Question

水合肼作為一種重要的精細化工原料，在農藥、醫藥及有機合成中有廣泛用途。用尿素法制備水合肼，可分為兩個階段，第一階段為低溫氯化階段，第二階段為高溫水解階段，總反應方程式為：(NH₂)₂CO +NaClO+2NaOH → H₂N—NH₂·H₂O+NaCl+Na₂CO₃。

主要副反應：N₂H₄+2NaClO= N₂↑+2H₂O+2NaCl △H<0

3NaClO=" 2NaCl" +NaClO₃     △H>0

CO(NH₂)₂ ＋2NaOH= 2NH₃↑+Na₂CO₃ △H>0

【深度氧化】：(NH₂)₂CO+3NaClO= N₂↑+3NaCl+CO₂↑+2H₂O  △H<0

實驗步驟：

步驟1．向30%的NaOH溶液中通入Cl₂，保持溫度在30℃以下，至溶液顯淺黃綠色停止通Cl₂。

步驟2．靜置后取上層清液，檢測NaClO的濃度。

步驟3．傾出上層清液，配制所需濃度的NaClO和NaOH的混合溶液。

步驟4．稱取一定質量尿素配成溶液，置于冰水浴。將一定體積步驟3配得的溶液倒入分液漏斗中，慢慢滴加到尿素溶液中，0.5h左右滴完后，繼續攪拌0.5h。

步驟5．將步驟4所得溶液，加入5g KMnO₄作催化劑，轉移到三口燒瓶（裝置見圖），邊攪拌邊急速升溫，在108℃回流5 min。

步驟6．將回流管換成冷凝管，蒸餾，收集( 108~114℃)餾分，得產品。

(1)步驟1溫度需要在30℃以下，其主要目的是      。

(2)步驟2檢測NaClO濃度的目的是      。

a．確定步驟3中需NaClO溶液體積及NaOH質量

b．確定步驟4中冰水浴的溫度范圍

c．確定步驟4中稱量尿素的質量及所取次氯酸鈉溶液體積關系

d．確定步驟5所需的回流時間   

(3)尿素法制備水合肼，第一階段為反應            （選填：“放熱”或“吸熱”）。

(4)步驟5必須急速升溫，嚴格控制回流時間，其目的是      。

(5)已知水合肼在堿性條件下具有還原性（如：N₂H₄+2I₂=N₂+4HI）。測定水合肼的質量分數可采用下列步驟：

a．準確稱取2.000g試樣，經溶解、轉移、定容等步驟，配制250mL溶液。

b．移取l0.00 mL于錐形瓶中，加入20mL水，搖勻．

c．用0.l000 mol/L碘溶液滴定至溶液出現微黃色且Imin內不消失，計錄消耗碘的標準液的體積。

d．進一步操作與數據處理

①滴定時，碘的標準溶液盛放在     滴定管中（選填：“酸式”或“堿式”）。

②若本次滴定消耗碘的標準溶液為18.00mL，可測算出產品中N₂H₄-H₂O的質量分數為     。

③為獲得更可靠的滴定結果，步驟d中進一步操作主要是：     

 

Answer 1

【答案】

（15分）(1)防止NaClO（歧化）分解為氯酸鈉和氯化鈉（2分）

(2) ac（2分）    (3)放熱（2分）  (4)減少副反應的發生，提高水合肼的產率（2分）

(5)①酸式（2分） ②56.25%（3分）③重復步驟b和c2~3次，依據測得的結果，取平均值。（2分）

【解析】

試題分析：（1）由于溫度升高時，次氯酸鈉容易發生自身的氧化還原反應生成氯酸鈉和氯化鈉，所以步驟1溫度需要在30℃以下，其主要目的是防止NaClO（歧化）分解為氯酸鈉和氯化鈉。

（2）由于步驟3中需要配制所需濃度的NaClO和NaOH的混合溶液，所以步驟2中需要檢測NaClO濃度。另外在步驟4中還需要稱量尿素的質量及所取次氯酸鈉溶液體積關系，因此也需要步驟2中需要檢測NaClO濃度，所以答案選ac。

（3）由于第一階段需要在低溫下反應，這說明該反應是放熱反應。

（4）共計已知信息可知，在反應極易發生副反應，所以這樣做的目的是減少副反應的發生，提高水合肼的產率。

（5）①碘水是下酸性的，所以滴定時，碘的標準溶液盛放在酸式滴定管中。

②反應中消耗單質碘的物質的量是1.8×10^－3mol，則根據反應的方程式可知水合肼的物質的量是0.9×10^－3mol，所以產品中N₂H₄-H₂O的質量分數為。

③要減少實驗誤差，則步驟d中進一步操作主要是重復步驟b和c2～3次，依據測得的結果，取平均值。

考點：考查物質制備的實驗設計、條件控制、基本實驗操作以及含量的有關計算

點評：該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題。試題綜合性強，難易適中，側重對學生基礎知識的鞏固與訓練，旨在考查學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力，同時也注重對學生答題能力的培養和方法指導，有利于培養學生的邏輯思維能力和發散思維能力。該類試題是一類綜合性較強的試題，如元素及化合物性質和社會生活，環境保護，化學計算等知識。它不僅可考察學生對化學知識的理解程度，更重要的是培養學生的綜合分析能力和思維方法，提升學生的學科素養。