Question

【題目】聯氨（又稱肼，N2H4，無色液體）是一種應用廣泛的化工原料，可用作火箭燃料．回答下列問題：

（1）聯氨分子的電子式為___________， 其中氮的化合價為___________．

（2）實驗室中可用次氯酸鈉溶液與氨反應制備聯氨，反應的化學方程式為____________.

（3）①2O2（g）+N2（g）═N2O4（l） △H1

②N2（g）+2H2（g）═N2H4（l） △H2

③O2（g）+2H2（g）═2H2O（g） △H3

④2N2H4（l）+N2O4（l）═3N2（g）+4H2O（g） △H4=﹣1048.9kJmol﹣1

上述反應熱效應之間的關系式為△H4=______________， 聯氨和N2O4可作為火箭推進劑的主要原因為______________________．

（4）聯氨為二元弱堿，在水中的電離方式與氨相似．聯氨第一步電離反應的平衡常數值為_____ （已知：N2H4+H+N2H5+的K=8.7×107；Kw=1.0×10﹣14）．聯氨與硫酸形成的酸式鹽的化學式為_______________．

（5）聯氨是一種常用的還原劑．向裝有少量AgBr的試管中加入聯氨溶液，觀察到的現象是_______________． 聯氨可用于處理高壓鍋爐水中的氧，防止鍋爐被腐蝕．理論上1kg的聯氨可除去水中溶解的O2__________kg；與使用Na2SO3處理水中溶解的O2相比，聯氨的優點是________________________．

Answer 1

【答案】 －2 NaClO+2NH3=N2H4+NaCl+H2O 2ΔH3-2ΔH2-ΔH1 反應放熱量大、產生大量氣體 8.7×10-7 N2H6(HSO4)2 固體逐漸變黑，并有氣泡產生 1 N2H4的用量少，不產生其他雜質（還原產物為N2和H2O，而Na2SO3產生Na2SO4）

【解析】

（1）N2H4是氮原子和氫原子形成四個共價鍵，氮原子和氮原子間形成一個共價鍵形成的共價化合物，元素化合價代數和為0計算化合價；
(2)氨氣被次氯酸鈉溶液氧化生成肼，次氯酸鈉被還原生成氯化鈉；
(3) ①2O2（g）+N2（g）═N2O4（l） △H1

②N2（g）+2H2（g）═N2H4（l） △H2

③O2（g）+2H2（g）═2H2O（g） △H3

根據熱化學方程式和蓋斯定律計算③×2-②×2-①得到④2N2H4（l）+N2O4（l）═3N2（g）+4H2O（g） △H4=﹣1048.9kJmol﹣1；

（4）聯氨為二元弱堿，在水中的電離方式與氨相似．聯氨第一步電離方程式為N2H4+H2ON2H5++OH-，其平衡常數K1=，由已知N2H4+H+N2H5+的平衡常數K==8.7×107，Kw=c(H+)C(OH-)=1.0×10-14，因此有K1=KKw=8.7×10-7；

由于是二元堿，因此聯氨與硫酸形成的酸式鹽為N2H6（HSO4）2；
（5）聯胺被銀離子氧化，銀離子被還原生成單質銀，聯胺被氧化失電子N2H4～N2-4e-，O2～4e-，依據守恒計算判斷，依據鍋爐的質地以及反應產物性質解答。

（1）肼的分子式為N2H4，是氮原子和氫原子形成四個共價鍵，氮原子和氮原子之間形成一個共價鍵形成的共價化合物，電子式為：，其中氫元素化合價為+1價，則氮元素化合價為-2價，
因此，本題正確答案是：；-2；
(2)氨氣被次氯酸鈉溶液氧化生成肼，次氯酸鈉被還原生成氯化鈉，結合原子守恒配平書寫反應的化學方程式為：NaClO+2NH3=N2H4+NaCl+H2O，
因此，本題正確答案是：NaClO+2NH3=N2H4+NaCl+H2O；
(3①2O2（g）+N2（g）═N2O4（l） △H1

②N2（g）+2H2（g）═N2H4（l） △H2

③O2（g）+2H2（g）═2H2O（g） △H3

根據熱化學方程式和蓋斯定律計算③×2-②×2-①得到④2N2H4（l）+N2O4（l）═3N2（g）+4H2O（g） △H4= 2ΔH3-2ΔH2-ΔH1；

根據反應④可以知道，聯氨和N2O4反應放出大量熱且產生大量氣體，因此可作為火箭推進劑，
因此，本題正確答案是：2ΔH3-2ΔH2-ΔH1；反應放熱量大，產生大量氣體；

（4）由題意知聯氨第一步電離反應為N2H4+H2ON2H5++OH-，其平衡常數K1=，由已知N2H4+H+N2H5+的平衡常數K==8.7×107，Kw=c(H+)C(OH-)=1.0×10-14，因此有K1=KKw=8.7×10-7。

由于是二元堿，因此聯氨與硫酸形成的酸式鹽的化學式為N2H6（HSO4）2；

因此，本題正確答案是：8.7×10-7 ；N2H6(HSO4)2；

（5）聯氨能夠將AgBr還原為單質Ag，自身被氧化為N2，還原出來的單質銀因為顆粒較小因此呈黑色附著在AgBr上，所以觀察到的實驗現象為固體逐漸變黑，并有氣泡產生；

聯氨被氧氣氧化的方程式為N2H4+O2=N2+2H2O，可知一分子聯氨消耗一分子氧氣，而二者摩爾質量相同，因此1kg聯氨可除去1kg溶解的氧氣；

使用Na2SO3處理水中溶解的氧氣時自身會被氧化成Na2SO4，從而帶來新的雜質，而聯氨的還原產物為N2和水，且用量要小于Na2SO3，因此聯氨的優點是N2H4的用量少，不產生其他雜質。

因此，本題正確答案是：固體逐漸變黑，并有氣泡產生；1 ；N2H4的用量少，不產生其他雜質（還原產物為N2和H2O，而Na2SO3產生Na2SO4）。