Question

20．天宮一號于2011年9月29日21時16分3秒在酒泉衛星發射中心發射，它的發射標志著中國邁入中國航天“三步走”戰略的第二步．天宮一號是由長征二號大推力火箭發射升空的，火箭推進劑是成功發射火箭的重要因素，推進劑的發展經歷了一個漫長的過程．
（1）20世紀前，黑火藥是世界上唯一的火箭用推進劑，黑火藥是由硝酸鉀、硫磺、木炭組成，黑火藥爆炸的化學方程式：
2KNO₃+S+3C═K₂S+N₂↑+3CO₂↑．
①上述反應中的氧化劑是KNO₃和S；若有0.5mol S參加反應，則轉移的電子的物質的量為6mol；
②某化學興趣小組進行了如下實驗：實驗一：取適量黑火藥溶于水，過濾，將濾液蒸發濃縮，冷卻后慢慢加入濃硫酸，將混合液置于試管中并放入銅片，產生大量紅棕色氣體，寫出該反應的離子方程式Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
實驗二：取黑火藥爆炸后的殘留固體，加水溶解過濾，取濾液向其中滴加新制氯水至過量，一開始溶液變渾濁后又變澄清．變渾濁的物質是S（化學式表示）；設計實驗方案證明該澄清液中含有Cl^-取少量溶液，加過量硝酸鋇溶液，取上層清液，滴入硝酸酸化的硝酸銀，若出現白色沉淀，證明有Cl^-．
（2）1947年，研制出第二代聚硫橡膠、高氯酸銨、鋁粉復合推進劑．高氯酸銨受撞擊會引發劇烈爆炸，其爆炸產物有4種，2種產物是空氣中的主要成分，另一種氣體產物能使濕潤的藍色石蕊試紙變紅，寫出該反應的化學方程式4NH₄ClO₄$\frac{\underline{\;碰撞\;}}{\;}$2N₂↑+5O₂↑+4HCl↑+6H₂O；
（3）火箭推進劑一般都含有氮元素，含氮化合物種類豐富，科學家從化肥廠生產的硫酸銨中檢出組成為N₄H₄（SO₄）₂的物質，該物質為易溶于水的強電解質，遇燒堿會生成N₄氣體，該反應的離子方程式N₄H₄⁴⁺+4OH^-=N₄↑+4H₂O；
另一含氮化合物N₄H₄也是易溶于水的強電解質，和燒堿反應生成能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的氣體，而與鹽酸反應生成的產物之一具有極強烈的爆炸性，寫出該產物爆炸的化學反應方程式2HN₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂↑+3N₂↑．

Answer 1

分析 （1）①該反應中N元素化合價由+5價變為0價、S元素化合價由0價變為-2價、C元素化合價由0價變為+4價，得電子化合價降低的反應物是氧化劑；該反應中只有C是還原劑，根據方程式知，如果有0.5molS參加反應，則有1.5molC參加反應，根據C和轉移電子之間關系式計算轉移電子物質的量；
②酸性條件下，硝酸根離子具有強氧化性，能氧化Cu生成銅離子，自身被還原生成NO；
氯氣具有強氧化性，能氧化硫化鉀生成難溶性S單質；氯離子用硝酸酸化的硝酸銀溶液檢驗，向溶液中加入少量硝酸酸化的硝酸銀溶液，如果有白色沉淀生成說明有氯離子；
（2）高氯酸銨受撞擊會引發劇烈爆炸，其爆炸產物有4種，2種產物是空氣中的主要成分為氮氣和氧氣，另一種氣體產物能使濕潤的藍色石蕊試紙變紅，為氨氣，根據原子守恒知還生成水蒸氣；
（3）N₄H₄（SO₄）₂的物質，該物質為易溶于水的強電解質，遇燒堿會生成N₄氣體，陽離子結合氫氧根離子生成N₄氣體和水．

解答 解：（1）①該反應中N元素化合價由+5價變為0價、S元素化合價由0價變為-2價、C元素化合價由0價變為+4價，得電子化合價降低的反應物是氧化劑，所以KNO₃和S是氧化劑；
該反應中只有C是還原劑，根據方程式知，如果有0.5molS參加反應，則有1.5molC參加反應，根據C和轉移電子之間關系式得轉移電子物質的量=1.5mol×（4-0）=6mol；
故答案為：KNO₃和S；6；
②酸性條件下，硝酸根離子具有強氧化性，能氧化Cu生成銅離子，自身被還原生成NO，離子方程式為Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
氯氣具有強氧化性，能氧化硫化鉀生成難溶性S單質，所以溶液變渾濁；氯離子用硝酸酸化的硝酸銀溶液檢驗，向溶液中加入少量硝酸酸化的硝酸銀溶液，如果有白色沉淀生成說明有氯離子；
故答案為：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；S；取少量溶液，加過量硝酸鋇溶液，取上層清液，滴入硝酸酸化的硝酸銀，若出現白色沉淀，證明有Cl^-；
（2）高氯酸銨受撞擊會引發劇烈爆炸，其爆炸產物有4種，2種產物是空氣中的主要成分為氮氣和氧氣，另一種氣體產物能使濕潤的藍色石蕊試紙變紅，為氨氣，根據原子守恒知還生成水蒸氣，
反應方程式為：4NH₄ClO₄$\frac{\underline{\;碰撞\;}}{\;}$2N₂↑+5O₂↑+4HCl↑+6H₂O，
故答案為：4NH₄ClO₄$\frac{\underline{\;碰撞\;}}{\;}$2N₂↑+5O₂↑+4HCl↑+6H₂O；
（3）N₄H₄（SO₄）₂的物質，該物質為易溶于水的強電解質，遇燒堿會生成N₄氣體，陽離子結合氫氧根離子生成N₄氣體和水反應的離子方程式為N₄H₄⁴⁺+4OH^-=N₄↑+4H₂O；另一含氮化合物N₄H₄也是易溶于水的強電解質，和燒堿反應生成能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的氣體為氨氣，說明N₄H₄中含有NH₄⁺，分析推斷結構應為NH₄N₃，而與鹽酸反應生成的產物之一具有極強烈的爆炸性，則鈣化合物為HN₃氣體，依據原子守恒寫出該產物爆炸的化學反應方程式為2HN₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂↑+3N₂↑，
故答案為：N₄H₄⁴⁺+4OH^-=N₄↑+4H₂O；2HN₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂↑+3N₂↑．

點評 本題考查氧化還原反應有關計算、反應方程式的書寫、離子檢驗等知識點，為高頻考點，明確基本概念、各個物理量之間關系式、氯離子檢驗方法及實驗現象是解本題關鍵，本題難點是判斷反應中產物成分．