Question

【題目】聯氨(N2H4)和次磷酸鈉(NaH2PO2)都具有強還原性.都有著廣泛的用途。

(1)已知:①N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=-621.5 kJ●mol-1

②N2O4(l)-=N2(g)+2O2(g) △H2=+204.3 kJ●mol-1

則火箭燃料的燃燒反應為2N2H4(l)+N2O4(l)=3N2(g)+4H2O(g) △H=_____.

(2)已知反應N2H4(g)+ 2Cl2(g)N2(g)+4HCl(g),T°C時,向V L恒容密閉容器中加入2 mol N2H4(g)和4 mol Cl2(g) ,測得Cl2和HCl的濃度隨時間的關系如圖所示。

①0~ 10 min內,用N2(g)表示的平均反應速率v(N2)=_______。

②M點時,N2H4的轉化率為______(精確到0.1)%。

③T °C時,達到平衡后再向該容器中加入1.2 mol N2H4(g)、0.4 mol Cl2(g)、0. 8 mol N2 (g)、1.2 mol HCl(g) ,此時平衡______(填“正向移動”“逆向移動”或“不移動”)。

(3)①在惰性氣體中,將黃磷(P4)與石灰乳和碳酸鈉溶液一同加入高速乳化反應器中制得NaH2PO2,同時還產生磷化氫(PH3)氣體,該反應的化學方程式為________________。

②次磷酸(H3PO2)是一元酸，常溫下.1.0 mol●L-1的NaH2PO2溶液pH為8,則次磷酸的Ka=___________。

③用次磷酸鈉通過電滲析法制備次磷酸.裝置如圖2所示。交換膜A屬于____(填“陽離子”或“陰離子”)交換膜,電極N的電極反應式為______,當電路中流過3.8528×105庫侖電量時.制得次磷酸的物質的量為_____ (一個電子的電量為 1.6×10- 19庫侖,NA數值約為6. 02× 1023)。

Answer 1

【答案】-1038.7kJmol-1 0.06mol/(Lmin) 33.3 逆向移動 2P4+3Ca(OH)2+3Na2CO3+6H2O==== 6NaH2PO2+2PH3↑+3CaCO3 1.0×10-2 陽離子 2H2O+2e-=H2↑+2OH- 4mol

【解析】

(1)根據蓋斯定律，反應①×2+②即可得火箭燃料的燃燒反應2N2H4(1)+N2O4(l)===3N2(g)+4H2O(g)△H=(-621.5×2+204.3)kJmol-1=-1038.7kJmol-1；

(2)根據圖示，Cl2作為反應物濃度需減小，HCl作為生成物濃度需增大，
①△c(Cl2)=(2-0.8)mol/L=1.2mol/L，v(Cl2)==0.12mol/(Lmin)，根據反應速率與計量系數成正比可得v(N2)=v(Cl2)=0.06mol/(Lmin)，

②據圖可知反應開始時c(Cl2)=2mol/L，投料為2 mol N2H4(g)和4 mol Cl2(g) ，則開始時c(N2H4)=1mol/L，容器體積為2L，設M點 N2H4的轉化量為x mol/L，列三段式：

M點Cl2和HCl的濃度相等，則2-2x=4x解得x=mol/L，則N2H4的轉化率為=33.3%；

③據圖可知反應平衡時c(Cl2)=0.8mol/L，初始c(Cl2)=2mol/L，c(N2H4)=1mol/L，則根據反應方程式N2H4(g)+ 2Cl2(g)N2(g)+4HCl(g)可知，反應中消耗c(Cl2)=1.2mol/L，消耗c(N2H4)=0.6mol/L，生成c(N2)=0.6mol/L，c(HCl)=2.4mol/L，所以平衡時各物質的濃度為c(Cl2)=0.8mol/L，c(N2H4)=0.4mol/L，c(N2)=0.6mol/L，c(HCl)=2.4mol/L，則該溫度下的平衡常數K==77.76；

平衡后再向該容器中加入1.2molN2H4(g)、0.4 mol Cl2(g)、0.8molN2(g)、1.2molHCl(g)，各物質的濃度變為c(Cl2)=1mol/L，c(N2H4)=1mol/L，c(N2)=1mol/L，c(HCl)=3mol/L，此時Qc==81>K，所以平衡逆向移動；

(3)①該反應中反應物有P4、Ca(OH)2、Na2CO3等、生成物有NaH2PO2、PH3等，據此可知該反應中P元素化合價既升高又降低，發生歧化，升高1價，降低3價，則NaH2PO2和PH3的系數比為3：1，再結合元素守恒可知方程式為：2P4+3Ca(OH)2+3Na2CO3+6H2O==== 6NaH2PO2+2PH3↑+3CaCO3；

②次磷酸(H3PO2)是一元酸，1.0molL-1的 NaH2PO2溶液水解方程式為：H2PO2-+H2O=H3PO2+OH-，pH=8，則c(H+)=10-8mol/L，c(OH-)=c(H3PO2)=10-6mol/L，c(H2PO2-)=(1.0-10-6)mol/L≈1mol/L，Ka==1.0×10-2；

③根據圖示可知，產品室產生次磷酸，則電極M應為陽極電解水中的OH-，剩余H+通過交換膜A移向產品室，所以交換膜A為陽離子交換膜；電極N為陰極電解H+，電極N的電極反應式為2H2O+2e-=H2↑+2OH-；電路中流過3.8528×105庫侖電量時，轉移的電子的物質的量為=4mol，次磷酸根帶一個負電荷，氫離子帶一個正電荷，所以電解過程中轉移1mol電子生成1mol次磷酸，則轉移4mol電子時生成4mol次磷酸。