Question

7．N₂H₄（肼）可作用制藥的原料，也可作火箭的燃料．

（1）肼能與酸反應．N₂H₆Cl₂溶液呈弱酸性，在水中存在如下反應：
①N₂H₆²⁺+H₂O?N₂H₅⁺+H₃O+平衡常數(shù)K₁
②N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₄+H₃O+平衡常數(shù)K₂
相同溫度下，上述平衡常數(shù)K₂＜K₁，其主要原因是第一步水解生成的H₃O⁺對第二步水解有抑制作用．
（2）工業(yè)上，可用次氯酸鈉與氨反應制備肼，副產物對環(huán)境友好，寫出化學方程式NaClO+2NH₃=NaCl+N₂H₄+H₂O．
（3）肼在催化劑作用下分解只產生兩種氣體，其中一種氣體能使紅色石蕊試紙變藍色．
在密閉容器中發(fā)生上述反應，平衡體系中肼氣體的體積分數(shù)與溫度關系如圖1所示．
該反應的正反應△H＞0（填：＜、＞或=，下同）；P₂＜P₁．
（4）已知熱化學反應方程式：
反應I：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）△H₁；
反應II：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂．
①△H₁＞△H₂（填：＜、＞或=）
②7N₂H₄（g）?8NH₃（g）+3N₂（g）+2H₂（g）△H
△H=7△H₁+4△H₂（用△H₁、△H₂表示）．
③向1L恒容密閉容器中充入0.1mol N₂H₄，在30℃、Ni-Pt催化劑作用下發(fā)生反應I，測得混合物體系中，$\frac{n（N_{2}）+n（H_{2}）}{n（N_{2}H_{4}）}$（用y表示）與時間的關系如圖2所示．
0～4.0min時間內H₂的平均生成速率υ（H₂）=0.025mol•L^-1•min^-1；該溫度下，反應I的平衡常數(shù)K=0.01．
（5）肼還可以制備堿性燃料電池，氧化產物為穩(wěn)定的對環(huán)境友好的物質．該電池負極的電極反應式為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O；若以肼-空氣堿性燃料電池為電源，以NiSO₄溶液為電鍍液，在金屬器具上鍍鎳，開始兩極質量相等，當兩極質量之差為1.18g時，至少消耗肼的質量為0.16g．

Answer 1

分析 （1）第一步水解生成的H₃O⁺對第二步水解有抑制作用，第一步水解為主；
（2）次氯酸鈉的還原產物為氯化鈉，不是氯氣，還有水生成，氯化鈉、水對環(huán)境都友好，結合原子守恒配平書寫得到化學方程式；
（3）從圖象看出，升高溫度，平衡體系中肼氣體的體積分數(shù)降低，則平衡正向移動，說明正方向是吸熱反應；肼在催化劑作用下分解只產生兩種氣體，其中一種氣體能使紅色石蕊試紙變藍色，則方程式為：3N₂H₄$\stackrel{催化劑}{?}$4NH₃+N₂，增大壓強，平衡向左移動，N₂H₄體積分數(shù)增大，故P₁大于P₂；
（4）①反應I是吸熱反應，反應II是放熱反應；
②根據(jù)蓋斯定律知，反應I×7+反應II×4=反應III；
③設平衡時n（N₂）=a，n（H₂）=2a，
n（N₂H₄）=0.1 mol-a，則：3a=3.0×（0.1 mol-a），a=0.05 mol，
υ（H₂）=$\frac{△c}{△t}$，K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（{N}_{2}{H}_{4}）}$計算；
（5）N₂H₄/空氣在堿溶液中構成電池，N₂H₄在負極上發(fā)生氧化反應，O₂在正極上發(fā)生還原反應，負極的電極反應式為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O，鍍鎳時陰極的反應式為Ni²⁺+2e^-=Ni，鎳的相對原子質量為59，陽極為純鎳，陽極的電極反應式為Ni-2e^-=Ni²⁺，根據(jù)得失電子守恒建立關系計算．

解答 解：（1）相同溫度下，上述平衡常數(shù)K₂＜K₁，其主要原因是第一步水解生成的H₃O⁺對第二步水解有抑制作用，第一步水解為主，
故答案為：第一步水解生成的H₃O⁺對第二步水解有抑制作用；
（2）次氯酸鈉的還原產物為氯化鈉，不是氯氣，還有水生成，氯化鈉、水對環(huán)境都友好，化學方程式為：NaClO+2NH₃=NaCl+N₂H₄+H₂O，
故答案為：NaClO+2NH₃=NaCl+N₂H₄+H₂O；
（3）從圖象看出，升高溫度，平衡體系中肼氣體的體積分數(shù)降低，則平衡正向移動，說明正方向是吸熱反應；肼在催化劑作用下分解只產生兩種氣體，其中一種氣體能使紅色石蕊試紙變藍色，則方程式為：3N₂H₄$\stackrel{催化劑}{?}$4NH₃+N₂，增大壓強，平衡向左移動，N₂H₄體積分數(shù)增大，故P₁大于P₂，
故答案為：＞；＜；
（4）①反應I是吸熱反應，△H₁＞0，反應II是放熱反應，△H₂＜0，則△H₁＞△H₂，
故答案為：＞；
②反應I：N₂H₄（g）?N₂（g）+2H₂（g）△H₁
反應II：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂
反應III：7N₂H₄（g）?8NH₃（g）+3N₂（g）+2H₂（g）△H
根據(jù)蓋斯定律知，反應I×7+反應II×4=反應III，△H=7△H₁+4△H₂，
故答案為：7△H₁+4△H₂；
③設平衡時n（N₂）=a，n（H₂）=2a，
n（N₂H₄）=0.1 mol-a，則：3a=3.0×（0.1 mol-a），a=0.05 mol．
υ（H₂）=$\frac{0.05mol×2}{1L×4min}$=0.025mol/（L•min），K=$\frac{c（{N}_{2}）×{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（{N}_{2}{H}_{4}）}$=$\frac{\frac{0.05}{1}×（\frac{0.05×2}{1}）^{2}}{0.1-0.05}$=0.01，
故答案為：0.025；0.01；
（5）N₂H₄/空氣在堿溶液中構成電池，N₂H₄在負極上發(fā)生氧化反應，O₂在正極上發(fā)生還原反應，負極的電極反應式為N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O，
鍍鎳時陰極的反應式為Ni²⁺+2e^-=Ni，鎳的相對原子質量為59，陽極為純鎳，陽極的電極反應式為Ni-2e^-=Ni²⁺，設至少消耗N₂H₄的物質的量為n，由電子守恒知，陰極質量與陽極質量之差為[2n-（-2n）]×59g/m/ol=1.18g，n=0.005mol，m（N₂H₄）=0.005mol×32g/mol=0.16g，
故答案為：N₂H₄-4e^-+4OH^-=N₂↑+4H₂O；0.16．

點評 本題考查較為綜合，涉及反應速率、平衡常數(shù)、平衡移動、蓋斯定律以及電化學等知識，題目難度中等，注意把握影響平衡移動的因素以及平衡移動方向的判斷．