题目内容
【题目】当氨分子中的三个氢原子依次被其它原子或基团取代时，所形成的化合物叫做氨的衍生物。主要有N2H4(肼)、HN3(叠氮化氢，溶于水称为叠氮酸)、NH2OH(羟胺)。水合肼(N2H4·H2O)是制备叠氮化钠(NaN3)的原料，而叠氮化钠又是汽车安全气囊最理想的气体发生剂的原料。下面是工业水合肼法制备叠氮化钠的工艺流程。
资料：①水合肼有毒且不稳定，具有强还原性和强碱性；
②有关物质的物理性质如下表：
物质 | 甲醇 | 水合肼 | 亚硝酸甲酯 | 叠氮化钠 |
熔点(℃) | -97 | -40 | -17 | 275(410℃：易分解) |
沸点(℃) | 64.7 | 118.5 | -12 | — |
回答下列问题：
I.合成水合肼。实验室合成水合肼装置如下图所示，NaClO碱性溶液与尿素CO(NH2)2水溶液在400C以下反应一段时间后，再迅速升温至1100℃继续反应可以制得水合肼。
(1)实验中通过滴液漏斗向三颈瓶中缓慢滴加NaClO碱性溶液，不能反向滴加的原因是______________；制取N2H4H2O的离子方程式为_______________________。
II.制备叠氮化钠。实验室可利用下图中所示的装置及药品制备叠氮化钠。
(2)①根据实验发现温度在20℃左右反应的转化率最高，因此可釆取的措施是_______________；流程中蒸馏A溶液时，装置中旋塞K1、K2、K3的开关情况是_______________________。
②写出该方法制备叠氮化钠的化学方程式：________________________。
(3)流程中由B溶液获得叠氮化钠产品的实验步骤为____________________，减压过滤，晶体用乙醇洗涤23次后，干燥。
(4)化工生产中，多余的叠氮化钠常使用次氯酸钠溶液处理，在酸性条件下，二者反应可生成无毒的气体。若处理6.5gNaN3，理论上需加入0.5molL的NaClO溶液_____________mL。
III.羟胺(NH2OH)是一种还原剂，可以通过下列过程得到：乙烯和N2O4气体混合后，光照，发生加成反应，得到化合物A。A结构对称，所有相同元素的原子化学环境相同。A在某浓度的硫酸溶液中回馏，可得到化合物B，同时得到CO和CO2组成的混合气体(相对氢气密度为18)。经分析，B为不含碳元素的硫酸盐，其硫和氧元素的质量分数分别为19.51%和58.54%。若将A换成CH3CH2NO2进行类似的反应，也能得到B，但没有气体放出。B在液氨中即得到NH2OH。
(5)NH2OH具有弱碱性，可与酸反应生成盐，该盐阳离子的电子式为_______________。
(6)写出A→B的化学方程式________________________。
【答案】防止过量的NaClO溶液氧化水合肼 ClO+CO(NH2)2+2OH=Cl+N2H4H2O+CO32 20℃冷水浴或缓慢通入气体等 关闭K1、K2，打开K3 CH3ONO+N2H4H2O+NaOH═CH3OH+NaN3+3H2O 蒸发结晶 100 
CH2NO2CH2NO2+H2SO4→CO+CO2+(NH3OH)2SO4
【解析】
