng)：
N₂H₄+H₃O⁺═N₂H₅⁺+H₂O    N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-
N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-   N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₄+H₃O⁺
據(jù)此可得出的結(jié)論是C．
A．肼水解顯酸性    B．肼在水中電離出H⁺離子C．肼是二元弱堿D．肼是二元弱酸
（5）發(fā)射火箭時(shí)肼（N₂H₄）為燃料，雙氧水作氧化劑，兩者反應(yīng)生成氮?dú)夂蜌鈶B(tài)水．已知3.2gN₂H₄（l）在上述反應(yīng)中放出64.22kJ的熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-642.2kJ•mol^-1．
因此肼可以作為火箭推進(jìn)劑．根據(jù)該反應(yīng)，你認(rèn)為是否可以通過改變反應(yīng)條件，由N₂和水來制取N₂H₄，若能，指出可能的反應(yīng)條件；若不能，請(qǐng)指出原因．不能，由于該反應(yīng)放出大量的熱，其逆反應(yīng)需要吸收大量的熱，即逆反應(yīng)的△H是很大的正值，且由N₂和水蒸氣生成肼和雙氧水是熵減小的，因此反應(yīng)：N₂（g）+4H₂O（g）=N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）的△H-T△S總是大于零，說明該反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，故不能用N₂和水來制取N₂H₄．

Answer 1

分析 （1）氮?dú)夥肿又写嬖诘�氮三鍵，氮原子最外層為8電子；
（2）根據(jù)水的電離方程式書寫液態(tài)NH₃電離方程式；
（3）根據(jù)硝酸銨溶液中銨離子水解促進(jìn)了水的電離，氫氧化鈉溶液中氫氧根離子抑制了水的電離判斷；
由于是等體積混合，反應(yīng)后的溶液可以看做是0.05mol•L^-1NH₄NO₃、0.05mol•L^-1NH₃•H₂O、0.05mol•L^-1NaNO₃，然后根據(jù)溶液顯示堿性判斷溶液中各離子濃度大小關(guān)系；
（4）依據(jù)四個(gè)反應(yīng)的特征，從結(jié)合氫離子，結(jié)合水中的氫分析判斷；
（5）3.2g 液態(tài)肼和足量雙氧水反應(yīng)生成氮?dú)夂退�蒸氣時(shí)放出64.22kJ的熱量，1mol液態(tài)肼放出的熱量為64.22kJ×$\frac{1mol}{\frac{3.2g}{32g/mol}}$=642.3kJ，結(jié)合熱化學(xué)方程式書寫原則進(jìn)行書寫；根據(jù)題中信息可知，該反應(yīng)的逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，即△H＞0，且熵減小，屬于不自發(fā)反應(yīng)，故不能用氮?dú)夂退畞碇迫‰拢?/p>

解答 解：（1）N₂中存在氮氮三鍵，氮原子最外層達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，氮?dú)獾碾娮邮綖?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic3/quiz/images/201405/101/7431422a.png" style="vertical-align:middle" />，故答案為：；
（2）液態(tài)NH₃類似H₂O，也能微弱電離且產(chǎn)生電子數(shù)相同的兩種離子，根據(jù)水的電離方程式書寫液態(tài)NH₃電離方程式為：2NH₃?NH₄⁺+NH₂^-；
故答案為：2NH₃?NH₄⁺+NH₂^-；
（3）硝酸銨溶液中，應(yīng)用銨離子結(jié)合水電離的氫氧根離子，促進(jìn)了水的電離，而氫氧化鈉溶液中氫氧根離子抑制了水的電離，所以硝酸銨溶液中水的電離程度大于氫氧化鈉溶液中水的電離程度，
由于是等體積混合，反應(yīng)后的溶液可以看做是0.05mol•L^-1NH₄NO₃、0.05mol•L^-1NH₃•H₂O、0.05mol•L^-1NaNO₃，溶液呈堿性，所以溶液中離子濃度關(guān)系為：c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：大于；c（NO₃^-）＞c（NH₄⁺）＞c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（4）A、依據(jù)反應(yīng)N₂H₄+H₃O⁺═N₂H₅⁺+H₂O 實(shí)質(zhì)是肼結(jié)合氫離子反應(yīng)證明肼具有堿性，故A錯(cuò)誤；
B、依據(jù)反應(yīng)N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-，N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-說明肼結(jié)合水中的氫離子發(fā)生了電離生成了氫氧根離子，故B錯(cuò)誤；
C、肼結(jié)合水中的氫離子發(fā)生了電離生成了氫氧根離子，溶液顯堿性且能發(fā)生兩步電離，證明肼是二元弱堿，故C正確；
D、肼分子結(jié)合水中的氫離子發(fā)生了電離生成了氫氧根離子，屬于二元堿，故D錯(cuò)誤；
故答案為：C；
（5）3.2g 液態(tài)肼和足量雙氧水反應(yīng)生成氮?dú)夂退�蒸氣時(shí)放出64.22kJ的熱量，1mol液態(tài)肼放出的熱量為64.22kJ×$\frac{1mol}{\frac{3.2g}{32g/mol}}$=642.3kJ，結(jié)合熱化學(xué)方程式書寫原則進(jìn)行書寫得到熱化學(xué)方程式為：N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-642.2kJ•mol^-1，由于H₄（l）+2H₂O₂（l）═N₂（g）+4H₂O（g）△H=-642.2kJ•mol^-1反應(yīng)是放熱反應(yīng)，氮?dú)夂退�蒸氣來制取肼是吸熱反�?yīng)，即△H＞0，且熵減小，△H-T△S總是大于零屬于不自發(fā)反應(yīng)，故不能用氮?dú)夂退畞碇迫‰拢?br />故答案為：N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-642.2kJ•mol^-1；不能，由于該反應(yīng)放出大量的熱，其逆反應(yīng)需要吸收大量的熱，即逆反應(yīng)的△H是很大的正值，且由N₂和水蒸氣生成肼和雙氧水是熵減小的，因此反應(yīng)：N₂（g）+4H₂O（g）=N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）的△H-T△S總是大于零，說明該反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，故不能用N₂和水來制取N₂H₄．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了氮的化合物性質(zhì)、熱化學(xué)方程式書寫、反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)，涉及知識(shí)點(diǎn)較多，是一道綜合性較大的題目，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，題目難度中等．