Question

15．聯(lián)氨（N₂H₄），又稱肼，無(wú)色液體）是一種應(yīng)用廣泛的化工原料，可用作火箭材料．
回答下列問(wèn)題：
（1）聯(lián)氨分子的電子式為，其中氮的化合價(jià)為-2價(jià)．
（2）實(shí)驗(yàn)室可用次氯酸鈉溶液與氨反應(yīng)制備聯(lián)氨，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH₃+NaClO═N₂H₄+NaCl+H₂O．
（3）①2O₂（g）+N₂（g）=N₂O₄（l）                  H₁
②N₂（g）+2H₂（g）=N₂H₄（l）                 H₂
③O₂（g）+2H₂（g）=2H₂O（g）                 H₃
④2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）=3N₂（g）+4H₂O（g）   H₄=-1048.9kJ/mol
上述反應(yīng)熱效應(yīng)之間的關(guān)系式為H₄=2△H₃-2△H₂-△H₁，聯(lián)氨和N₂O₄可作為火箭推進(jìn)劑的主要原因?yàn)榉磻?yīng)放熱量大，產(chǎn)生大量氣體．
（4）聯(lián)氨為二元弱堿，在水中的電離方程式與氨相似，聯(lián)氨第一步電離反應(yīng)的平衡常數(shù)值為8.7×10^-7（已知：N₂H₄+H⁺?N₂H₅⁺的K=8.7×10⁷；K_W=1.0×10^-14）．聯(lián)氨與硫酸形成的酸式鹽的化學(xué)式為N₂H₆（HSO₄）₂．
（5）聯(lián)氨是一種常用的還原劑．向裝有少量AgBr的試管中加入聯(lián)氨溶液，觀察到的現(xiàn)象是固體逐漸變黑，并有氣泡產(chǎn)生．聯(lián)氨可用于處理高壓鍋爐水中的氧，防止鍋爐被腐蝕．理論上1kg的聯(lián)氨可除去水中溶解的O₂1kg；與使用Na₂SO₃處理水中溶解的O₂相比，聯(lián)氨的優(yōu)點(diǎn)是N₂H₄的用量少，不產(chǎn)生其他雜質(zhì)（反應(yīng)產(chǎn)物為N₂和H₂O），而Na₂SO₃產(chǎn)生Na₂SO₄．

Answer 1

分析 （1）肼的分子式為N₂H₄，是氮原子和氫原子形成四個(gè)共價(jià)鍵，氮原子和氮原子之間形成一個(gè)共價(jià)鍵形成的共價(jià)化合物，元素化合價(jià)代數(shù)和為0計(jì)算化合價(jià)；
（2）氨氣被次氯酸鈉溶液氧化生成肼，次氯酸鈉被還原生成氯化鈉；
（3）①2O₂（g）+N₂（g）═N₂O₄（l）△H₁
②N₂（g）+2H₂（g）═N₂H₄（l）△H₂
③O₂（g）+2H₂（g）═2H₂O（g）△H₃
依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算③×2-②×2-①得到④2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H₄=-1048.9kJ•mol^-1
（4）聯(lián)氨為二元弱堿，在水中的電離方式與氨相似．聯(lián)氨第一步電離方程式為N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-，平衡常數(shù)K_b=$\frac{C（{N}_{2}{{H}_{5}}^{+}）C（O{H}^{-}）}{C（{N}_{2}{H}_{4}）}$=$\frac{C（{N}_{2}{{H}_{5}}^{+}）C（O{H}^{-}）}{C（{N}_{2}{H}_{4}）}$×$\frac{C（{H}^{+}）}{C（{H}^{+}）}$=K×K_w，由于是二元堿，因此聯(lián)氨與硫酸形成的酸式鹽為N₂H₆（HSO₄）₂；
（5）聯(lián)胺被銀離子氧化，銀離子被還原生成單質(zhì)銀，聯(lián)胺被氧化失電子N₂H₄～N₂-4e^-，O₂～4e^-，依據(jù)守恒計(jì)算判斷，依據(jù)鍋爐的質(zhì)地以及反應(yīng)產(chǎn)物性質(zhì)解答．

