Question

【題目】當(dāng)氨分子中的三個氫原子依次被其它原子或基團取代時，所形成的化合物叫做氨的衍生物。主要有N2H4(肼)、HN3(疊氮化氫，溶于水稱為疊氮酸)、NH2OH(羥胺)。水合肼(N2H4·H2O)是制備疊氮化鈉(NaN3)的原料，而疊氮化鈉又是汽車安全氣囊最理想的氣體發(fā)生劑的原料。下面是工業(yè)水合肼法制備疊氮化鈉的工藝流程。

資料：①水合肼有毒且不穩(wěn)定，具有強還原性和強堿性；

②有關(guān)物質(zhì)的物理性質(zhì)如下表：

物質(zhì)	甲醇	水合肼	亞硝酸甲酯	疊氮化鈉
熔點(℃)	-97	-40	-17	275(410℃：易分解)
沸點(℃)	64.7	118.5	-12	—

回答下列問題：

I.合成水合肼。實驗室合成水合肼裝置如下圖所示，NaClO堿性溶液與尿素CO(NH2)2水溶液在400C以下反應(yīng)一段時間后，再迅速升溫至1100℃繼續(xù)反應(yīng)可以制得水合肼。

(1)實驗中通過滴液漏斗向三頸瓶中緩慢滴加NaClO堿性溶液，不能反向滴加的原因是______________；制取N2H4H2O的離子方程式為_______________________。

II.制備疊氮化鈉。實驗室可利用下圖中所示的裝置及藥品制備疊氮化鈉。

(2)①根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)溫度在20℃左右反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率最高，因此可釆取的措施是_______________；流程中蒸餾A溶液時，裝置中旋塞K1、K2、K3的開關(guān)情況是_______________________。

②寫出該方法制備疊氮化鈉的化學(xué)方程式：________________________。

(3)流程中由B溶液獲得疊氮化鈉產(chǎn)品的實驗步驟為____________________，減壓過濾，晶體用乙醇洗滌23次后，干燥。

(4)化工生產(chǎn)中，多余的疊氮化鈉常使用次氯酸鈉溶液處理，在酸性條件下，二者反應(yīng)可生成無毒的氣體。若處理6.5gNaN3，理論上需加入0.5molL的NaClO溶液_____________mL。

III.羥胺(NH2OH)是一種還原劑，可以通過下列過程得到：乙烯和N2O4氣體混合后，光照，發(fā)生加成反應(yīng)，得到化合物A。A結(jié)構(gòu)對稱，所有相同元素的原子化學(xué)環(huán)境相同。A在某濃度的硫酸溶液中回餾，可得到化合物B，同時得到CO和CO2組成的混合氣體(相對氫氣密度為18)。經(jīng)分析，B為不含碳元素的硫酸鹽，其硫和氧元素的質(zhì)量分數(shù)分別為19.51%和58.54%。若將A換成CH3CH2NO2進行類似的反應(yīng)，也能得到B，但沒有氣體放出。B在液氨中即得到NH2OH。

(5)NH2OH具有弱堿性，可與酸反應(yīng)生成鹽，該鹽陽離子的電子式為_______________。

(6)寫出A→B的化學(xué)方程式________________________。

Answer 1

【答案】防止過量的NaClO溶液氧化水合肼 ClO+CO(NH2)2+2OH=Cl+N2H4H2O+CO32 20℃冷水浴或緩慢通入氣體等 關(guān)閉K1、K2，打開K3 CH3ONO+N2H4H2O+NaOH═CH3OH+NaN3+3H2O 蒸發(fā)結(jié)晶 100 CH2NO2CH2NO2+H2SO4→CO+CO2+(NH3OH)2SO4

【解析】

實驗室合成水合肼裝置如下圖所示，NaClO堿性溶液與尿素CO(NH2)2水溶液在400℃以下反應(yīng)一段時間后，再迅速升溫至1100℃繼續(xù)反應(yīng)可以制得水合肼，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：ClO+CO(NH2)2+2OH=Cl+N2H4H2O+CO32；NaNO2溶液與CH3OH在硫酸作用下發(fā)生反應(yīng)2CH3OH+2NaNO2+H2SO4(濃)=2CH3ONO+Na2SO4+2H2O生成亞硝酸甲酯(CH3ONO)，亞硝酸甲酯(CH3ONO)與氫氧化鈉水合肼混合液反應(yīng)生成甲醇和疊氮化鈉，反應(yīng)方程式為：CH3ONO+N2H4H2O+NaOH═CH3OH+NaN3+3H2O；結(jié)合甲醇和疊氮化鈉的熔沸點不同，利用蒸餾的方法分離出甲醇和疊氮化鈉，則B溶液為疊氮化鈉溶液，最后進行結(jié)晶、抽濾、洗滌、干燥獲得產(chǎn)品疊氮化鈉，據(jù)此分析解答I、II。

