Question

15．氨和聯氨（N₂H₄）是氮的兩種常見化合物，在工農業生產中有重要的應用．
（1）希臘化學家提出采用高質子導電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）為介質，利用如圖所示實驗裝置，實現了高溫常壓下的電解法合成氨．則裝置中B電極連接電源正極，A電極反應式為N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃．
（2）把氯氣通入稀氨水中，NH₃分子上的一個H被Cl取代生成氯氨，然后加入過量的氨和氯氨作用，得到聯氨（N₂H₄）．寫出上述反應的化學方程式Cl₂+NH₃=NH₂Cl+HCl、NH₃+NH₂Cl=N₂H₄+HCl．
（3）聯氨用亞硝酸氧化生成另一種氮的氫化物，該氫化物的相對分子質量為43.0，其中氮原子的質量分數為0.977，計算確定該氫化物的分子式HN₃．該氫化物可置于安全氣  囊，受撞擊則完全分解為氮氣和氫氣，4.30g該氫化物受撞擊后產生的氣體在標準狀況下的體積為4.48L．
（4）聯氨與鹽酸反應生成重要的化工原料鹽酸肼（N₂H₆C1₂），鹽酸胼是易溶于水的強電解質，溶液呈酸性，水解原理與NH₄Cl類似．請寫出鹽酸肼第一步水解反應的離子方程式N₂H₆²⁺+H₂O[N₂H₅•H₂O]⁺+H⁺．下列鹽酸肼溶液中的離子濃度關系正確的是ac（填序號）．
a．c（Cl^-）＞c（N₂H₆²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）
b．c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（[N₂H₅•H₂O]⁺）＞c（OH^-）
c．c（N₂H₆²⁺）+c（[N₂H₅•H₂O]⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-）
d．c（Cl^-）=2c（N₂H₆²⁺）+2c（[N₂H₅•H₂O]⁺）

Answer 1

分析 （1）B電極上氫氣失去電子生成氫離子，發生氧化反應，B為陽極，A為陰極，氮氣在陰極獲得電子，與SCY陶瓷傳遞的H⁺結合生成氨氣；
（2）由題意可知，氨氣與氯氣反應生成NH₂Cl與HCl，氨氣與NH₂Cl反應生成N₂H₄與HCl；
（3）氫化物中，N原子數=43.0×0.977÷14=3，H原子數=43.0×0.023÷1=1，故分子式為HN₃，撞擊發生反應：2HN₃=H₂+3N₂，根據方程式計算生成氣體體積；
（4）因水解與NH₄Cl類似，則N₂H₆²⁺水解結合H₂O電離生成的OH^-得到[N₂H₅•H₂O]⁺；
 a．N₂H₆²⁺離子水解溶液顯酸性；
b．N₂H₆²⁺離子水解溶液顯酸性，且水解程度微弱，溶液中氫離子源于N₂H₆²⁺離子水解及水的電離；
c．根據電荷守恒判斷；
d．根據物料守恒判斷．

解答 解：（1）B電極上氫氣失去電子生成氫離子，發生氧化反應，B為陽極，連接電源的正極，A為陰極，氮氣在陰極獲得電子，與SCY陶瓷傳遞的H⁺結合生成氨氣，陰極電極反應式為：N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，
故答案為：正；N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃；
（2）由題意可知，氨氣與氯氣反應生成NH₂Cl與HCl，氨氣與NH₂Cl反應生成N₂H₄與HCl，反應方程式為：Cl₂+NH₃=NH₂Cl+HCl、NH₃+NH₂Cl=N₂H₄+HCl，
故答案為：Cl₂+NH₃=NH₂Cl+HCl、NH₃+NH₂Cl=N₂H₄+HCl；
（3）氫化物中，N原子數=43.0×0.977÷14=3，H原子數=43.0×0.023÷1=1，故分子式為HN₃，撞擊發生反應：2HN₃=H₂+3N₂，4.30g該氫化物的物質的量為n=$\frac{4.3g}{43g/mol}$=0.1mol，根據方程式可知，共產生氣體的物質的量為0.1mol×2=0.2mol，體積為0.2mol×22.4L/mol=4.48L，
故答案為：HN₃；4.48；
（3）因水解與NH₄Cl類似，則N₂H₆²⁺水解結合H₂O電離生成的OH^-得到[N₂H₅•H₂O]⁺，鹽酸肼第一步水解反應的離子方程式為：N₂H₆²⁺+H₂O[N₂H₅•H₂O]⁺+H⁺，
a．N₂H₆²⁺水解顯酸性，水解的程度很弱，則離子濃度的大小關系為c（Cl^-）＞c（N₂H₆²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），故a正確；
b．N₂H₆²⁺離子水解溶液顯酸性，且水解程度微弱，溶液中氫離子源于N₂H₆²⁺離子水解及水的電離，則c（Cl^-）＞c（H⁺）＞c（[N₂H₅•H₂O]⁺）＞c（OH^-），故b正確；
c．根據電荷守恒可得：2c（N₂H₆²⁺）+c（[N₂H₅•H₂O⁺]）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），故c錯誤；
d．根據物料守恒c（Cl^-）=2c（N₂H₆²⁺）+2c（[N₂H₅•H₂O]⁺）+2c（[N₂H₄•2H₂O]），故d錯誤，
故答案為：N₂H₆²⁺+H₂O[N₂H₅•H₂O]⁺+H⁺；ab．

點評 本題考查電解原理、化學方程式計算、鹽類水解等，題目素材陌生，側重考查學生信息獲取與知識的遷移運用，難度中等．