2025届高三化学热点探究：联氨或肼 讲义

2025届高三二轮复习热点探究：联氨或肼 联氨或肼(N2H4)是无色的剧毒化合物，常态下呈无色油状液体。气味类似氨，溶于水、醇、氨等溶剂，熔点20℃，沸点113.5℃，在空气中能吸收水分和二氧化碳气体，并会发烟。肼和水能按任意比例互相混溶，形成稳定的水合肼N2H4·H2O。肼也与乙醇互溶，但不溶于乙醚和苯（以此为信息，可考查沸点髙的原因，可以混溶的原因：氢键、相似相溶原理）。 肼是强还原剂，在碱性溶液中能将银、镍等金属离子还原成金属，可用于镜面镀银，在塑料和玻璃上镀金属膜。肼可由次氯酸钠和尿素或氨的反应制取。用于合成药物，偏二甲肼(CH3)2NNH2用作火箭燃料。肼能使锅炉内壁的铁锈变成磁性氯化铁层，可减缓锅炉锈蚀。 一、结构 模型 结构简式为 H2N－NH2 电子式 结构式 化学键 N上的两对孤电子对由于排斥作用而处于反位，并使N-N键的稳定性降低。 二、性质 1、碱性 联氨的碱性仅为氨的15分之一。 N2H4+H2ON2H5++OH-     K1=1.0×10-6 N2H5++H2ON2H62++OH-      K2=9.0×10-16 N2H4＋HCl=N2H5Cl（碱式盐） N2H4是二元弱碱，若盐酸过量，第一步的产物可继续反应：N2H5Cl ＋ HCl =N2H6Cl2（正盐） N2H5Cl较稳定，二价的盐易水解。 2、还原性 加热时发生爆炸性分解产生氨和氮气。它在空气中燃烧产生氮气和水，同时放出大量热。 5N2H4＋4KMnO4＋6H2SO4==5N2↑＋4MnsO4＋2K2SO4＋16H2O 3、配合性 N2H4中N原子上有孤对电子，因此肼可做为配体，如形成配合物[CO( N2H4)6] Cl3等，以此考查配合物相关概念、中心离子、配体、配位原子、配位数等。 三、制取 可由次氯酸钠与氨反应制得。NaClO ＋ 2NH3→ N2H4＋NaCl ＋ H2O 还可由氨、丙酮的混合物与氯气反应的产物水解制取，同时得到联氨和丙酮： 4NH3＋(CH3)2CO＋Cl2=(CH3)2C(N2H2)＋2NH4Cl＋H2O；(CH3)2C(N2H2)＋H2O=(CH3)2CO＋N2H4 四、用途 与四氧化二氮混合使用可当作火箭的燃料。N2O4＋2N2H4→ 3N2↑ ＋ 4H2O 压水堆核电机组启动时向一回路冷却剂中注入联氨以除去水中的氧：N2H4＋O2= 2H2O ＋ N2↑ 真题（2016全国）：联氨（又称肼，N2H4，无色液体）是一种应用广泛的化工原料，可用作火箭燃料，回答下列问题： （1）联氨分子的电子式为_____________，其中氮的化合价为____________。 （2）实验室可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨，反应的化学方程式为___________。 （3）①2O2(g)+N2(g)=N2O4(l)   ΔH1    ②N2(g)+2H2(g)=N2H4(l)   ΔH2    ③O2(g)+2H2(g)=2H2O(g)    ΔH3  ④2 N2H4(l) + N2O4(l)= 3N2(g)+ 4H2O(g)  ΔH4=-1048.9kJ/mol 上述反应热效应之间的关系式为ΔH4=____________，联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为____________________________。 （4）联氨为二元弱碱，在水中的电离方程式与氨相似，联氨第一步电离反应的平衡常数值为___________________(已知：N2H4+H+N2H5+的K=8.7×107；Kw=1.0×10-14)。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为___________________。 （5）联氨是一种常用的还原剂。向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液，观察到的现象是___________________。联氨可用于处理高压锅炉水中的氧，防止锅炉被腐蚀。理论上1kg的联氨可除去水中溶解的O2___________________kg；与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比，联氨的优点是___________________。 