Question

12．N₂H₄（肼）可作用制藥的原料，也可作火箭的燃料．
（1）肼能與酸反應(yīng)．N₂H₆C1₂溶液呈弱酸性，在水中存在如下反應(yīng)：
①N₂H₆²⁺+H₂O?N₂H₅⁺+H₃O⁺平衡常數(shù)K₁
②N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₄+H₃O⁺平衡常數(shù)K₂
相同溫度下，K₁＞K₂，其主要原因有兩個(gè)：
①電荷因素，N₂H₅⁺水解程度小于N₂H₆²⁺；
②第一步水解生成H₃O⁺對(duì)第二步水解有抑制作用；
（2）工業(yè)上，可用次氯酸鈉與氨反應(yīng)制備肼，副產(chǎn)物對(duì)環(huán)境友好，該反應(yīng)化學(xué)方程式是2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O．
（3）氣態(tài)肼在催化劑作用下分解只產(chǎn)生兩種氣體，其中一種氣體能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)色．在 密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，平衡體系中肼的體積分?jǐn)?shù)與溫度關(guān)系如圖1所示．


①P₂＞P₁（填：＜、＞或=，下同）．
②反應(yīng)I：N₂H₄（g）?N₂（g）+4NH₃（g）△H₁；
反應(yīng)II：N₂（g）+3H₂（g）?△2NH₃（g）△H₂．
△H₁＞△H₂
7N₂H₄（g）?8NH₃（g）+3N₂（g）+2H₂（g）△H
△H=$\frac{7}{3}△{H}_{1}-\frac{2}{3}△{H}_{2}$（用△H₁、△H₂表示）．
③向1L恒容密閉容器中充入0.1mol N₂H₄，在30℃、Ni-Pt催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g），測(cè)得混合物體系中（只含N₂、H₂、N₂H₄），n（N₂）+n（H₂）/n（N₂H₄）（用y表示）與時(shí)間的關(guān)系如圖2所示．
4分鐘時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡，0～4.0min時(shí)間內(nèi)H₂的平均生成速率v（H₂）=0.025mol/（L•min）．
（4）肼還可以制備肼-堿性燃料電池，氧化產(chǎn)物為穩(wěn)定的對(duì)環(huán)境友好的物質(zhì)．該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O；若以肼-氧氣堿性燃料電池為電源，以NiSO₄溶液為電鍍液，在金屬器具上鍍鎳，開(kāi)始兩極質(zhì)量相等，當(dāng)兩極質(zhì)量之差為1.174g時(shí)，燃料電池中內(nèi)電路至少有0.02mol OH^-遷移通過(guò)陰離子交換膜．

Answer 1

分析 （1）②考慮多元弱酸分步電離時(shí)，一級(jí)電離程度大于二級(jí)電離，且一級(jí)電離出H⁺，抑制二級(jí)電離出H⁺；
（2）工業(yè)上，可用次氯酸鈉與氨反應(yīng)制備肼，副產(chǎn)物對(duì)環(huán)境友好，反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，注意配平，據(jù)此寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式；
（3）①氣態(tài)肼在催化劑作用下分解只產(chǎn)生兩種氣體，其中一種氣體能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)色，可推斷兩種氣體分別為N₂和NH₃，反應(yīng)方程式為：3N₂H₄$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4NH₃，反應(yīng)為氣體數(shù)增多的反應(yīng)，隨著反應(yīng)進(jìn)行，體系壓強(qiáng)增大，減小壓強(qiáng)有利于化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，據(jù)此判斷；
②根據(jù)圖1分析3N₂H₄$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4NH₃的焓變情況，結(jié)合蓋斯定律，據(jù)此判斷；
③根據(jù)圖象計(jì)算平衡時(shí)H₂的物質(zhì)的量，則0～4.0min時(shí)間內(nèi)H₂的平均生成速率v（H₂）=$\frac{△n}{V△t}$，據(jù)此計(jì)算；
（4）原電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是物質(zhì)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，肼可被氧化為穩(wěn)定的對(duì)環(huán)境友好的物質(zhì)，則為N₂，考慮到是堿性環(huán)境下，根據(jù)電荷守恒，產(chǎn)物中OH^-應(yīng)參與反應(yīng)，生成H₂O，據(jù)此寫(xiě)出電池負(fù)極的電極反應(yīng)式，根據(jù)電子得失守恒計(jì)算．