解答 解：（1）肼的分子式為N₂H₄，是氮原子和氫原子形成四個(gè)共價(jià)鍵，氮原子和氮原子之間形成一個(gè)共價(jià)鍵形成的共價(jià)化合物，電子式為：，其中氫元素化合價(jià)為+1價(jià)，則氮元素化合價(jià)為-2價(jià)，
故答案為：；-2；
（2）氨氣被次氯酸鈉溶液氧化生成肼，次氯酸鈉被還原生成氯化鈉，結(jié)合原子守恒配平書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NH₃+NaClO═N₂H₄+NaCl+H₂O，
故答案為：2NH₃+NaClO═N₂H₄+NaCl+H₂O；
（3）①2O₂（g）+N₂（g）═N₂O₄（l）△H₁
②N₂（g）+2H₂（g）═N₂H₄（l）△H₂
③O₂（g）+2H₂（g）═2H₂O（g）△H₃
依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算③×2-②×2-①得到④2N₂H₄（l）+N₂O₄（l）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H₄=2△H₃-2△H₂-△H₁，根據(jù)反應(yīng)④可知，聯(lián)氨和N₂O₄反應(yīng)放出大量熱且產(chǎn)生大量氣體，因此可作為火箭推進(jìn)劑，
故答案為：2△H₃-2△H₂-△H₁；反應(yīng)放熱量大，產(chǎn)生大量氣體；
（4）聯(lián)氨為二元弱堿，在水中的電離方式與氨相似．聯(lián)氨第一步電離方程式為N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-，平衡常數(shù)K_b=$\frac{C（{N}_{2}{{H}_{5}}^{+}）C（O{H}^{-}）}{C（{N}_{2}{H}_{4}）}$=$\frac{C（{N}_{2}{{H}_{5}}^{+}）C（O{H}^{-}）}{C（{N}_{2}{H}_{4}）}$×$\frac{C（{H}^{+}）}{C（{H}^{+}）}$=K×K_w=8.7×10⁷×1.0×10^-14=8.7×10^-7，第二步電離方程式為N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-，因此聯(lián)氨與硫酸形成的酸式鹽為N₂H₆（HSO₄）₂，
故答案為：8.7×10^-7；N₂H₆（HSO₄）₂；
（5）聯(lián)胺被銀離子氧化，銀離子被還原生成單質(zhì)銀，-2價(jià)的N元素被氧化為N₂，反應(yīng)方程式為：N₂H₄+4AgBr=4Ag↓+N₂↑+4HBr，因此反應(yīng)出現(xiàn)現(xiàn)象為：固體逐漸變黑，并有氣泡產(chǎn)生，由于肼的氧化產(chǎn)物是氮?dú)�，不�?huì)對(duì)鍋爐造成腐蝕，而亞硫酸鈉被氧化產(chǎn)物為硫酸鈉，易生成硫酸鹽沉淀影響鍋爐的安全使用，聯(lián)胺被氧化失電子N₂H₄→N₂失去4e^-，O₂→O^2-得到4e^-，聯(lián)胺和氧氣摩爾質(zhì)量都是32g/mol，則等質(zhì)量聯(lián)胺和氧氣物質(zhì)的量相同，理論上1kg的聯(lián)氨可除去水中溶解的O₂1kg，與使用Na₂SO₃處理水中溶解的O₂相比，聯(lián)氨的優(yōu)點(diǎn)是用量少，不產(chǎn)生其他雜質(zhì)（反應(yīng)產(chǎn)物為N₂和H₂O），而Na₂SO₃產(chǎn)生Na₂SO₄，
故答案為：固體逐漸變黑，并有氣泡產(chǎn)生；1；N₂H₄的用量少，不產(chǎn)生其他雜質(zhì)（反應(yīng)產(chǎn)物為N₂和H₂O），而Na₂SO₃產(chǎn)生Na₂SO₄．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了氮及其化合物性質(zhì)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用、平衡常數(shù)的計(jì)算方法，主要是氧化還原反應(yīng)的計(jì)算及其產(chǎn)物的判斷，題目難度中等．