Question

水合肼作为一种重要的精细化工原料，在农药、医药及有机合成中有广泛用途。用尿素法制备水合肼，可分为两个阶段，第一阶段为低温氯化阶段，第二阶段为高温水解阶段，总反应方程式为：(NH₂)₂CO +NaClO+2NaOH → H₂N—NH₂·H₂O+NaCl+Na₂CO₃。
主要副反应：N₂H₄+2NaClO= N₂↑+2H₂O+2NaCl △H<0
3NaClO=" 2NaCl" +NaClO₃     △H>0
CO(NH₂)₂ ＋2NaOH= 2NH₃↑+Na₂CO₃ △H>0
【深度氧化】：(NH₂)₂CO+3NaClO= N₂↑+3NaCl+CO₂↑+2H₂O  △H<0
实验步骤：
步骤1．向30%的NaOH溶液中通入Cl₂，保持温度在30℃以下，至溶液显浅黄绿色停止通Cl₂。
步骤2．静置后取上层清液，检测NaClO的浓度。
步骤3．倾出上层清液，配制所需浓度的NaClO和NaOH的混合溶液。
步骤4．称取一定质量尿素配成溶液，置于冰水浴。将一定体积步骤3配得的溶液倒入分液漏斗中，慢慢滴加到尿素溶液中，0.5h左右滴完后，继续搅拌0.5h。
步骤5．将步骤4所得溶液，加入5g KMnO₄作催化剂，转移到三口烧瓶（装置见图），边搅拌边急速升温，在108℃回流5 min。

步骤6．将回流管换成冷凝管，蒸馏，收集( 108~114℃)馏分，得产品。
(1)步骤1温度需要在30℃以下，其主要目的是      。
(2)步骤2检测NaClO浓度的目的是      。
a．确定步骤3中需NaClO溶液体积及NaOH质量
b．确定步骤4中冰水浴的温度范围
c．确定步骤4中称量尿素的质量及所取次氯酸钠溶液体积关系
d．确定步骤5所需的回流时间   
(3)尿素法制备水合肼，第一阶段为反应            （选填：“放热”或“吸热”）。
(4)步骤5必须急速升温，严格控制回流时间，其目的是      。
(5)已知水合肼在碱性条件下具有还原性（如：N₂H₄+2I₂=N₂+4HI）。测定水合肼的质量分数可采用下列步骤：
a．准确称取2.000g试样，经溶解、转移、定容等步骤，配制250mL溶液。
b．移取l0.00 mL于锥形瓶中，加入20mL水，摇匀．
c．用0.l000 mol/L碘溶液滴定至溶液出现微黄色且Imin内不消失，计录消耗碘的标准液的体积。
d．进一步操作与数据处理
①滴定时，碘的标准溶液盛放在     滴定管中（选填：“酸式”或“碱式”）。
②若本次滴定消耗碘的标准溶液为18.00mL，可测算出产品中N₂H₄-H₂O的质量分数为     。
③为获得更可靠的滴定结果，步骤d中进一步操作主要是：     

Answer 1

（15分）(1)防止NaClO（歧化）分解为氯酸钠和氯化钠（2分）
(2) ac（2分）    (3)放热（2分）  (4)减少副反应的发生，提高水合肼的产率（2分）
(5)①酸式（2分） ②56.25%（3分）③重复步骤b和c2~3次，依据测得的结果，取平均值。（2分）

试题分析：（1）由于温度升高时，次氯酸钠容易发生自身的氧化还原反应生成氯酸钠和氯化钠，所以步骤1温度需要在30℃以下，其主要目的是防止NaClO（歧化）分解为氯酸钠和氯化钠。
（2）由于步骤3中需要配制所需浓度的NaClO和NaOH的混合溶液，所以步骤2中需要检测NaClO浓度。另外在步骤4中还需要称量尿素的质量及所取次氯酸钠溶液体积关系，因此也需要步骤2中需要检测NaClO浓度，所以答案选ac。
（3）由于第一阶段需要在低温下反应，这说明该反应是放热反应。
（4）共计已知信息可知，在反应极易发生副反应，所以这样做的目的是减少副反应的发生，提高水合肼的产率。
（5）①碘水是下酸性的，所以滴定时，碘的标准溶液盛放在酸式滴定管中。
②反应中消耗单质碘的物质的量是1.8×10^－3mol，则根据反应的方程式可知水合肼的物质的量是0.9×10^－3mol，所以产品中N₂H₄-H₂O的质量分数为。
③要减少实验误差，则步骤d中进一步操作主要是重复步骤b和c2～3次，依据测得的结果，取平均值。
点评：该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题。试题综合性强，难易适中，侧重对学生基础知识的巩固与训练，旨在考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力，同时也注重对学生答题能力的培养和方法指导，有利于培养学生的逻辑思维能力和发散思维能力。该类试题是一类综合性较强的试题，如元素及化合物性质和社会生活，环境保护，化学计算等知识。它不仅可考察学生对化学知识的理解程度，更重要的是培养学生的综合分析能力和思维方法，提升学生的学科素养。