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。火箭推進器中裝有還原劑肼(N2H4)和強氧化劑過氧化氫(H2O2)，當它們混合時，即產生大量氮氣和水蒸氣，并放出大量熱。已知0.5 mol液態肼與足量過氧化氫反應，生成氮氣和水蒸氣，放出320.8 kJ的熱量。

（1）肼的電子式為___________________，過氧化氫的電子式為__________________。

（2）寫出反應的熱化學方程式：________________________________________________。

（3）在25 ℃、101 kPa時，已知18 g水蒸氣變成液態水放出44 kJ的熱量。其他相關數據如下表：

	O===O	H—H	H—O(g)
1 mol化學鍵斷裂時 需要吸收的能量/kJ	496	436	463

寫出表示H2燃燒熱的熱化學方程式___________________________________________；則32 g液態肼與足量液態過氧化氫反應生成氮氣和液態水時，放出的熱量是________kJ。

（4）聯氨和H2O2可作為火箭推進劑的主要原因為_________________________________。

（5）聯氨為二元弱堿，在水中的電離方程式與氨相似，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_______________。

Answer 1

【答案】 N2H4(l)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－641.6 kJ·mol－1 H2 (g) + O2 (g) = H2O (l) △H= -286 kJmol-1 817.6 反應放熱量大、產生大量氣體（產物是N2和H2O，對環境無污染） 8.7×10-7 N2H6(HSO4)2

【解析】

(1)肼分子式為N2H4，每個氮原子形成三個化學鍵，過氧化氫分子式H2O2，每個氧原子形成兩個共價鍵，據此寫出物質的電子式；
(2)根據熱化學方程式書寫方法寫出，標注物質聚集狀態和反應焓變；
(3) 反應物的總鍵能-生成物的總鍵能=反應熱，據此計算反應熱，寫出熱化學方程式；根據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到熱化學方程式，得到反應的焓變；

(4)從提供能量和動力以及產物無污染角度分析；

(5) 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+ H2O N2H5++OH-，平衡常數Kb==×=K×Kw；

因為是二元堿，因此聯氨與硫酸形成的酸式鹽為N2H6(HSO4)2。

(1)肼是氮原子和氮原子形成一個共價鍵，剩余價鍵和氫原子形成共價鍵，電子式為，雙氧水為共價化合物，分子中存在兩個氧氫鍵和一個O-O鍵，雙氧水的電子式為：，

因此，本題正確答案是：；；
(2) 0.5 mol液態肼與足量過氧化氫反應，生成氮氣和水蒸氣，放出320.8 kJ的熱量，1mol肼燃燒放熱為641.6 kJ；肼燃燒的熱化學方程式為：N2H4(l)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－641.6 kJ·mol－1，

因此，本題正確答案是：N2H4(l)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－641.6 kJ·mol－1；

(3) 根據反應物的總鍵能-生成物的總鍵能=反應熱，則1mol氫氣燃燒生成1mol水蒸氣的反應熱為436kJ/mol+496kJ/mol×-463kJ/mol×2=-242kJ/mol，18g水蒸氣變成液態水放出44kJ的熱量，故1mol氫氣燃燒生成1mol液態水時放出熱量為242kJ+44kJ=286kJ，

故表示H2燃燒熱的熱化學方程式為H2 (g) + O2 (g) = H2O (l) △span>H= -286 kJmol-1，

已知①N2H4(l)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－641.6 kJ·mol－1，
②H2O(l)═H2O(g) ΔH＝+44kJ·mol-1；根據蓋斯定律，①-②×4得到：N2H4(l)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－817.6 kJ·mol－1，
則32g液態肼與足量液態過氧化氫反應生成氮氣和液態水放熱為817.6 kJ，
因此，本題正確答案是：H2 (g) + O2 (g) = H2O (l) △H= -286 kJmol-1 ；817.6；

（4）N2H4具有強還原性和H2O2發生氧化還原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：反應放熱量大、產生大量氣體（產物是N2和H2O，對環境無污染）；

（5）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+ H2O N2H5++OH-，平衡常數Kb==×=K×Kw=8.7×107×1.0×10-14=8.7×10-7，

因為是二元堿，因此聯氨與硫酸形成的酸式鹽為N2H6(HSO4)2。

因此，本題正確答案是：8.7×10-7 ；N2H6(HSO4)2。