Question

20．水合肼（N₂H₄•H₂O）是一種無(wú)色易溶于水的油狀液體，具有堿性和極強(qiáng)的還原性，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛．

（1）目前正在研發(fā)的高能量密度燃料電池車是以水合肼燃料電池作為動(dòng)力來源，電池結(jié)構(gòu)如圖1所示．
①起始時(shí)正極區(qū)與負(fù)極區(qū)NaOH溶液濃度相同，工作一段時(shí)間后，NaOH濃度較大的是正（填“正”或“負(fù)”）極區(qū)．
②該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑．
（2）已知水合肼是二元弱堿（25℃，K₁=5×10^-7，K₂=5×10^-15），0.1mol•L^-1水合肼溶液中四種離子：①H⁺、②OH^-、③N₂H₅⁺、④N₂H₆²⁺的濃度從大到小的順序?yàn)棰冖邰堍伲ㄌ钚蛱?hào)）．
（3）在弱酸性條件下水合肼可處理電鍍廢水，將Cr₂O₇^2-還原為Cr（OH）₃沉淀而除去，水合肼被氧化為N₂，該反應(yīng)的離子方程式為2Cr₂O₇^2-+4H⁺+3N₂H₄•H₂O=4Cr（OH）₃↓+3N₂+5H₂O．
（4）肼是一種優(yōu)良的貯氫材料，其在不同條件下分解方式不同．
①在高溫下，N₂H₄可完全分解為NH₃、N₂及H₂，實(shí)驗(yàn)測(cè)得分解產(chǎn)物中N₂與H₂物質(zhì)的量變化如圖2所示，該分解反應(yīng)方程式為7N₂H₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8NH₃+3N₂+2H₂．
②在303K，NiPt催化下，則發(fā)生N₂H₄（l）?N₂（g）+2H₂（g）．在1L密閉容器中加入0.1mol N₂H₄，測(cè)得容器中$\frac{n（{H}_{2}）+n（{N}_{2}）}{n（N{{\;}_{2}H}_{4}）}$與時(shí)間關(guān)系如圖3所示．則0～4min氮?dú)獾钠骄�速率v（N₂）=0.0125mol•L^-1•min^-1．
（5）碳酰肼（分子式：CH₆N₄O）是由DEC（酯）與N₂H₄發(fā)生取代反應(yīng)得到，已知DEC的分子式為C₅H₁₀O₃，DEC的核磁共振氫譜如圖4所示，則DEC的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為．

Answer 1

分析 （1）①正極是氧氣得電子生成氫氧化根離子，所以正極區(qū)NaOH濃度較大；②負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）已知水合肼是二元弱堿（25℃，K₁=5×10^-7，K₂=5×10^-15），兩步電離都電離產(chǎn)生氫氧根離子，而第一步電離為主；
（3）根據(jù)得失電子守恒配平，其中的水合肼是弱電解質(zhì)用化學(xué)式；
（4）①在高溫下，N₂H₄可完全分解為NH₃、N₂及H₂，所以分解反應(yīng)方程式為：7N₂H₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8NH₃+3N₂+2H₂；
②在303K，NiPt催化下，則發(fā)生N₂H₄（l）?N₂（g）+2H₂（g），設(shè)生成氮?dú)獾牧繛閤mol，則氫氣的量為：2xmol，此時(shí)N₂H₄（l）的物質(zhì)的量為（1-x）mol，根據(jù)4min時(shí)比值為3，求出x的值，然后根v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
（5）C₅H₁₀O₃分子中有兩種氫，且不飽和度為1，所以碳氧雙鍵高度對(duì)稱．

解答 解：（1）①正極是氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，正極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，生成氫氧化根離子，所以正極區(qū)NaOH濃度較大，故答案為：正；
②負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，肼失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成氮?dú)夂退�，電極反應(yīng)式為N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，故答案為：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；
（2）已知水合肼是二元弱堿（25℃，K₁=5×10^-7，K₂=5×10^-15），兩步電離都電離產(chǎn)生氫氧根離子，而第一步電離為主，所以離子的濃度大小為：②OH^-、③N₂H₅⁺、④N₂H₅²⁺、①H⁺，故答案為：②③④①；
（3）根據(jù)得失電子守恒配平，其中的水合肼是弱電解質(zhì)用化學(xué)式，所以離子方程式為：2Cr₂O₇^2-+4H⁺+3N₂H₄•H₂O=4Cr（OH）₃↓+3N₂+5H₂O，
故答案為：2Cr₂O₇^2-+4H⁺+3N₂H₄•H₂O=4Cr（OH）₃↓+3N₂+5H₂O；
（4）①在高溫下，N₂H₄可完全分解為NH₃、N₂及H₂，所以分解反應(yīng)方程式為：7N₂H₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8NH₃+3N₂+2H₂，故答案為：7N₂H₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8NH₃+3N₂+2H₂；
②在303K，NiPt催化下，則發(fā)生N₂H₄（l）?N₂（g）+2H₂（g），設(shè)生成氮?dú)獾牧繛閤mol，則氫氣的量為：2xmol，此時(shí)N₂H₄（l）的物質(zhì)的量為（0.1-x）mol，根據(jù)4min時(shí)比值為3，所以$\frac{3x}{0.1-x}$=3，則x=0.05mol，v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.05mol}{1L×4min}$=0.0125mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.0125mol•L^-1•min^-1；
（5）C₅H₁₀O₃分子中有兩種氫，且不飽和度為1，所以碳氧雙鍵高度對(duì)稱，所以結(jié)構(gòu)式為：，故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電極反應(yīng)式的書寫、離子濃度大小的比較、離子方程式的書寫、圖象問題等，綜合性強(qiáng)，但有一定的難度．