题目内容

15.联氨(N2H4),又称肼,无色液体)是一种应用广泛的化工原料,可用作火箭材料.
回答下列问题:
(1)联氨分子的电子式为,其中氮的化合价为-2价.
(2)实验室可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨,反应的化学方程式为2NH3+NaClO═N2H4+NaCl+H2O.
(3)①2O2(g)+N2(g)=N2O4(l)                  H1
②N2(g)+2H2(g)=N2H4(l)                 H2
③O2(g)+2H2(g)=2H2O(g)                 H3
④2N2H4(l)+N2O4(l)=3N2(g)+4H2O(g)   H4=-1048.9kJ/mol
上述反应热效应之间的关系式为H4=2△H3-2△H2-△H1,联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为反应放热量大,产生大量气体.
(4)联氨为二元弱碱,在水中的电离方程式与氨相似,联氨第一步电离反应的平衡常数值为8.7×10-7(已知:N2H4+H+?N2H5+的K=8.7×107;KW=1.0×10-14).联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为N2H6(HSO4)2.
(5)联氨是一种常用的还原剂.向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液,观察到的现象是固体逐渐变黑,并有气泡产生.联氨可用于处理高压锅炉水中的氧,防止锅炉被腐蚀.理论上1kg的联氨可除去水中溶解的O21kg;与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比,联氨的优点是N2H4的用量少,不产生其他杂质(反应产物为N2和H2O),而Na2SO3产生Na2SO4.

分析 (1)肼的分子式为N2H4,是氮原子和氢原子形成四个共价键,氮原子和氮原子之间形成一个共价键形成的共价化合物,元素化合价代数和为0计算化合价;
(2)氨气被次氯酸钠溶液氧化生成肼,次氯酸钠被还原生成氯化钠;
(3)①2O2(g)+N2(g)═N2O4(l)△H1
②N2(g)+2H2(g)═N2H4(l)△H2
③O2(g)+2H2(g)═2H2O(g)△H3
依据热化学方程式和盖斯定律计算③×2-②×2-①得到④2N2H4(l)+N2O4(l)═3N2(g)+4H2O(g)△H4=-1048.9kJ•mol-1
(4)联氨为二元弱碱,在水中的电离方式与氨相似.联氨第一步电离方程式为N2H4+H2O?N2H5++OH-,平衡常数Kb=$\frac{C({N}_{2}{{H}_{5}}^{+})C(O{H}^{-})}{C({N}_{2}{H}_{4})}$=$\frac{C({N}_{2}{{H}_{5}}^{+})C(O{H}^{-})}{C({N}_{2}{H}_{4})}$×$\frac{C({H}^{+})}{C({H}^{+})}$=K×Kw,由于是二元碱,因此联氨与硫酸形成的酸式盐为N2H6(HSO4)2;
(5)联胺被银离子氧化,银离子被还原生成单质银,联胺被氧化失电子N2H4~N2-4e-,O2~4e-,依据守恒计算判断,依据锅炉的质地以及反应产物性质解答.

