Question

3．某二元化合物甲有刺鼻气味，极易被水和酸吸收，是一类重要的火箭燃料．将3.20g甲加热至完全分解，得到一种常见的气体单质和4.48L的H₂（已折算成标准状况）；已知甲分子内各原子均达到稳定结构．工业上用尿素[CO（NH₂）₂]投料到按一定比例混合的NaClO与NaOH混合溶液中反应可制得甲，同时得到副产品碳酸钠等物质．
（1）写出甲的分子式N₂H₄．
（2）适量氯气通入NaOH溶液中可以得到上述混合溶液，写出该反应的离子反应方程式：Cl₂+2OH^-=ClO^-+Cl^-+H₂O．
（3）工业上常用甲使锅炉内壁的铁锈转化为结构较致密的磁性氧化铁（Fe₃O₄），以减慢锅炉内壁的锈蚀．其化学方程式为N₂H₄+6Fe₂O₃=N₂↑+4Fe₃O₄+2H₂O．
（4）已知：Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O．
①甲与新制Cu（OH）₂之间能发生反应，从氧化还原反应的角度说明其合理性N₂H₄中N元素为-2价，处于较低价态具有还原性，而Cu（OH）₂中Cu元素为+2价，处于最高价态，具有氧化性；．
②甲与新制Cu（OH）₂充分反应，有红色固体乙生成，写出乙的成分Cu或Cu、Cu₂O或Cu₂O（写出所有可能），请设计实验方案检验乙的成分取红色固体乙ag，加入足量稀硫酸充分反应后，过滤、洗涤、干燥、称量的bg沉淀，通过a、b的数量关系判断即可，若a=b，固体乙的成分是Cu；若$\frac{64a}{144}$=b，固体乙的成分是Cu₂O，若$\frac{64a}{144}$＜b＜a，固体乙的成分是Cu和Cu₂O．

Answer 1

分析 甲加热至完全分解，得到一种常见的气体单质和4.48L的H₂（已折算成标准状况），则甲中含有H元素，工业上用尿素[CO（NH₂）₂]投料到按一定比例混合的NaClO与NaOH混合溶液中反应可制得甲，同时得到副产品碳酸钠等物质，根据元素守恒可知甲中含有N元素，综上可知，甲中含有N和H两种元素，n（H₂）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，则m（H）=0.2mol×2×1g/mol=0.4g，则3.20g甲中含有m（N）=3.20g-0.4g=2.8g，n（N）=$\frac{2.8g}{14g/mol}$=0.2mol，所以n（N）：n（H）=0.2mol：0.4mol=1：2，甲分子内各原子均达到稳定结构，可知甲为N₂H₄．

解答 解：甲加热至完全分解，得到一种常见的气体单质和4.48L的H₂（已折算成标准状况），则甲中含有H元素，工业上用尿素[CO（NH₂）₂]投料到按一定比例混合的NaClO与NaOH混合溶液中反应可制得甲，同时得到副产品碳酸钠等物质，根据元素守恒可知甲中含有N元素，综上可知，甲中含有N和H两种元素，n（H₂）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，则m（H）=0.2mol×2×1g/mol=0.4g，则3.20g甲中含有m（N）=3.20g-0.4g=2.8g，n（N）=$\frac{2.8g}{14g/mol}$=0.2mol，所以n（N）：n（H）=0.2mol：0.4mol=1：2，甲分子内各原子均达到稳定结构，可知甲为N₂H₄．
（1）甲的分子式为：N₂H₄，故答案为：N₂H₄；
（2）适量氯气通入NaOH溶液中可以得到上述混合溶液，该反应的离子反应方程式：Cl₂+2OH^-=ClO^-+Cl^-+H₂O，
故答案为：Cl₂+2OH^-=ClO^-+Cl^-+H₂O；
（3）工业上常用甲使锅炉内壁的铁锈转化为结构较致密的磁性氧化铁（Fe₃O₄），以减慢锅炉内壁的锈蚀，Fe元素化合价降低，则N元素被氧化生成氮气，其化学方程式为：N₂H₄+6Fe₂O₃=N₂↑+4Fe₃O₄+2H₂O，
故答案为：N₂H₄+6Fe₂O₃=N₂↑+4Fe₃O₄+2H₂O；
（4）已知：Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O．
①N₂H₄中N元素为-2价，处于较低价态具有还原性，而Cu（OH）₂中Cu元素为+2价，处于最高价态，具有氧化性，甲与新制Cu（OH）₂之间能发生反应，
故答案为：N₂H₄中N元素为-2价，处于较低价态具有还原性，而Cu（OH）₂中Cu元素为+2价，处于最高价态，具有氧化性；
②甲与新制Cu（OH）₂充分反应，有红色固体乙生成，乙的成分可能为：Cu或Cu、Cu₂O或Cu₂O，
取红色固体乙ag，加入足量稀硫酸充分反应后，过滤、洗涤、干燥、称量的bg沉淀，通过a、b的数量关系判断即可，若a=b，固体乙的成分是Cu；若$\frac{64a}{144}$=b，固体乙的成分是Cu₂O，若$\frac{64a}{144}$＜b＜a，固体乙的成分是Cu和Cu₂O，
故答案为：Cu或Cu、Cu₂O或Cu₂O；取红色固体乙ag，加入足量稀硫酸充分反应后，过滤、洗涤、干燥、称量的bg沉淀，通过a、b的数量关系判断即可，若a=b，固体乙的成分是Cu；若$\frac{64a}{144}$=b，固体乙的成分是Cu₂O，若$\frac{64a}{144}$＜b＜a，固体乙的成分是Cu和Cu₂O．

点评 本题考查无机物的推断、氧化还原反应、实验方案设计，属于计算型推断，侧重考查学生分析计算能力、知识的迁移应用，题目难度中等．