【参考答案】（1） -2 （2）NaClO+2NH3=N2H4+NaCl+H2O   （3）2ΔH3-2ΔH2-ΔH1反应放热量大、产生大量气体 （4）8.7×10-7N2H6(HSO4)2（5）固体逐渐变黑，并有气泡产生    1   N2H4的用量少，不产生其他杂质（还原产物为N2和H2O，而Na2SO3产生Na2SO4） 肼的考查方式 1.考查结构 练习1．肼(N2H4)催化分解制氢是能源利用领域的研究热点。在温和条件下，负载型双金属合金M催化N2H4迅速分解，并且制氢选择性可达100%，可能机理如图所示(图中“虚线”表示吸附在催化剂上)。 回答下列问题： (1)写出 N2H4的电子式 。 (2)已知： 化学键 键能/ 393 193 941 436 200℃，气态肼(N2H4)分解生成氮气和氢气的热化学方程式为 。 练习2.联氨()又称“肼”，联氨具强极性，推测下列结构最接近联氨分子真实结构的是 。(填标号) A．反式结构       B．顺式结构 联氨水溶液与氨水类性质相似，将联氨溶于一定浓度的稀硫酸中，除形成外，还可以生成的盐是 (填写化学式)。 2.考查物理性质 练习3．黄鸣龙反应是我国化学家对传统的醛酮与纯肼反应方法的创造性改进，过程如图。下列说法错误的是 A．可使用质谱仪测定产物相对分子质量 B．反应中碳原子杂化方式由转化为 C．传统方法中的纯肼难以通过蒸馏法获得与分子间氢键有关 D．发生黄鸣龙反应的有机产物为 4．“肼合成酶”以其中的配合物为催化中心，可将与转化为肼，其反应历程如下所示。已知：；。下列说法正确的是 A．该反应历程中铁元素的化合价不变 B．若用替换，则生成 C．预测羟胺难溶于液氨中 D．与电负性有关 3.考查化学性质 （1）以类定性：二元碱 练习5.偏二甲肼易溶于水，其一水合物的电离方式与一水合氨(Kb=1.7×10-5)相似但电离常数更小，向偏二甲肼溶液中加入等物质的量的醋酸(Ka=1.7×10-5)，充分反应后溶液呈 (填“酸性”“碱性”或“中性”)。 练习6.用氧化尿素制备水合肼的实验流程如图所示： 已知：①氯气与烧碱溶液的反应是放热反应。②氯气与烧碱在低温下生成，在较高温下生成。③具有强还原性， 下列说法不正确的是 A．步骤Ⅰ中为避免温度过高，可采用冰水浴 B．已知肼是二元弱碱，溶于水可以发生与氨水类似的电离，则肼的第一步电离为 C．步骤Ⅱ中可将尿素水溶液逐滴滴入溶液中 D．步骤Ⅱ反应的离子方程式为 练习7．肼为二元弱碱，在水中的电离方式与氨相似。常温下，向一定浓度肼的水溶液中通入（忽略溶液体积变化），测得与[为、或]的变化关系如图所示，下列说法正确的是 A．曲线表示与的变化关系 B．常温下， C．a点溶液中： D．b点溶液中： 练习8．常温下，肼水溶液中各种含氮微粒的物质的量分数随变化的关系如图所示。已知：；。下列说法正确的是 A．肼与稀硫酸反应可生成酸式盐 B．a的值为7.94(已知) C．若P点溶液中的溶质为，则 D．常温下，向少量水溶液中加入足量肼，会发生反应： （2）以价定性：还原性 练习9．肼（）是一种强还原性的高能物质，在航天、能源等领域有广泛应用。 (1)火箭发射可以用肼（液态）作燃料，作氧化剂，两者反应生成和水蒸气。 已知：        请写出与反应的热化学方程式 。 (2)向恒容密闭容器内加入一定量，一定条件下体系中存在以下平衡： Ⅰ. Ⅱ. 在较高温度肼几乎分解完全，分解产物的物质的量随温度变化如图： ①曲线a对应的物质是 。 ②在较高温度肼几乎分解完全的原因可能是 。 ③N点时，体系内为 。 (3)是二元弱碱，在水溶液中存在如下两步电离： ①  ； ②__________________________    。 ①写出在水溶液中的第②步电离方程式： 。 ②25℃时，向的水溶液中加入稀硫酸，欲使，同时，应控制溶液的范围为 （用含a、b的式子表示）。 练习10．如图所示是一种以液态肼()为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。在固体氧化物电解质的温度达700～900℃时，O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是 A．放电时，电子的流向为电极甲→负载→电极乙→固体氧化物→电极甲 B．放电时，电池内的O2-由电极甲移向电极乙 C．