Question

【題目】水合肼(N2H4·H2O)是一種無(wú)色易溶于水的油狀液體，具有堿性和極強(qiáng)的還原性，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)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(yīng)2N2H4(g)＋N2O4(g)＝3N2(g)＋4H2O(g)的△H＝________kJ·mol-1。

(2)目前正在研發(fā)的高能量密度燃料電池車是以水合肼燃料電池作為動(dòng)力來(lái)源，電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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

②該電池負(fù)極的電極反應(yīng)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?yàn)?/span>_________(填序號(hào))。

(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(yīng)的離子方程式為___________________。

(5)肼是一種優(yōu)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(shí)驗(yàn)測(cè)得分解產(chǎn)物中N2與H2物質(zhì)的量變化如圖2所示，該分解反應(yīng)方程式為__________________。

②在303K，NiPt催化下，則發(fā)生N2H4(l)N2(g)＋2H2(g)。在2L密閉容器中加入1 mol N2H4，測(cè)得容器中與時(shí)間關(guān)系如圖3所示。則0～4 min氮?dú)獾钠骄�速�?/span>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(xué)方程式：2N2H4(g)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g)△H=-1079.7kJ/mol；

(2)①負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，肼失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成氮?dú)夂退�，電極反應(yīng)式為N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑，正極是氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，正極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-=4OH-，根據(jù)電極反應(yīng)式可知工作一段時(shí)間后，正極區(qū)NaOH濃度較大；

②負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，肼失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成氮?dú)夂退�，電極反應(yīng)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(huì)抑制第二步電離，兩步電離均產(chǎn)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(gè)N化合價(jià)升高2價(jià)，共升高4價(jià)；被還原為Cr(OH)3，每個(gè)Cr降低3價(jià)，共降低6價(jià)，所以二者系數(shù)比為3:2，再結(jié)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(jù)圖可知相同時(shí)間內(nèi)△n(H2)：△n(N2)=2:3，再結(jié)合元素守恒可得該分解反應(yīng)方程式為：7N2H4(g)8NH3(g)+3N2(g)+2H2(g)；

②設(shè)0～4 min△n(N2H4)=a mol，剩余的n(N2H4)=(1-a)mol根據(jù)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。