Question

【題目】水合肼(N2H4·H2O)是一種無色易溶于水的油狀液體，具有堿性和極強的還原性，在工業生產中應用非常廣泛。

(1)肼(N2H4)是一種火箭燃料。已知：

N2(g)＋2O2(g)＝2NO2(g)； △H＝＋67.7 kJ·mol-1

N2H4(g)＋O(g)＝N2(g)＋2H2O(g)； △H＝－534.0 kJ·mol-1

NO2(g)＝N2O4(g)； △H＝－28.0 kJ·mol-1

反應2N2H4(g)＋N2O4(g)＝3N2(g)＋4H2O(g)的△H＝________kJ·mol-1。

(2)目前正在研發的高能量密度燃料電池車是以水合肼燃料電池作為動力來源，電池結構如圖1所示。

①起始時正極區與負極區NaOH溶液濃度相同，工作一段時間后，NaOH濃度較大的是___(填“正”或“負”)極區。

②該電池負極的電極反應式為_____________。

(3)已知水合肼是二元弱堿(25℃，K1＝5×10-7，K2＝5×10-15)，0.1 mol·L-1水合肼溶液中四種離子：①H+、②OH-、③、④的濃度從大到小的順序為_________(填序號)。

(4)在弱酸性條件下水合肼可處理電鍍廢水，將還原為Cr(OH)3沉淀而除去，水合肼被氧化為N2，該反應的離子方程式為___________________。

(5)肼是一種優良的貯氫材料，其在不同條件下分解方式不同。

①在高溫下，N2H4可完全分解為NH3、N2及H2，實驗測得分解產物中N2與H2物質的量變化如圖2所示，該分解反應方程式為__________________。

②在303K，NiPt催化下，則發生N2H4(l)N2(g)＋2H2(g)。在2L密閉容器中加入1 mol N2H4，測得容器中與時間關系如圖3所示。則0～4 min氮氣的平均速率v(N2)＝____________。

Answer 1

【答案】-1079.7 正 N2H4+4OH--4e-=N2↑+4H2O ②③④① 2+4H++3N2H4·H2O=4Cr(OH)3↓+3N2↑+5H2O 7N2H4(g)8NH3(g)+3N2(g)+2H2(g) 0.0625mol·L-1·min-1

【解析】

(1)已知a．N2(g)＋2O2(g)＝2NO2(g) △H=+67.7kJ/mol，

b．N2H4(g)＋O(g)＝N2(g)＋2H2O(g) △H=-534.0kJ/mol，

c．NO2(g)＝N2O4(g) △H＝－28.0 kJ·mol-1，

由蓋斯定律b×2-a-c×2得到：熱化學方程式：2N2H4(g)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g)△H=-1079.7kJ/mol；

(2)①負極發生氧化反應，肼失電子和氫氧根離子反應生成氮氣和水，電極反應式為N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑，正極是氧氣得電子發生還原反應，正極反應為：O2+2H2O+4e-=4OH-，根據電極反應式可知工作一段時間后，正極區NaOH濃度較大；

②負極發生氧化反應，肼失電子和氫氧根離子反應生成氮氣和水，電極反應式為N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑；

(3)水合肼是二元弱堿，分步電離：N2H4·H2O+OHˉ、·H2O+OHˉ，第一步電離會抑制第二步電離，兩步電離均產生氫氧根，所以離子的濃度大小為：c(OHˉ)＞c()＞c()＞c(H+),即②③④①；

(4)N2H4·H2O被氧化成N2，每個N化合價升高2價，共升高4價；被還原為Cr(OH)3，每個Cr降低3價，共降低6價，所以二者系數比為3:2，再結合元素守恒可得離子方程式為2+4H++3N2H4·H2O=4Cr(OH)3↓+3N2↑+5H2O；

(5)①據圖可知相同時間內△n(H2)：△n(N2)=2:3，再結合元素守恒可得該分解反應方程式為：7N2H4(g)8NH3(g)+3N2(g)+2H2(g)；

②設0～4 min△n(N2H4)=a mol，剩余的n(N2H4)=(1-a)mol根據方程式可知△n(H2)=2a mol，△n(N2)=a mol，則有=3，解得a=0.5，所以0～4 min△n(N2)=0.5mol，容器體積為2L，所以v(N2)== 0.0625mol·L-1·min-1。