Question

11．氨和联氨（N₂H₄）是氮的两种常见化合物，在科学技术和生产中有重要的应用．联氨（又称肼，N₂H₄或H₂N-NH₂，无色液体）是一种应用广泛的化工原料，可用作火箭燃料．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；
（2）实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨，该反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为2：1，反应的化学方程式为NaClO+2NH₃═N₂H₄+H₂O+NaCl．
（3）①2O₂（g）+N₂（g）═N₂O₄（g）△H₁
②ON₂（g）+2H₂（g）═N₂H₄（l）△H₂
③O₂（g）+2H₂（g）═2H₂O（g）△H₃
④N₂H₄（l）+N₂O₄（l）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H₄=-1038.6kJ•mol-1
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）联氨可用作火箭燃料，燃烧时发生的反应是N₂O₄（l）+2N₂O₄（l）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1038.6kJ•mol-1，若该反应中有4molN-H键断裂，则反应放出的热量为519.3kJ．

Answer 1

分析 （1）N₂H₄是氮原子和氢原子形成四个共价键，氮原子和氮原子间形成一个共价键形成的共价化合物，计算化合价；
（2）次氯酸钠与氨气反应生成N₂H₄，反应中N元素化合价升高，NH₃为还原剂，则NaClO为氧化剂，反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为2：1，设Cl元素在还原产物中化合价为a，则2×[（-2）-（-3）]=1×（1-a），解得a=-1，故还原生成NaCl，由元素守恒可知有水生成；
（3）依据热化学方程式和盖斯定律计算③×2-②×2-①得到④；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）若该反应中有4mol N-H键断裂，则消耗1molN₂H₄（l），据N₂O₄（l）+2N₂H₄（l）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1038.6kJ•mol-1计算反应放出的热量．

解答 解：（1）联氨的分子式为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，根据化合物中元素化合价代数和为0，则氮元素化合价为-2价，
故答案为：；-2；
（2）NH₃中氮元素化合价为-3价，N₂H₄中氮元素化合价为-2价，次氯酸钠与氨气反应生成N₂H₄，反应中N元素化合价升高，NH₃为还原剂，则NaClO为氧化剂，反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为2：1，设Cl元素在还原产物中化合价为a，则2×[（-2）-（-3）]=1×（1-a），解得a=-1，故还原生成NaCl，由元素守恒可知有水生成，反应方程式为：NaClO+2NH₃═N₂H₄+H₂O+NaCl，
故答案为：NaClO+2NH₃═N₂H₄+H₂O+NaCl；
（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④N₂H₄（l）+N₂O₄（l）═3N₂（g）+4H₂O（g）△H₄=-1038.6kJ•mol^-1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）若该反应中有4mol N-H键断裂，则消耗1molN₂H₄（l），反应放出的热量为$\frac{1}{2}$×1038.6kJ=519.3kJ，
故答案为：519.3．

点评 本题考查较为综合，涉及电子式的书写、焓变与物质的量的关系、氧化还原反应化学方程式的书写等，题目难度中等，注意盖斯定律计算的熟练应用．