电池负极反应为：N2H4 - 4e-=N2 ↑+ 4H+ D．当电路中通过2mol e-时，电极乙上有16g O2参与反应 练习11．下图为某新型的可充电锌-肼电池充、放电时的物质转化示意图，其采用双功能电催化剂在同一电极实现了独立的析氢反应(放电)和产氮反应(充电)。下列说法不正确的是 A．图中箭头指示为电子流动方向 B．放电时正极反应式为 C．图中a可选用阴离子交换膜 D．当生成(标准状况)时，理论上锌电极增重 （3）以构定性：配位性 练习12.研究含氮元素物质的反应对生产、生活、科研等方面具有重要的意义。请回答下列问题： 已知：①（异肼） ②不稳定，在水溶液中就会发生歧化反应，其中一种产物为。 请回答： (1)写出肼的电子式 。 (2)写出反应I的化学方程式 。 (3)下列说法正确的是______。 A．碱性： B．肼可以用做还原剂，也可用做配合物的配体 C．肼在水中的溶解度小于在苯中的溶解度 D．反应Ⅱ中的产物之一可以循环利用 (4)已知：，与溶液作用，产生常见气体M，并生成一种溶于稀硝酸的白色沉淀N。 ①生成的气体M和白色沉淀N的成分分别是 、 （填化学式）。 ②请设计实验验证白色沉淀N的组成元素 。 4.考查肼的制备 练习13．肼()可作火箭发射的燃料，具有强还原性，实验室用与合成的装置如图所示，请回答下列问题： (1)仪器c的名称为 ，按图连接装置，盛放试剂前，首先要进行的操作是 。 (2)装置A试管中盛放的药品为 (填化学式)，装置中仪器a的作用除了导气还有 。 (3)导管b的作用是 。装置C中的试剂是 (填名称)。 (4)装置D中制备的化学方程式为 。 (5)装置B中制备的离子方程式为 。 5.考查应用 练习14．市政污泥含大量金属(等)，不经处理直接填埋会对环境造成严重的污染。市政污泥的综合利用能够使其得到科学、妥善的处置，并可以作为资源再次被我们利用，同时可以带来一定的经济价值。某科研团队利用市政污泥回收皓矾()的工艺流程如下： 已知：“沉铁”时若pH过高，会产生具有较强吸附性的氢氧化铁胶状沉淀。回答下列问题： (1)为提高“酸浸”效率，可采取的措施有 (任写一条)。 (2)“一系列操作”主要包括 、 、过滤、洗涤、干燥。 (3)用锌粉除铜、镍时，先除去铜，然后分离再置换除镍，用锌粉直接置换速率极慢，目前采用“锑盐净化法”，即置换时在酸性含溶液中同时加入锌粉和，得到金属Ni和Sb的混合物，该混合物可表示为NiSb，形成NiSb的离子方程式为 。 (4)“浸渣”中含有，经一系列处理得 {可溶于水，电离成和}，用肼(N2H4)，还原得到单质银，N2H4的氧化产物为N2，写出该反应的离子方程式： ，则反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。 (5)浸出液中含有，“沉铁”步骤中发生反应的离子方程式为 。pH对不同金属沉出率的影响如图所示，在时，在溶液中以离子形式存在，但是有铁离子存在时，pH升高，损失率均升高，原因可能是 。 参考答案 1.(1) (2)N2H4(g)=N2(g)＋2H2(g)  ΔH=-48kJ/mol 解析：（1）N最外层5个电子，达到稳定结构需要形成3对共用电子对，则N和N之间形成1对，1个N和2个H之间分别形成1对共用电子对；N2H4的电子式为。答案为。 （2）根据图示，N2H4完全分解得到N2和H2。在化学反应中，ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能，则ΔH=E(N—N)+4E(H—N)- E(N≡N)-2E(H—H)=193kJ/mol+4×393kJ/mol-941 kJ/mol-2×436kJ/mol=-48kJ/mol，因此热化学方程式为N2H4(g)=N2(g)＋2H2(g)  ΔH=-48kJ/mol。答案为N2H4(g)=N2(g)＋2H2(g)  ΔH=-48kJ/mol。 2.B 解析：联氨具强极性，则分子结构不对称，正负电荷重心不重合，为顺式结构，故选B；联氨溶于一定浓度的稀硫酸中，除形成外，还可以生成的盐是酸式盐：。 4.D 解析：A．先失电子被氧化，后得电子被还原，故A项错误； B．根据机理可知，若用ND3替换NH3，会生成，故B项错误； C．羟胺能与氨形成分子间氢键，易溶，故C项错误； D．说明的碱性强于，原因是O的电负性强于N，导致中N的孤电子对更难给出，结合能力差，碱性弱，故D项正确。 