Question

水合肼(N₂H₄·H₂O)是一种无色易溶于水的油状液体，具有碱性和极强的还原性，在工业生产中应用非常广泛。

(1)肼(N₂H₄)是一种火箭燃料。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

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

(2)目前正在研发的高能量密度燃料电池车是以水合肼燃料电池作为动力来源，电池结构如图1所示。

①起始时正极区与负极区NaOH溶液浓度相同，工作一段时间后，NaOH浓度较大的是___(填“正”或“负”)极区。

②该电池负极的电极反应式为_____________。

(3)已知水合肼是二元弱碱(25℃，K₁＝5×10^-7，K₂＝5×10^-15)，0.1 mol·L^-1水合肼溶液中四种离子：①H⁺、②OH^-、③、④的浓度从大到小的顺序为_________(填序号)。

(4)在弱酸性条件下水合肼可处理电镀废水，将还原为Cr(OH)₃沉淀而除去，水合肼被氧化为N₂，该反应的离子方程式为___________________。

(5)肼是一种优良的贮氢材料，其在不同条件下分解方式不同。

①在高温下，N₂H₄可完全分解为NH₃、N₂及H₂，实验测得分解产物中N₂与H₂物质的量变化如图2所示，该分解反应方程式为__________________。

②在303K，NiPt催化下，则发生N₂H₄(l)N₂(g)＋2H₂(g)。在2L密闭容器中加入1 mol N₂H₄，测得容器中与时间关系如图3所示。则0～4 min氮气的平均速率v(N₂)＝____________。

Answer

-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，

由盖斯定律b×2-a-c×2得到：热化学方程式：2N2H4(g)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g)△H=-1079.7kJ/mol；

(2)①负极发生氧化反应，肼失电子和氢氧根离子反应生成氮气和水，电极反应式为N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑，正极是氧气得电子发生还原反应，正极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，根据电极反应式可知工作一段时间后，正极区NaOH浓度较大；

②负极发生氧化反应，肼失电子和氢氧根离子反应生成氮气和水，电极反应式为N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑；

(3)水合肼是二元弱碱，分步电离：N2H4·H2O+OHˉ、·H2O+OHˉ，第一步电离会抑制第二步电离，两步电离均产生氢氧根，所以离子的浓度大小为：c(OHˉ)＞c()＞c()＞c(H+),即②③④①；

(4)N2H4·H2O被氧化成N2，每个N化合价升高2价，共升高4价；被还原为Cr(OH)3，每个Cr降低3价，共降低6价，所以二者系数比为3:2，再结合元素守恒可得离子方程式为2+4H++3N2H4·H2O=4Cr(OH)3↓+3N2↑+5H2O；

(5)①据图可知相同时间内△n(H2)：△n(N2)=2:3，再结合元素守恒可得该分解反应方程式为：7N2H4(g)8NH3(g)+3N2(g)+2H2(g)；

②设0～4 min△n(N2H4)=a mol，剩余的n(N2H4)=(1-a)mol根据方程式可知△n(H2)=2a mol，△n(N2)=a mol，则有=3，解得a=0.5，所以0～4 min△n(N2)=0.5mol，容器体积为2L，所以v(N2)== 0.0625mol·L-1·min-1。