Question

20．水合肼（N₂H₄•H₂O）是一种无色易溶于水的油状液体，具有碱性和极强的还原性，在工业生产中应用非常广泛．

（1）目前正在研发的高能量密度燃料电池车是以水合肼燃料电池作为动力来源，电池结构如图1所示．
①起始时正极区与负极区NaOH溶液浓度相同，工作一段时间后，NaOH浓度较大的是正（填“正”或“负”）极区．
②该电池负极的电极反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑．
（2）已知水合肼是二元弱碱（25℃，K₁=5×10^-7，K₂=5×10^-15），0.1mol•L^-1水合肼溶液中四种离子：①H⁺、②OH^-、③N₂H₅⁺、④N₂H₆²⁺的浓度从大到小的顺序为②③④①（填序号）．
（3）在弱酸性条件下水合肼可处理电镀废水，将Cr₂O₇^2-还原为Cr（OH）₃沉淀而除去，水合肼被氧化为N₂，该反应的离子方程式为2Cr₂O₇^2-+4H⁺+3N₂H₄•H₂O=4Cr（OH）₃↓+3N₂+5H₂O．
（4）肼是一种优良的贮氢材料，其在不同条件下分解方式不同．
①在高温下，N₂H₄可完全分解为NH₃、N₂及H₂，实验测得分解产物中N₂与H₂物质的量变化如图2所示，该分解反应方程式为7N₂H₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8NH₃+3N₂+2H₂．
②在303K，NiPt催化下，则发生N₂H₄（l）?N₂（g）+2H₂（g）．在1L密闭容器中加入0.1mol N₂H₄，测得容器中$\frac{n（{H}_{2}）+n（{N}_{2}）}{n（N{{\;}_{2}H}_{4}）}$与时间关系如图3所示．则0～4min氮气的平均速率v（N₂）=0.0125mol•L^-1•min^-1．
（5）碳酰肼（分子式：CH₆N₄O）是由DEC（酯）与N₂H₄发生取代反应得到，已知DEC的分子式为C₅H₁₀O₃，DEC的核磁共振氢谱如图4所示，则DEC的结构简式为．

Answer 1

分析 （1）①正极是氧气得电子生成氢氧化根离子，所以正极区NaOH浓度较大；②负极发生氧化反应；
（2）已知水合肼是二元弱碱（25℃，K₁=5×10^-7，K₂=5×10^-15），两步电离都电离产生氢氧根离子，而第一步电离为主；
（3）根据得失电子守恒配平，其中的水合肼是弱电解质用化学式；
（4）①在高温下，N₂H₄可完全分解为NH₃、N₂及H₂，所以分解反应方程式为：7N₂H₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8NH₃+3N₂+2H₂；
②在303K，NiPt催化下，则发生N₂H₄（l）?N₂（g）+2H₂（g），设生成氮气的量为xmol，则氢气的量为：2xmol，此时N₂H₄（l）的物质的量为（1-x）mol，根据4min时比值为3，求出x的值，然后根v=$\frac{△c}{△t}$计算；
（5）C₅H₁₀O₃分子中有两种氢，且不饱和度为1，所以碳氧双键高度对称．

解答 解：（1）①正极是氧气得电子发生还原反应，正极反应为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，生成氢氧化根离子，所以正极区NaOH浓度较大，故答案为：正；
②负极发生氧化反应，肼失电子和氢氧根离子反应生成氮气和水，电极反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑，故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-=4H₂O+N₂↑；
（2）已知水合肼是二元弱碱（25℃，K₁=5×10^-7，K₂=5×10^-15），两步电离都电离产生氢氧根离子，而第一步电离为主，所以离子的浓度大小为：②OH^-、③N₂H₅⁺、④N₂H₅²⁺、①H⁺，故答案为：②③④①；
（3）根据得失电子守恒配平，其中的水合肼是弱电解质用化学式，所以离子方程式为：2Cr₂O₇^2-+4H⁺+3N₂H₄•H₂O=4Cr（OH）₃↓+3N₂+5H₂O，
故答案为：2Cr₂O₇^2-+4H⁺+3N₂H₄•H₂O=4Cr（OH）₃↓+3N₂+5H₂O；
（4）①在高温下，N₂H₄可完全分解为NH₃、N₂及H₂，所以分解反应方程式为：7N₂H₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8NH₃+3N₂+2H₂，故答案为：7N₂H₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8NH₃+3N₂+2H₂；
②在303K，NiPt催化下，则发生N₂H₄（l）?N₂（g）+2H₂（g），设生成氮气的量为xmol，则氢气的量为：2xmol，此时N₂H₄（l）的物质的量为（0.1-x）mol，根据4min时比值为3，所以$\frac{3x}{0.1-x}$=3，则x=0.05mol，v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.05mol}{1L×4min}$=0.0125mol•L^-1•min^-1，故答案为：0.0125mol•L^-1•min^-1；
（5）C₅H₁₀O₃分子中有两种氢，且不饱和度为1，所以碳氧双键高度对称，所以结构式为：，故答案为：．

点评 本题考查电极反应式的书写、离子浓度大小的比较、离子方程式的书写、图象问题等，综合性强，但有一定的难度．