5.酸性 解析：一水合氨和醋酸电离常数相同，则偏二甲肼溶液中加入等物质的量的醋酸(Ka=1.7×10-5)，充分反应后溶液根据谁强显谁性，溶液显酸性。 6.C 分析：由流程可知，步骤Ⅰ中氯气和NaOH溶液反应制备NaClO，步骤Ⅱ中尿素与NaClO发生NaClO+CO(NH2)2+2NaOH=NaCl+N2H4•H2O+Na2CO3，制得水合肼溶液和Na2CO3溶液在步骤Ⅲ中分离，据此分析解题。 详解：A．氯气与烧碱溶液的反应是放热反应，温度升高发生副反应生成NaClO3，所以步骤Ⅰ中为避免温度过高发生副反应，可采用冰水浴，A正确； B．氨水的电离过程为氨分子结合水电离出的一个氢离子形成铵根离子，同时产生氢氧根离子，肼是二元弱碱，溶于水可以发生与氨水类似的电离，故肼的第一步电离为，B正确； C．将尿素滴到NaClO溶液中或过快滴加，都会使过量的NaClO溶液氧化水合肼，降低产率，故实验中应将次氯酸钠溶液逐滴加入定量的尿素溶液中制备水合肼，滴加顺序不能颠倒，且滴加速度不能过快，C错误； D．NaClO、NaOH与尿素生成N2H4•H2O、碳酸钠、NaCl，反应为NaClO+CO(NH2)2+2NaOH=NaCl+N2H4•H2O+Na2CO3，离子方程式是：，D正确。 7.C 分析：肼为二元弱碱，在溶液中分步电离，pOH增大，溶液中增大、减小，由电离常数可知，溶液中，则溶液中，则与pOH为线性关系，pOH增大，溶液中减小，所以M、N、L分别表示pOH与、、的变化关系，据此回答。 详解：A．由分析可知，M、N、L分别表示pOH与、、的变化关系，A错误； B．由分析可知，溶液中，由图可知，时，溶液pOH为15，则，B错误； C．由图可知，a点溶液中=，即，pOH为10.5，则溶液中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度，由电荷守恒关系可知，溶液中，C正确； D．由分析可知，溶液中，由图可知，时，溶液中，pOH为15，则溶液中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度，溶液中，D错误。 8.A 解析：A．类比氨气和硫酸反应生成酸式盐为NH4HSO4，联氨是二元弱碱，与稀硫酸反应可以生成酸式盐N2H6(HSO4)2，故A项正确； B．a的值应为，故B项错误； C．根据物料守恒，等式右边应加上，故C项错误； D．由图可知，，故无论肼是否足量，都只会发生，故D项错误。 9.(1)2N2H4(l)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g) △H=—1134.4kJ/mol (2) H2 反应Ⅰ为吸热反应，升高温度，反应以反应Ⅰ为主 2：3 (3) (14—b)＜pH＜(14—a) 详解：（1）肼与二氧化氮反应生成氮气和气态水，反应的方程式为2N2H4(l)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g)，将已知反应依次编号为①②，由盖斯定律可知反应②×2—①得到反应，则反应△H=(—534kJ/mol)×2—(+66.4kJ/mol)=—1134.4kJ/mol，反应的热化学方程式为2N2H4(l)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g) △H=—1134.4kJ/mol，故答案为：2N2H4(l)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g) △H=—1134.4kJ/mol； （2）①由图可知，温度高于573K时，肼和氨气完全分解，反应得到的气体为氮气和氢气的混合气体，由方程式可知，相同温度时氢气的物质的量大于氮气，所以曲线a对应的物质是氢气，故答案为：H2； ②由图可知，升高温度，氨气的物质的量减小，说明反应Ⅱ的平衡向逆反应方向移动，该反应为放热反应，氢气的物质的量增大，说明反应Ⅰ的平衡向正反应方向移动，该反应为吸热反应，在较高温度肼几乎分解完全说明升高温度，反应以反应Ⅰ为主，使反应趋于完全，故答案为：反应Ⅰ为吸热反应，升高温度，反应以反应Ⅰ为主； ③由图可知，N点时，氮气和氨气的物质的量都为2mol，由氮原子个数守恒可知，肼的物质的量为3mol，由氢原子个数守恒可知，氢气的物质的量为=3mol，则氮气和氢气的物质的量比为2：3，故答案为：2：3； （3）①肼的第二步电离为在水中电离出和氢氧根离子，电离方程式为，故答案为：； ②由电离常数Kb1=可知，溶液中时，溶液中的氢氧根离子浓度大于mol/L，则溶液pH小于14—a，同理可知，溶液中时，溶液中的氢氧根离子浓度小于 mol/L，则溶液pH大于14—b，所以溶液的pH范围为(14—b)＜pH＜(14—a)，故答案为：(14—b)＜pH＜(14—a)。 