Question

20．N₂H₄（联氨又称肼）一种无色发烟的、具有腐蚀性和强还原性的无色油状液体，它是一种重要的化工试剂，在生产和生活中有着重要的作用．
（1）推测有关N₂H₄的性质，下列说法正确的是ABCE
A．具有高度吸湿性、可燃性
B．有微弱的氨味，与甲醇，乙醇互溶，但不溶于乙醚、氯仿和苯
C．N₂H₄的水溶液呈弱碱性，
D．联氨的水溶液既有氧化性又有还原性，酸性溶液以氧化性为主，还原产物是N₂，碱性溶液以还原性为主，氧化产物是NH₄⁺
E．高温加热时分解为氮气、氢气和氨气．
（2）请写出N₂H₅⁺的电子式：
（3）在高锰酸钾催化剂存在下，尿素（CO（NH₂）₂）和次氯酸钠-氢氧化钠溶液反应制得联氨，它和水能按任意比例互相混溶，形成稳定的水合肼N₂H₄•H₂O写出反应的离子方程式：
CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄•H₂O+Cl^-+CO₃^2-
（4）发射卫星可用肼为燃料，用NO₂作氧化剂，二者发生反应生成氮气和水蒸气．已知：
N_2（g）+2O_2（g）=2NO_2（g）　H=+67.7kJ•mol^-1，N₂H_4（g）+O₂（g）=N_2（g）+2H₂O_（g）　H=-534kJ•mol^-1，
写出气态肼和NO₂反应的热化学方程式2N₂H_4（g）+2NO_2（g）=3N_2（g）+4H₂O_（g）　H=-1135.7kJ•mol^-1．
（5）肼--空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%-30%的KOH溶液．该电池放电时，负极电极反应式是N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）类比氨气的性质分析，N₂H₄叫联氨，又叫肼，是一种无色的高度吸湿性的可燃液体，在联氨中氮原子的孤电子对可以同H结合而显碱性，但其碱性不如氨强，联氨是一个二元弱碱，性质稳定；溶解情况，不溶于乙醚、氯仿和苯，能与水、甲醇、乙醇等混溶，与水能形成恒沸物，有吸湿性，在空气中发烟，燃烧时呈紫色火焰，液体中分子以二聚体存在，有强还原性和腐蚀性，高温加热时分解为氮气、氢气和氨气，2N₂H₄=2NH₃↑+N₂↑+H₂↑，N₂H₄在空气中燃烧或与过氧化氢H₂O₂反应时，都能放出大量的热，因此可用作火箭燃料，做火箭的推进剂，有强还原性和腐蚀性；
（2）N₂H₅⁺的内部氮原子和氢原子之间存在极性共价键，根据电子式的书写知识来回答；
（3）在高锰酸钾催化剂存在下，尿素和次氯酸钠、氢氧化钠溶液反应生成联氨，反应还生成碳酸钠、氯化钠与水；
（4）依据盖斯定律计算，将方程式2×②-①得到气态肼和NO₂反应的热化学方程式；
（5）肼-空气燃料电池放电时，负极上肼失电子和氢氧根离子反应生成H₂O和氮气，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，据此分析解答．

解答 解：（1）A．具有高度吸湿性，在空气中发烟，燃烧时呈紫色火焰，故A正确；
B．不溶于乙醚、氯仿和苯，能与水、甲醇、乙醇等混溶，与水能形成恒沸物，故B正确；
C．N₂H₄的水溶液中氮原子的孤电子对可以同H⁺结合促进水的电离溶液显碱性，但其碱性不如氨强，故C正确；
D．液体中分子以二聚体存在，有强还原性和腐蚀性，无氧化性，故D错误；
E．高温加热时分解为氮气、氢气和氨气，2N₂H₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2NH₃↑+N₂↑+H₂↑，故E正确；
故答案为：ABCE；
（2）N₂H₅⁺的内部氮原子和氢原子之间存在极性共价键，联氨分子中氮原子上的一个孤对电子结合氢离子形成阳离子N₂H₅⁺，电子式为：，
故答案为：；
（3）在高锰酸钾催化剂存在下，尿素（CO（NH₂）₂）和次氯酸钠-氢氧化钠溶液反应制得联氨，它和水能按任意比例互相混溶，形成稳定的水合肼N₂H₄•H₂O，反应还生成碳酸钠、氯化钠，反应离子方程式为：CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄•H₂O+Cl^-+CO₃^2-，
故答案为：CO（NH₂）₂+ClO^-+2OH^-=N₂H₄•H₂O+Cl^-+CO₃^2-；
（4）①N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g），△H=+67.7KJ•mol^-1；
②N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O （g），△H=-534KJ•mol^-1
将方程式2×②-①得2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=2（-534KJ•mol^-1）-（+67.7KJ•mol^-1）=-1135.7kJ•mol^-1，
故答案为：2N₂H₄（g）+2NO₂（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1135.7kJ•mol^-1；
（5）肼-空气燃料电池放电时，负极上肼失电子和氢氧根离子反应生成H₂O和氮气，电极反应式为N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：N₂H₄+4OH^--4e^-=N₂↑+4H₂O．

点评 本题考查联氨结构和性质，热化学方程式书写和盖斯定律的应用，电极反应式的书写，注意要结合电解质溶液酸碱性书写电极反应式，联氨性质的推断需要结合知识积累和氨气结构、联氨结构及其题干信息理解判断，题目难度中等．