解答 解:(1)肼的分子式为N2H4,是氮原子和氢原子形成四个共价键,氮原子和氮原子之间形成一个共价键形成的共价化合物,电子式为:,其中氢元素化合价为+1价,则氮元素化合价为-2价,
故答案为:;-2;
(2)氨气被次氯酸钠溶液氧化生成肼,次氯酸钠被还原生成氯化钠,结合原子守恒配平书写反应的化学方程式为:2NH3+NaClO═N2H4+NaCl+H2O,
故答案为:2NH3+NaClO═N2H4+NaCl+H2O;
(3)①2O2(g)+N2(g)═N2O4(l)△H1
②N2(g)+2H2(g)═N2H4(l)△H2
③O2(g)+2H2(g)═2H2O(g)△H3
依据热化学方程式和盖斯定律计算③×2-②×2-①得到④2N2H4(l)+N2O4(l)═3N2(g)+4H2O(g)△H4=2△H3-2△H2-△H1,根据反应④可知,联氨和N2O4反应放出大量热且产生大量气体,因此可作为火箭推进剂,
故答案为:2△H3-2△H2-△H1;反应放热量大,产生大量气体;
(4)联氨为二元弱碱,在水中的电离方式与氨相似.联氨第一步电离方程式为N2H4+H2O?N2H5++OH-,平衡常数Kb=$\frac{C({N}_{2}{{H}_{5}}^{+})C(O{H}^{-})}{C({N}_{2}{H}_{4})}$=$\frac{C({N}_{2}{{H}_{5}}^{+})C(O{H}^{-})}{C({N}_{2}{H}_{4})}$×$\frac{C({H}^{+})}{C({H}^{+})}$=K×Kw=8.7×107×1.0×10-14=8.7×10-7,第二步电离方程式为N2H5++H2O?N2H62++OH-,因此联氨与硫酸形成的酸式盐为N2H6(HSO4)2,
故答案为:8.7×10-7;N2H6(HSO4)2;
(5)联胺被银离子氧化,银离子被还原生成单质银,-2价的N元素被氧化为N2,反应方程式为:N2H4+4AgBr=4Ag↓+N2↑+4HBr,因此反应出现现象为:固体逐渐变黑,并有气泡产生,由于肼的氧化产物是氮气,不会对锅炉造成腐蚀,而亚硫酸钠被氧化产物为硫酸钠,易生成硫酸盐沉淀影响锅炉的安全使用,联胺被氧化失电子N2H4→N2失去4e-,O2→O2-得到4e-,联胺和氧气摩尔质量都是32g/mol,则等质量联胺和氧气物质的量相同,理论上1kg的联氨可除去水中溶解的O21kg,与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比,联氨的优点是用量少,不产生其他杂质(反应产物为N2和H2O),而Na2SO3产生Na2SO4,
故答案为:固体逐渐变黑,并有气泡产生;1;N2H4的用量少,不产生其他杂质(反应产物为N2和H2O),而Na2SO3产生Na2SO4.

点评 本题考查了氮及其化合物性质、物质结构、热化学方程式和盖斯定律计算应用、平衡常数的计算方法,主要是氧化还原反应的计算及其产物的判断,题目难度中等.

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(1)如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生,当反应达到平衡时,正确的描述是b(选填编号).
a.2v正(NH3)=3v逆(H2)      b.NH3的质量保持不变
c.v(H2)=3v(N2)              d.反应物不再转化为生成物
(2)比较在a、b、c三点所处的平衡状态中,反应物N2的转化率最高的是c,反应速率最快的是c.
(3)图象中T1>T2(填“<”、“>”或“=”,下同),为什么该反应的正反应是放热反应,升高温度平衡逆向移动;若在温度为T1、T2时,反应的平衡常数分别为K1、K2,则K1<K2.
如果上述反应的平衡常数K值变大,该反应c(选填编号).
a.一定向正反应方向移动             b.可能是增大压强
c.一定向逆反应方向移动             d.达到新平衡时反应速率增大
e.达到新平衡时反应速率减小
(4)T2条件下,若容器容积为2L,氢气物质的量为n mol,反应达到平衡时N2和H2的转化率均为60%,则在起始时体系中加入N2的物质的量为1mol(用含n的代数式表示);若n(H2)=3mol,反应的平衡常数K=$\frac{25}{3}$(具体数值,用分数表示).
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①写出步骤iii所发生反应的离子方程式2MnO4-+5SO32-+6H+=2Mn2++5SO42-+3H2O;
②在配制0.01000mol•L-1 KMnO4溶液时若仰视定容,则最终测得药品中Na2SO3的含量偏大(填“偏大”、“偏小”或“无影响”).
③某同学设计用下列仪器进行滴定实验(夹持部分略去),最合理的组合是AC (填字母).

④滴定结果如下表所示:
滴定次数待测溶液的体积/mL标准溶液的体积
滴定前刻度/mL滴定后刻度/mL
125.001.0221.03
225.002.0021.99
325.002.2020.20
则该药品中Na2SO3的质量分数为63.00%.

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