解答 解：（1）②考慮多元弱酸分步電離時(shí)，一級(jí)電離程度大于二級(jí)電離，且一級(jí)電離出H⁺，抑制二級(jí)電離出H⁺，
則相同溫度下，K₁＞K₂的主要原因還有：第一步水解生成H₃O⁺對(duì)第二步水解有抑制作用，
故答案為：第一步水解生成H₃O⁺對(duì)第二步水解有抑制作用；
（2）工業(yè)上，可用次氯酸鈉與氨反應(yīng)制備肼，副產(chǎn)物對(duì)環(huán)境友好，反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，這反應(yīng)的離子方程式為：2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O，
故答案為：2NH₃+NaClO=N₂H₄+NaCl+H₂O；
（3）①氣態(tài)肼在催化劑作用下分解只產(chǎn)生兩種氣體，其中一種氣體能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)色，可推斷兩種氣體分別為N₂和NH₃，反應(yīng)方程式為：3N₂H₄$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4NH₃，反應(yīng)為氣體數(shù)增多的反應(yīng)，隨著反應(yīng)進(jìn)行，體系壓強(qiáng)增大，減小壓強(qiáng)有利于化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，因此可以表述為同溫度下，較大的壓強(qiáng)對(duì)應(yīng)著較小的反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率，則NH₃的體積分?jǐn)?shù)就小，根據(jù)圖象，壓強(qiáng)大小關(guān)系為：p₂＞p₁，
故答案為：＞；
②根據(jù)圖1，當(dāng)壓強(qiáng)相同時(shí)，隨著溫度升高，平衡時(shí)NH₃的體積分?jǐn)?shù)降低，表明升高溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則反應(yīng)3N₂H₄$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$N₂+4NH₃ △H＜0，則反應(yīng)I的△H₁＜0，反應(yīng)I-2×反應(yīng)II可以得到：3N₂H₄?4N₂+6H₂，這是分解反應(yīng)，反應(yīng)吸熱，根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)焓變=△H₁-2△H₂＞0，則△H₁＞△H₂，
所求反應(yīng)為7N₂H₄（g）?8NH₃（g）+3N₂（g）+2H₂（g），該反應(yīng)可由$\frac{7}{7}×反應(yīng)I-\frac{2}{3}反應(yīng)II$得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)的焓變?yōu)椤鱄=$\frac{7}{3}$△H₁-$\frac{2}{3}$△H₂，
故答案為：＞；$\frac{7}{3}$△H₁-$\frac{2}{3}$△H₂；
③反應(yīng)為：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g），4min時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，根據(jù)圖2，此時(shí)$y=\frac{n（{N}_{2}）+n（{H}_{2}）}{n（{N}_{2}{H}_{4}）}$=3，根據(jù)反應(yīng)關(guān)系，平衡時(shí)存在n（H₂）=2n（N₂），所以平衡時(shí)n（N₂）=n（N₂H₄），根據(jù)物料守恒，n（N₂）+n（N₂H₄）=0.1mol，因此平衡時(shí)，n（H₂）=0.1mol，達(dá)到平衡時(shí)，H₂的物質(zhì)的量改變量為△n=0.1mol，容器體積為1L，反應(yīng)經(jīng)歷時(shí)間為△t=4min，則0～4.0min時(shí)間內(nèi)H₂的平均生成速率v（H₂）=$\frac{△n}{V△t}$=$\frac{0.1mol}{1L×4min}$=0.025mol/（L•min），
故答案為：0.025mol/（L•min）；
（4）原電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是物質(zhì)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，肼可被氧化為穩(wěn)定的對(duì)環(huán)境友好的物質(zhì)，則為N₂，考慮到是堿性環(huán)境下，根據(jù)電荷守恒，產(chǎn)物中OH^-應(yīng)參與反應(yīng)，生成H₂O，則該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O，
若以肼-氧氣堿性燃料電池為電源，以NiSO₄溶液為電鍍液，在金屬器具上鍍鎳，則陰極的電極反應(yīng)應(yīng)為：Ni²⁺+2e^-=Ni，陽(yáng)極的電極反應(yīng)為：Ni-2e^-=Ni²⁺，設(shè)電解反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為xmol，開(kāi)始兩極質(zhì)量相等，當(dāng)兩極質(zhì)量之差為1.174g時(shí)，建立關(guān)系：$\frac{1}{2}x×59-（-\frac{1}{2}x×59）=1.174$，解得x=0.02，根據(jù)電子得失守恒，則燃料電池中內(nèi)電路至少有0.02molOH^-轉(zhuǎn)移，
故答案為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O；0.02．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查化學(xué)原理部分知識(shí)，涉及到弱電解質(zhì)的電離平衡，氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)和配平，化學(xué)平衡的移動(dòng)，蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算，電化學(xué)原理，電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，注意電子轉(zhuǎn)移守恒的應(yīng)用，題目考查綜合能力，易錯(cuò)點(diǎn)為（4）的第二問(wèn)，需要明確電鍍反應(yīng)的電極反應(yīng)式，題目難度中等．