III．乙烯和N2O4氣體混合后，光照，發(fā)生加成反應(yīng)生成A，A的結(jié)構(gòu)對稱，所有相同元素的原子化學(xué)環(huán)境相同，則發(fā)生反應(yīng)為：CH2=CH2+ N2O4→CH2NO2CH2NO2，得到化合物A為CH2NO2-CH2NO2；A在某濃度的硫酸溶液中回餾，可得到化合物B，同時得到CO和CO2組成的混合氣體(相對氫氣密度為18)，則混合和氣體的平均相對分子質(zhì)量為18×2=36，利用十字相乘法，，則，經(jīng)分析，B為不含碳元素的硫酸鹽，其硫和氧元素的質(zhì)量分數(shù)分別為19.51%和58.54%，設(shè)B中含有S原子個數(shù)為x，O原子個數(shù)為y， B的摩爾質(zhì)量為M，則×100%=19.51%，×100%=58.54%，兩式相除可得：=，即B中含有1個S原子時，O原子為6，硫酸根中硫與氧的原子個數(shù)比為1：4，說明陽離子結(jié)構(gòu)中含有氧， B的相對分子質(zhì)量M==164，因為NH2OH具有弱堿性，可結(jié)合H+得到NH3OH+，則B應(yīng)為(NH3OH)2SO4，(NH3OH)2SO4在液氨中反應(yīng)得到NH2OH和NH4+；若將A換成CH3CH2NO2進行類似的反應(yīng)，也能得到B，但沒有氣體放出，反應(yīng)方程式為CH3CH2NO2+ H2SO4→(NH3OH)2SO4+C4H6O2，據(jù)此分析解答。

I．(1)根據(jù)資料信息，水合肼有毒且不穩(wěn)定，具有強還原性和強堿性，NaClO具有強氧化性，能氧化水合肼，為防止過量的NaClO氧化水合肼，不能反向滴加；NaClO、CO(NH2)2在堿性條件下反應(yīng)生成水合肼、氯離子和碳酸根離子，離子方程式ClO+CO(NH2)2+2OH=Cl+N2H4H2O+CO32；

II．(2)①根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)溫度在20℃左右反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率最高，但是該反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，因此可以采取的措施是：20℃冷水浴或緩慢通入氣體等；流程中蒸餾A溶液時，溶液A進行蒸餾的合理操作順序是：關(guān)閉K1、K2，打開K3；

②根據(jù)分析可知，制備疊氮化鈉的化學(xué)方程式：CH3ONO+N2H4H2O+NaOH═CH3OH+NaN3+3H2O；

(3)流程中由B溶液獲得疊氮化鈉產(chǎn)品的實驗步驟為蒸發(fā)結(jié)晶，減壓過濾，晶體用乙醇洗滌23次后，干燥；

(4)根據(jù)描述，NaN3應(yīng)該被氧化為無毒的N2，同時ClO被還原為Cl，因此每個NaN3在反應(yīng)中需要失去1個電子，每個ClO在反應(yīng)中可以得到2個電子，二者的物質(zhì)的量之比為2:1 ，則發(fā)生的反應(yīng)為：ClO+2N3-+2H+= Cl+3N2↑+H2O，NaN3的物質(zhì)的量n==0.1mol，則需要ClO的物質(zhì)的量為0.05mol，因此需要次氯酸鈉溶液體積V==0.1L=100mL；

III．(5)羥胺(NH2OH)是氨的衍生物，可以看做氨氣中的一個氫原子被羥基取代后形成的物質(zhì)，NH2OH具有弱堿性，類比氨氣與HCl生成NH4Cl的反應(yīng)，則羥胺(NH2OH)可與酸反應(yīng)生成離子化合物HONH3Cl，則離子化合物NH3OHCl由[NH3HO]+和Cl-構(gòu)成，該鹽陽離子的電子式為；

(6)由題意，A在某濃度的硫酸溶液中回餾，可得到化合物B，生成的CO和CO2的物質(zhì)的量之比，反應(yīng)方程式為：CH2NO2CH2NO2+H2SO4→CO+CO2+(NH3OH)2SO4。