Question

N₂H₄（肼）可作用制药的原料，也可作火箭的燃料。

（1）肼能与酸反应。N₂H₆C1₂溶液呈弱酸性，在水中存在如下反应：

①N₂H₆²⁺＋H₂ON₂H₅+＋H₃O^平衡常数K₁

②N₂H₅⁺＋H₂ON₂H₄＋H₃O^平衡常数K₂

相同温度下，K₁>K₂，其主要原因有两个：

①电荷因素，N₂H₅⁺水解程度小于N₂H₆²⁺；

② ___________________________________________；

（2）工业上，可用次氯酸钠与氨反应制备肼，副产物对环境友好，该反应化学方程式是___________________________________________________。

（3）气态肼在催化剂作用下分解只产生两种气体，其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色。在 密闭容器中发生上述反应，平衡体系中肼的体积分数与温度关系如图所示。

①P₂ _____P₁（填：＜、＞或＝，下同）。

②反应I：N₂H₄(g)N₂(g)＋4NH₃(g)        ΔH₁；

反应II：N₂(g)＋3H₂(g)Δ2NH₃(g) ΔH₂。

ΔH₁________ΔH₂

7N₂H₄(g)8NH₃(g)＋3N₂(g)＋2H₂(g)      ΔH

ΔH＝____________（用ΔH₁、ΔH₂表示）。

③向1L恒容密闭容器中充入0.1 mol N₂H₄，在30℃、Ni－Pt催化剂作用下发生反应N₂H₄(g)N₂(g)＋2H₂(g)，测得混合物体系中（只含N₂、H₂、N₂H₄），n(N₂)＋n(H₂)/n(N₂H₄)(用y表示)与时间的关系如图所示。

4分钟时反应到达平衡，0～4.0 min时间内H₂的平均生成速率v(H₂)=_____________________。

（4）肼还可以制备肼—碱性燃料电池，氧化产物为稳定的对环境友好的物质。该电池负极的电极反应式为______________；若以肼—氧气碱性燃料电池为电源，以NiSO₄溶液为电镀液，在金属器具上镀镍，开始两极质量相等，当两极质量之差为1.174g时，燃料电池中内电路至少有_________mol OH^-迁移通过阴离子交换膜。

Answer

第一步水解生成H3O+对第二步水解有抑制作用 2 NH3+NaClO=N2H4+NaCl+ H2O ＜ ＞ 7△H1 +4△H2 0.025mol·L-1·min-1 N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O 0.02

【解析】(1)相同温度下，上述平衡常数K2＜K1，其主要原因是第一步水解生成的H3O+对第二步水解有抑制作用，第一步水解为主；
(2)次氯酸钠的还原产物为氯化钠，不是氯气，还有水生成，氯化钠、水对环境都友好，化学方程式为：NaClO+2NH3=NaCl+N2H4+H2O；
(3)肼在催化剂作用下分解只产生两种气体，其中一种气体能使红色石蕊试纸变蓝色，则方程式为：3N2H44NH3+N2，增大压强，平衡向左移动，N2H4体积分数增大，故P1大于P2；
(4)①反应I是吸热反应，△H1＞0，反应II是放热反应，△H2＜0，则△H1＞△H2；
②反应I：N2H4(g)⇌N2(g)+2H2(g)△H1
反应II：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H2
反应III：7N2H4(g)⇌8NH3(g)+3N2(g)+2H2(g)△H
根据盖斯定律知，反应I×7+反应II×4=反应III，△H=7△H1+4△H2；
③设平衡时n(N2)=a，n(H2)=2a，
n(N2H4)=0.1 mol-a，则：3a=3.0×(0.1 mol-a)，a=0.05 mol．
υ(H2)= =0.025mol/(L•min)；
(5)N2H4/空气在碱溶液中构成电池，N2H4在负极上发生氧化反应，O2在正极上发生还原反应，负极的电极反应式为N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O；镀镍时阴极的反应式为Ni2++2e-=Ni，镍的相对原子质量为59，阳极为纯镍，阳极的电极反应式为Ni-2e-=Ni2+，设至少消耗N2H4的物质的量为n，由电子守恒知，阴极质量与阳极质量之差为[2n-(-2n)]×59g/m/ol=1.174g，n=0.005mol，则转移电子数为0.005mol×4=0.02mol，燃料电池中内电路至少有0.02mol OH-迁移通过阴离子交换膜。