Question

尿素可作為H₂O₂的穩(wěn)定載體，生產(chǎn)一種固態(tài)、耐儲存、易運輸?shù)男滦脱趸瘎┖拖�毒�?過氧化尿素[CO（NH₂）₂?H₂O₂]，其合成工藝流程如圖1：

請回答下列問題：
（1）操作I、Ⅱ的名稱分別是

 

、

 

．CO（NH₂）₂?H₂O₂分子中尿素和過氧化氫之間以

 

結合，其結合力較弱，具有尿素和過氧化氫雙重性質．
（2）工業(yè)上生產(chǎn)尿素所需的原料氣可由天然氣與水反應制備，已知：
①甲烷、氫氣的燃燒熱分別為890.3kJ/mol、285.8kJ/mol
②H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol．
寫出CH₄與水蒸氣作用生產(chǎn)CO₂和H₂的熱化學方程：

 

．
（3）合成過氧化氫尿素加入的穩(wěn)定劑可以是水楊酸、酒石酸等．酒石酸分子式為C₄H₆O₆，其核磁共振氫譜只有3種鋒，只含羧基和羥基兩種官能團，則酒石酸的結構簡式為

 

．
（4）為測定產(chǎn)品中H₂O₂的含量，稱取干燥樣品12.0g配成250mL溶液，取25.00mL
于錐形瓶中，加入適量硫酸酸化，用0.20mol/L KMnO₄標準溶液滴定，三次滴定平均消耗KMnO₄溶液20.00mL．（KMO₄溶液與尿素不反應）．
①完成并配平方程式：
MnO₄^-+H₂O₂+=Mn²⁺+O₂↑+

 

；
②計算出產(chǎn)品中H₂O₂的質量分數(shù)為

 

．
（5）電解尿素的廢水既可以處理廢水，又可制得純氫，電解原理如圖2所示．電解池中隔膜僅阻止氣體通過，
A、B兩極均為惰性電極．B極連接電源的

 

極（填“正”或“負”），陽極電極反應方程為

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,化學方程式的有關計算,氧化還原反應方程式的配平,制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：（1）因為過氧化尿素具有尿素和過氧化氫雙重性質，受熱易分解，所以應使溶液在較低溫度下蒸發(fā)，因此操作I、II的名稱分別是低溫蒸發(fā)、過濾；CO（NH₂）₂?H₂O₂分子中尿素和過氧化氫都已經(jīng)達到穩(wěn)定結構，二者之間的結合力較弱，應該為氫鍵；
（2）首先寫出CH₄與H₂O反應的化學方程式并注明狀態(tài)，然后根據(jù)蓋斯定律求焓變，可得熱化學方程式．
（3）酒石酸只含羧基和羥基兩種官能團，根據(jù)不飽和度，應含有2個羧基和2個羥基，核磁共振氫譜只有3種鋒，說明H原子位置只有3種，為對稱結構；
（4）①根據(jù)氧化還原反應中，化合價升高的價數(shù)和降低相等，MnO₄?中Mn元素降低5價，H₂O₂中O元素升高1價，所以MnO₄?和Mn²⁺的系數(shù)為2，H₂O₂和O₂的系數(shù)為5，然后利用觀察法配平化學方程式．
②根據(jù)反應時KMnO₄與H₂O₂的物質的量之比為2：5，可得產(chǎn)品中H₂O₂的質量分數(shù)=0.2mol/L×0.02L×5/2×10×34g/mol÷12g×100%=28.3%
（5）根據(jù)圖示，B極發(fā)生H⁺得電子生成H₂，所以B為陰極，連接電源的負極；陽極CO（NH₂）₂失去電子轉化為N₂，因為電解液含KOH，所以電極方程式為：CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-═N₂↑+CO₃^2-+6H₂O

解答： 解：（1）因為過氧化尿素具有尿素和過氧化氫雙重性質，受熱易分解，所以應使溶液在較低溫度下蒸發(fā)，因此操作I、II的名稱分別是低溫蒸發(fā)、過濾；CO（NH₂）₂?H₂O₂分子中尿素和過氧化氫都已經(jīng)達到穩(wěn)定結構，二者之間的結合力較弱，應該為氫鍵；
故答案為：低溫蒸發(fā)、過濾，氫鍵；
（2）首先寫出CH₄與H₂O反應的化學方程式并注明狀態(tài)，然后根據(jù)蓋斯定律求焓變，△H=-890.3kJ?mol?¹+4×285.8kJ?mol?¹-2×44kJ?mol?¹ =+164.9 kJ?mol?¹，可得熱化學方程式為：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+164.9 kJ/mol；
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+164.9 kJ/mol；
（3）酒石酸只含羧基和羥基兩種官能團，根據(jù)不飽和度，應含有2個羧基和2個羥基，核磁共振氫譜只有3種鋒，說明H原子位置只有3種，為對稱結構，所以結構簡式為；
故答案為：；
（4）①根據(jù)氧化還原反應中，化合價升高的價數(shù)和降低相等，MnO₄?中Mn元素降低5價，H₂O₂中O元素升高1價，所以MnO₄?和Mn²⁺的系數(shù)為2，H₂O₂和O₂的系數(shù)為5，然后利用觀察法配平化學方程式為：2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺═2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O；
故答案為：2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺═2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O；
②根據(jù)2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺═2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O，反應時KMnO₄與H₂O₂的物質的量之比為2：5，可得產(chǎn)品中H₂O₂的質量分數(shù)=0.2mol/L×0.02L×

5

2

×10×34g/mol÷12g×100%=28.3%；
故答案為：28.3%；
（5）根據(jù)圖示，B極發(fā)生H⁺得電子生成H₂，所以B為陰極，連接電源的負極；陽極CO（NH₂）₂失去電子轉化為N₂，因為電解液含KOH，所以電極方程式為：CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-═N₂↑+CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-=N₂↑+CO₃^2-+6H₂O；

點評：本題考查了物質分離方法，化學方程式計算，有機物質結構分析判斷，離子方程式書寫，實驗 過程分析和電解池原理的理解應用是解題關鍵，題目難度中等．