实验室合成水合肼装置如下图所示，NaClO碱性溶液与尿素CO(NH2)2水溶液在400℃以下反应一段时间后，再迅速升温至1100℃继续反应可以制得水合肼，发生反应的离子方程式为：ClO+CO(NH2)2+2OH=Cl+N2H4H2O+CO32；NaNO2溶液与CH3OH在硫酸作用下发生反应2CH3OH+2NaNO2+H2SO4(浓)=2CH3ONO+Na2SO4+2H2O生成亚硝酸甲酯(CH3ONO)，亚硝酸甲酯(CH3ONO)与氢氧化钠水合肼混合液反应生成甲醇和叠氮化钠，反应方程式为：CH3ONO+N2H4H2O+NaOH═CH3OH+NaN3+3H2O；结合甲醇和叠氮化钠的熔沸点不同，利用蒸馏的方法分离出甲醇和叠氮化钠，则B溶液为叠氮化钠溶液，最后进行结晶、抽滤、洗涤、干燥获得产品叠氮化钠，据此分析解答I、II。
III．乙烯和N2O4气体混合后，光照，发生加成反应生成A，A的结构对称，所有相同元素的原子化学环境相同，则发生反应为：CH2=CH2+ N2O4→CH2NO2CH2NO2，得到化合物A为CH2NO2-CH2NO2；A在某浓度的硫酸溶液中回馏，可得到化合物B，同时得到CO和CO2组成的混合气体(相对氢气密度为18)，则混合和气体的平均相对分子质量为18×2=36，利用十字相乘法，
，则
，经分析，B为不含碳元素的硫酸盐，其硫和氧元素的质量分数分别为19.51%和58.54%，设B中含有S原子个数为x，O原子个数为y， B的摩尔质量为M，则
×100%=19.51%，
×100%=58.54%，两式相除可得：
=
，即B中含有1个S原子时，O原子为6，硫酸根中硫与氧的原子个数比为1：4，说明阳离子结构中含有氧， B的相对分子质量M=
=164，因为NH2OH具有弱碱性，可结合H+得到NH3OH+，则B应为(NH3OH)2SO4，(NH3OH)2SO4在液氨中反应得到NH2OH和NH4+；若将A换成CH3CH2NO2进行类似的反应，也能得到B，但没有气体放出，反应方程式为CH3CH2NO2+ H2SO4→(NH3OH)2SO4+C4H6O2，据此分析解答。
I．(1)根据资料信息，水合肼有毒且不稳定，具有强还原性和强碱性，NaClO具有强氧化性，能氧化水合肼，为防止过量的NaClO氧化水合肼，不能反向滴加；NaClO、CO(NH2)2在碱性条件下反应生成水合肼、氯离子和碳酸根离子，离子方程式ClO+CO(NH2)2+2OH=Cl+N2H4H2O+CO32；
II．(2)①根据实验发现温度在20℃左右反应的转化率最高，但是该反应属于放热反应，因此可以采取的措施是：20℃冷水浴或缓慢通入气体等；流程中蒸馏A溶液时，溶液A进行蒸馏的合理操作顺序是：关闭K1、K2，打开K3；
②根据分析可知，制备叠氮化钠的化学方程式：CH3ONO+N2H4H2O+NaOH═CH3OH+NaN3+3H2O；
(3)流程中由B溶液获得叠氮化钠产品的实验步骤为蒸发结晶，减压过滤，晶体用乙醇洗涤23次后，干燥；
(4)根据描述，NaN3应该被氧化为无毒的N2，同时ClO被还原为Cl，因此每个NaN3在反应中需要失去1个电子，每个ClO在反应中可以得到2个电子，二者的物质的量之比为2:1 ，则发生的反应为：ClO+2N3-+2H+= Cl+3N2↑+H2O，NaN3的物质的量n=
=0.1mol，则需要ClO的物质的量为0.05mol，因此需要次氯酸钠溶液体积V=
=0.1L=100mL；
III．(5)羟胺(NH2OH)是氨的衍生物，可以看做氨气中的一个氢原子被羟基取代后形成的物质，NH2OH具有弱碱性，类比氨气与HCl生成NH4Cl的反应，则羟胺(NH2OH)可与酸反应生成离子化合物HONH3Cl，则离子化合物NH3OHCl由[NH3HO]+和Cl-构成，该盐阳离子的电子式为；
(6)由题意，A在某浓度的硫酸溶液中回馏，可得到化合物B，生成的CO和CO2的物质的量之比，反应方程式为：CH2NO2CH2NO2+H2SO4→CO+CO2+(NH3OH)2SO4。