10.D 分析：该电池中以液态肼为燃料，通入N2H4的电极为负极，即电极甲为负极，通入氧气的电极为正极，即电极乙为正极。 详解：A．电子不能通过电解质，A错误； B．原电池中阴离子移向负极，故放电时，电池内的O2-由电极乙移向电极甲，B错误； C．反应生成物均为无毒无害的物质，所以N2H4被氧气氧化生成N2和H2O，电解质为固体氧化物，O2-在该固体氧化物电解质中自由移动，故负极反应为：，C错误； D．1molO2参与反应时转移4mol电子，故电路中通过2mol e-时，电极乙上消耗0.5molO2，即有16g O2参与反应，D正确。 11.D 分析：采用双功能电催化剂在同一电极实现了独立的析氢反应(放电)和产氮反应(充电)，放电时正极反应式为，负极反应式为，充电时阳极反应式为，阴极反应式为； 详解：A．由装置示意图可知，放电时正极反应式为，负极反应式为，电子由负极流出，经外电路流向正极，所以图中箭头所示的是电子流动方向，A项正确； B．由图可知，放电时正极反应式为，B项正确； C．充电时阳极反应式为，阴极反应式为，阳极每消耗，从阴极迁移过来，所以图中a为阴离子交换膜，C项正确； D．由上述放电时负极和正极的电极反应可知，当标准状况下产氢时即物质的量为，转移0.2mol电子，锌电极(负极)质量减轻，D项错误。 13.(1) 三颈烧瓶 检查装置气密性 (2) 、 防止液体倒吸进A中试管 (3) 平衡气压，便于浓盐酸顺利滴下 饱和氯化钠溶液 (4) (5) 分析：A中氢氧化钙和氯化铵固体混合物加热反应生成氨气，D中浓盐酸与漂白粉反应生成氯气，生成的氯气中含有HCl，故先通过C中饱和食盐水除去氯气中的HCl，除杂后的氯气和氨气通入B中反应生成N2H4。 详解：（1）仪器c的名称为三颈烧瓶。该反应中有气体参与，因此连接好装置，盛放试剂前，首先需要进行的操作是检验装置的气密性。 （2）装置A中药品为NH4Cl和Ca(OH)2。装置A中生成的氨气极易溶于水，直接通入NaOH溶液可能发生倒吸，因此需进行防倒吸处理，仪器a作用为导气和防止倒吸。 （3）导管b的作用为平衡气压，便于浓盐酸顺利滴下。装置C中的试剂为饱和氯化钠溶液。 （4）装置D中浓盐酸与Ca(ClO)2反应生成氯化钙、氯气和水，化学方程式为。 （5）装置B中NH3、NaOH、Cl2反应生成N2H4、Cl-和水，离子方程式为。 14.(1)延长酸浸时间(或适当增大硫酸的浓度或搅拌或适当升高温度，答案合理即可) (2) 蒸发浓缩 冷却结晶 (3) (4) 4:1 (5) 生成的氢氧化铁胶状沉淀有较强的吸附性，将吸附而导致损失 分析：市政污泥含大量金属等，焙烧、用硫酸“酸浸”，过滤，“浸渣”中含有；滤液中加入H2O2把Fe2+氧化为Fe3+，加入氢氧化钠生成FeOOH沉淀除Fe；再加入锌粉置换出，过滤，得硫酸锌溶液，滤液经一系列操作得到。 详解：（1）延长酸浸时间、适当增大硫酸的浓度、搅拌、适当升高温度都能提高“酸浸”效率； （2）“一系列操作”是从硫酸锌溶液中得到，主要包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥； （3）在酸性含溶液中同时加入锌粉和，锌置换出金属Ni和Sb，根据得失电子守恒，形成NiSb的离子方程式为； （4）用肼(N2H4)还原得到单质银，N2H4的氧化产物为N2，根据得失电子守恒，该反应的离子方程式为，中Ag元素化合价降低，是氧化剂，N2H4中N元素化合价升高，N2H4是还原剂，则反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为4:1。 （5）浸出液中含有，“沉铁”步骤中H2O2把Fe2+氧化为Fe3+，加入氢氧化钠生成FeOOH沉淀，发生反应的离子方程式为；氢氧化铁胶状沉淀有较强的吸附性，将吸附而导致损失，所以有铁离子存在时，pH升高，损失率均升高。 学科网（北京）股份有限公司 $$