Question

20．天宫一号于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射，它的发射标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步．天宫一号是由长征二号大推力火箭发射升空的，火箭推进剂是成功发射火箭的重要因素，推进剂的发展经历了一个漫长的过程．
（1）20世纪前，黑火药是世界上唯一的火箭用推进剂，黑火药是由硝酸钾、硫磺、木炭组成，黑火药爆炸的化学方程式：
2KNO₃+S+3C═K₂S+N₂↑+3CO₂↑．
①上述反应中的氧化剂是KNO₃和S；若有0.5mol S参加反应，则转移的电子的物质的量为6mol；
②某化学兴趣小组进行了如下实验：实验一：取适量黑火药溶于水，过滤，将滤液蒸发浓缩，冷却后慢慢加入浓硫酸，将混合液置于试管中并放入铜片，产生大量红棕色气体，写出该反应的离子方程式Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
实验二：取黑火药爆炸后的残留固体，加水溶解过滤，取滤液向其中滴加新制氯水至过量，一开始溶液变浑浊后又变澄清．变浑浊的物质是S（化学式表示）；设计实验方案证明该澄清液中含有Cl^-取少量溶液，加过量硝酸钡溶液，取上层清液，滴入硝酸酸化的硝酸银，若出现白色沉淀，证明有Cl^-．
（2）1947年，研制出第二代聚硫橡胶、高氯酸铵、铝粉复合推进剂．高氯酸铵受撞击会引发剧烈爆炸，其爆炸产物有4种，2种产物是空气中的主要成分，另一种气体产物能使湿润的蓝色石蕊试纸变红，写出该反应的化学方程式4NH₄ClO₄$\frac{\underline{\;碰撞\;}}{\;}$2N₂↑+5O₂↑+4HCl↑+6H₂O；
（3）火箭推进剂一般都含有氮元素，含氮化合物种类丰富，科学家从化肥厂生产的硫酸铵中检出组成为N₄H₄（SO₄）₂的物质，该物质为易溶于水的强电解质，遇烧碱会生成N₄气体，该反应的离子方程式N₄H₄⁴⁺+4OH^-=N₄↑+4H₂O；
另一含氮化合物N₄H₄也是易溶于水的强电解质，和烧碱反应生成能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，而与盐酸反应生成的产物之一具有极强烈的爆炸性，写出该产物爆炸的化学反应方程式2HN₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂↑+3N₂↑．

Answer 1

分析 （1）①该反应中N元素化合价由+5价变为0价、S元素化合价由0价变为-2价、C元素化合价由0价变为+4价，得电子化合价降低的反应物是氧化剂；该反应中只有C是还原剂，根据方程式知，如果有0.5molS参加反应，则有1.5molC参加反应，根据C和转移电子之间关系式计算转移电子物质的量；
②酸性条件下，硝酸根离子具有强氧化性，能氧化Cu生成铜离子，自身被还原生成NO；
氯气具有强氧化性，能氧化硫化钾生成难溶性S单质；氯离子用硝酸酸化的硝酸银溶液检验，向溶液中加入少量硝酸酸化的硝酸银溶液，如果有白色沉淀生成说明有氯离子；
（2）高氯酸铵受撞击会引发剧烈爆炸，其爆炸产物有4种，2种产物是空气中的主要成分为氮气和氧气，另一种气体产物能使湿润的蓝色石蕊试纸变红，为氨气，根据原子守恒知还生成水蒸气；
（3）N₄H₄（SO₄）₂的物质，该物质为易溶于水的强电解质，遇烧碱会生成N₄气体，阳离子结合氢氧根离子生成N₄气体和水．

解答 解：（1）①该反应中N元素化合价由+5价变为0价、S元素化合价由0价变为-2价、C元素化合价由0价变为+4价，得电子化合价降低的反应物是氧化剂，所以KNO₃和S是氧化剂；
该反应中只有C是还原剂，根据方程式知，如果有0.5molS参加反应，则有1.5molC参加反应，根据C和转移电子之间关系式得转移电子物质的量=1.5mol×（4-0）=6mol；
故答案为：KNO₃和S；6；
②酸性条件下，硝酸根离子具有强氧化性，能氧化Cu生成铜离子，自身被还原生成NO，离子方程式为Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
氯气具有强氧化性，能氧化硫化钾生成难溶性S单质，所以溶液变浑浊；氯离子用硝酸酸化的硝酸银溶液检验，向溶液中加入少量硝酸酸化的硝酸银溶液，如果有白色沉淀生成说明有氯离子；
故答案为：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；S；取少量溶液，加过量硝酸钡溶液，取上层清液，滴入硝酸酸化的硝酸银，若出现白色沉淀，证明有Cl^-；
（2）高氯酸铵受撞击会引发剧烈爆炸，其爆炸产物有4种，2种产物是空气中的主要成分为氮气和氧气，另一种气体产物能使湿润的蓝色石蕊试纸变红，为氨气，根据原子守恒知还生成水蒸气，
反应方程式为：4NH₄ClO₄$\frac{\underline{\;碰撞\;}}{\;}$2N₂↑+5O₂↑+4HCl↑+6H₂O，
故答案为：4NH₄ClO₄$\frac{\underline{\;碰撞\;}}{\;}$2N₂↑+5O₂↑+4HCl↑+6H₂O；
（3）N₄H₄（SO₄）₂的物质，该物质为易溶于水的强电解质，遇烧碱会生成N₄气体，阳离子结合氢氧根离子生成N₄气体和水反应的离子方程式为N₄H₄⁴⁺+4OH^-=N₄↑+4H₂O；另一含氮化合物N₄H₄也是易溶于水的强电解质，和烧碱反应生成能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体为氨气，说明N₄H₄中含有NH₄⁺，分析推断结构应为NH₄N₃，而与盐酸反应生成的产物之一具有极强烈的爆炸性，则钙化合物为HN₃气体，依据原子守恒写出该产物爆炸的化学反应方程式为2HN₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂↑+3N₂↑，
故答案为：N₄H₄⁴⁺+4OH^-=N₄↑+4H₂O；2HN₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂↑+3N₂↑．

点评 本题考查氧化还原反应有关计算、反应方程式的书写、离子检验等知识点，为高频考点，明确基本概念、各个物理量之间关系式、氯离子检验方法及实验现象是解本题关键，本题难点是判断反应中产物成分．