Question

氮元素和碳元素一样也存在一系列氢化物并有广泛应用．例如：NH₃、N₂H₄、N₃H₅、N₄H₆…．
（1）写出该系列氢化物的通式：

 

．
（2）上述系列第6号物质的同分异构体有多种，写出符合一氯代物有三种结构的结构简式

 

．
（3）已知NH₃为一元碱，N₂H₄为二元碱，N₂H₄在水溶液中的一级电离方程式可表示为N₂H₄?H₂O?N₂H₅⁺+OH^-，试写出N₂H₄的二级电离方程式：

 

．
（4）25℃时，NH₃?H₂O的电离平衡常数取K_b=2×10^-5mol?L^-1，可用氨水吸收NO₂生成NH₄NO₃．将x mol NH₄NO₃溶于水，溶液显酸性，原因是

 

（用离子方程式表示）．向该溶液滴加y L氨水后溶液呈中性，所滴加氨水的浓度为

 

 mol?L^-1．
（5）在碱性介质中，用N₂H₄与NO₂可组合制成燃料电池，产物中无污染物，试写出该电池正极的电极反应式

 

．
（6）发射卫星时可用N₂H₄为燃料，若用氟作氧化剂，已知：
N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534kJ/mol

1

2

H₂（g）+

1

2

F₂（g）═HF（g）△H=-269kJ/mol
H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H=-242kJ/mol
则N₂H₄与F₂反应的热化学方程式为：

 

．

Answer 1

考点：含氮物质的综合应用,热化学方程式,原电池和电解池的工作原理,弱电解质在水溶液中的电离平衡

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据氮原子和氢原子个数之间的关系确定氢化物的通式；
（2）一氯代物有三种结构说明有机物中含有三种类型的氢原子；
（3）N₂H₄是二元弱碱，可分别发生N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-、N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-两步电离；
（4）依据铵根离子水解分析回答；依据一水合氨的电离平衡常数计算得到氨水浓度；
（5）用N₂H₄与NO₂可组合制成燃料电池，产物中无污染物，即为氮气和水，原电池的正极上发生得电子的还原反应；
（6）根据盖斯定律和热化学方程式的书写方法来书写热化学方程式．

解答： 解：（1）根据氮原子和氢原子个数之间的关系：氢原子个数比氮原子个数多2，所以通式表示为：NnHn+2（n≥2），故答案为：NnHn+2（n≥2）；
（2）有机物中含有三种类型的氢原子，其一氯代物就有三种结构，为、NH₂-NH-NH-NH-NH-NH₂，
故答案为：或NH₂-NH-NH-NH-NH-NH₂；
（3）N₂H₄是二元弱碱，可分别发生N₂H₄+H₂O?N₂H₅⁺+OH^-、N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-，故答案为：N₂H₅⁺+H₂O?N₂H₆²⁺+OH^-；
（4）NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃，25℃时，将a mol NH₄NO₃溶于水，溶液显酸性，是因为铵根离子水解；反应的离子方程式为：NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺；将axmol NH₄NO₃溶于水，向该溶液滴加yL 氨水后溶液呈中性，依据电荷守恒计算可知，溶液中氢氧根离子浓度=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）；NH₃?H₂O的电离平衡常数取K_b=2×10^-5 mol?L^-1，设混合后溶液体积为1L，（NH₄⁺）=c（NO₃^-）=xmol/L；根据一水合氨电离平衡得到：NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-，平衡常数K=

c(NH4+)?c(OH-)

c(NH3?H2O)

=

amol/L×10-7mol/L

bL×c(NH3?H2O)mol/L

=2×10^-5 mol?L^-1，计算得到c（NH₃?H₂O）=

x

200y

mol/L，
故答案为：NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺；

x

200y

；
（5）用N₂H₄与NO₂可组合制成燃料电池，产物中无污染物，即为氮气和水，二氧化氮中氮元素化合价降低，在原电池的正极上时二氧化氮发生得电子的还原反应：4H₂O+2NO₂+8e^-=N₂+8OH^-，故答案为：4H₂O+2NO₂+8e^-=N₂+8OH^-；
（6）已知：①N₂H₄（g）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g）△H=-534kJ/mol
②

1

2

H₂（g）+

1

2

F₂（g）═HF（g）△H=-269kJ/mol
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H=-242kJ/mol
则反应N₂H₄（g）+2F₂（g）=N₂（g）+4HF（g）是①+②×4-③×2得到，则△H=（-534kJ/mol）+4×（-269kJ/mol）-2×（-242kJ/mol）=-1126kJ/mol．
故答案为：N₂H₄（g）+2F₂（g ）=N₂（g）+4HF（g）△H=-1126kJ/mol．

点评：本题涉及热化学、电化学、弱电解质的电离等综合知识的考查，注意知识的归纳和整理是关键，难度中等．