Question

15．氮元素是地球大气中含量最多的元素．
（1）氮元素和碳元素一样也存在一系列氢化物并有广泛应用．例如：NH₃、N₂H₄、N₃H₅、N₄H₆…．
①写出该系列氢化物的通式：NnHn+2（n≥2）．
②N₄H₅Cl的同分异构体有3 种．
（2）NH₃、OH^-、H₂O结合质子（H⁺）的能力由强到弱的顺序是OH^-＞NH₃＞H₂O，其理由用两个反应的离子方程式表示为NH₄⁺+OH^-=NH₃+H₂O和NH₃+H₃O⁺=NH₄⁺+H₂O．
（3）在碱性介质中，用N₂H₄与NO₂可组合制成燃料电池，产物中无污染物，试写出该电池正极的电极反应式4H₂O+2NO₂+8e^-=N₂+8OH^-．
（4）①CaCO₃和适量稀HNO₃溶液反应时，每产生4.4g气体（不考虑气体溶解），放热akJ，则该反应的热化学方程式为CaCO_3（s）+2HNO_3（aq）=Ca（NO₃）_2（aq）+H₂O_（l）+CO_2（g）△H=-10a kJ/mol
②上述反应至无气泡逸出后，取适量残留溶液，插入pH传感器并逐滴滴入碳酸钠溶液，测得pH变化曲线如图所示．

请用离子方程式表示B-C段发生的反应：Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓．

Answer 1

分析 （1）①根据氮原子和氢原子个数之间的关系确定氢化物的通式；
②N₄H₆的同分异构分子中氢原子相同、NH₂-NH-NH-NH₂，分子中两种氢原子，一氯代物有三种结构说明有机物中含有三种类型的氢原子；
（2）对应的碱越强，则得到质子的能力越强；
（3）用N₂H₄与NO₂可组合制成燃料电池，产物中无污染物，即为氮气和水，原电池的正极上发生得电子的还原反应；
（4）①每产生4.4g 气体（不考虑气体溶解），放热a kJ，每产生44g 气体（不考虑气体溶解），放热10a kJ；
②上述反应至无气泡逸出后，取适量残留溶液，含氯化钙，逐滴滴入碳酸钠溶液，由B-C段pH=7，可知反应生成碳酸钙沉淀和NaCl．

解答 解：（1）①根据氮原子和氢原子个数之间的关系：氢原子个数比氮原子个数多2，所以通式表示为：NnHn+2（n≥2），故答案为：NnHn+2（n≥2）；
②依据氮原子连接方式不同得到不同的结构，N₄H₆的同分异构分子中氢原子相同、NH₂-NH-NH-NH₂，分子中两种氢原子，则N₄H₅Cl的同分异构体有3种
故答案为：3；
（2）微粒在溶液中的碱性为：OH^-＞NH₃＞H₂O，则碱性越强得到质子的能力越强，则结合质子能力：OH^-＞NH₃＞H₂O，理由用两个反应的离子方程式表示为NH₄⁺+OH^-=NH₃+H₂O，NH₃+H₃O⁺=NH₄⁺+H₂O，
故答案为：OH^-＞NH₃＞H₂O，NH₃+H₃O⁺=NH₄⁺+H₂O；
（3）用N₂H₄与NO₂可组合制成燃料电池，产物中无污染物，即为氮气和水，二氧化氮中氮元素化合价降低，在原电池的正极上时二氧化氮发生得电子的还原反应：4H₂O+2NO₂+8e^-=N₂+8OH^-，故答案为：4H₂O+2NO₂+8e^-=N₂+8OH^-；
（4）①每产生4.4g 气体（不考虑气体溶解），放热a kJ，每产生44g 气体（不考虑气体溶解），放热10a kJ，热化学方程式为：CaCO_3（s）+2HNO_3（aq）=Ca（NO₃）_2（aq）+H₂O_（l）+CO_2（g）△H=-10a kJ/mol
故答案为：CaCO_3（s）+2HNO_3（aq）=Ca（NO₃）_2（aq）+H₂O_（l）+CO_2（g）△H=-10a kJ/mol；
②上述反应至无气泡逸出后，取适量残留溶液，含氯化钙，逐滴滴入碳酸钠溶液，由B-C段pH=7，可知反应生成碳酸钙沉淀和NaCl，离子反应为Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓，故答案为：Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓．

点评 本题考查较综合，涉及元素周期表的结构及应用、结合质子能力的比较及应用、原电池原理分析、离子反应及图象分析等，注重高频考点的考查，题目难度中等．