Question

联氨(N₂H₄)和次磷酸钠(NaH₂PO₂)都具有强还原性.都有着广泛的用途。

(1)已知:①N₂H₄(l)+O₂(g)=N₂(g)+2H₂O(g) △H=-621.5 kJ●mol^-1

②N₂O₄(l)-=N₂(g)+2O₂(g)  △H₂=+204.3 kJ●mol^-1

则火箭燃料的燃烧反应为2N₂H₄(l)+N₂O₄(l)=3N₂(g)+4H₂O(g)  △H=_____.

(2)已知反应N₂H₄(g)+ 2Cl₂(g)N₂(g)+4HCl(g),T°C时,向V L恒容密闭容器中加入2 mol N₂H₄(g)和4 mol Cl₂(g) ,测得Cl₂和HCl的浓度随时间的关系如图所示。

①0~ 10 min内,用N₂(g)表示的平均反应速率v(N₂)=_______。

②M点时,N₂H₄的转化率为______(精确到0.1)%。

③T °C时,达到平衡后再向该容器中加入1.2 mol N₂H₄(g)、0.4 mol Cl₂(g)、0. 8 mol N₂ (g)、1.2 mol HCl(g) ,此时平衡______(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。

(3)①在惰性气体中,将黄磷(P₄)与石灰乳和碳酸钠溶液一同加入高速乳化反应器中制得NaH₂PO₂,同时还产生磷化氢(PH₃)气体,该反应的化学方程式为________________。

②次磷酸(H₃PO₂)是一元酸，常温下.1.0 mol●L^-1的NaH₂PO₂溶液pH为8,则次磷酸的Ka=___________。

③用次磷酸钠通过电渗析法制备次磷酸.装置如图2所示。交换膜A属于____(填“阳离子”或“阴离子”)交换膜,电极N的电极反应式为______,当电路中流过3.8528×10⁵库仑电量时.制得次磷酸的物质的量为_____ (一个电子的电量为 1.6×10^{- 19}库仑,N_A数值约为6. 02× 10²³)。

Answer

-1038.7kJ•mol-1 0.06mol/(L•min) 33.3 逆向移动 2P4+3Ca(OH)2+3Na2CO3+6H2O==== 6NaH2PO2+2PH3↑+3CaCO3 1.0×10-2 阳离子 2H2O+2e-=H2↑+2OH- 4mol

【解析】

(1)根据盖斯定律，反应①×2+②即可得火箭燃料的燃烧反应2N2H4(1)+N2O4(l)===3N2(g)+4H2O(g)△H=(-621.5×2+204.3)kJ•mol-1=-1038.7kJ•mol-1；

(2)根据图示，Cl2作为反应物浓度需减小，HCl作为生成物浓度需增大，
①△c(Cl2)=(2-0.8)mol/L=1.2mol/L，v(Cl2)==0.12mol/(L•min)，根据反应速率与计量系数成正比可得v(N2)=v(Cl2)=0.06mol/(L•min)，

②据图可知反应开始时c(Cl2)=2mol/L，投料为2 mol N2H4(g)和4 mol Cl2(g) ，则开始时c(N2H4)=1mol/L，容器体积为2L，设M点 N2H4的转化量为x mol/L，列三段式：

M点Cl2和HCl的浓度相等，则2-2x=4x解得x=mol/L，则N2H4的转化率为=33.3%；

③据图可知反应平衡时c(Cl2)=0.8mol/L，初始c(Cl2)=2mol/L，c(N2H4)=1mol/L，则根据反应方程式N2H4(g)+ 2Cl2(g)N2(g)+4HCl(g)可知，反应中消耗c(Cl2)=1.2mol/L，消耗c(N2H4)=0.6mol/L，生成c(N2)=0.6mol/L，c(HCl)=2.4mol/L，所以平衡时各物质的浓度为c(Cl2)=0.8mol/L，c(N2H4)=0.4mol/L，c(N2)=0.6mol/L，c(HCl)=2.4mol/L，则该温度下的平衡常数K==77.76；

平衡后再向该容器中加入1.2molN2H4(g)、0.4 mol Cl2(g)、0.8molN2(g)、1.2molHCl(g)，各物质的浓度变为c(Cl2)=1mol/L，c(N2H4)=1mol/L，c(N2)=1mol/L，c(HCl)=3mol/L，此时Qc==81>K，所以平衡逆向移动；

(3)①该反应中反应物有P4、Ca(OH)2、Na2CO3等、生成物有NaH2PO2、PH3等，据此可知该反应中P元素化合价既升高又降低，发生歧化，升高1价，降低3价，则NaH2PO2和PH3的系数比为3：1，再结合元素守恒可知方程式为：2P4+3Ca(OH)2+3Na2CO3+6H2O==== 6NaH2PO2+2PH3↑+3CaCO3；

②次磷酸(H3PO2)是一元酸，1.0mol•L-1的 NaH2PO2溶液水解方程式为：H2PO2-+H2O=H3PO2+OH-，pH=8，则c(H+)=10-8mol/L，c(OH-)=c(H3PO2)=10-6mol/L，c(H2PO2-)=(1.0-10-6)mol/L≈1mol/L，Ka==1.0×10-2；

③根据图示可知，产品室产生次磷酸，则电极M应为阳极电解水中的OH-，剩余H+通过交换膜A移向产品室，所以交换膜A为阳离子交换膜；电极N为阴极电解H+，电极N的电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-；电路中流过3.8528×105库仑电量时，转移的电子的物质的量为=4mol，次磷酸根带一个负电荷，氢离子带一个正电荷，所以电解过程中转移1mol电子生成1mol次磷酸，则转移4mol电子时生成4mol次磷酸。