Question

尿素可作为H₂O₂的稳定载体，生产一种固态、耐储存、易运输的新型氧化剂和消毒剂-过氧化尿素[CO（NH₂）₂?H₂O₂]，其合成工艺流程如图1：

请回答下列问题：
（1）操作I、Ⅱ的名称分别是

 

、

 

．CO（NH₂）₂?H₂O₂分子中尿素和过氧化氢之间以

 

结合，其结合力较弱，具有尿素和过氧化氢双重性质．
（2）工业上生产尿素所需的原料气可由天然气与水反应制备，已知：
①甲烷、氢气的燃烧热分别为890.3kJ/mol、285.8kJ/mol
②H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol．
写出CH₄与水蒸气作用生产CO₂和H₂的热化学方程：

 

．
（3）合成过氧化氢尿素加入的稳定剂可以是水杨酸、酒石酸等．酒石酸分子式为C₄H₆O₆，其核磁共振氢谱只有3种锋，只含羧基和羟基两种官能团，则酒石酸的结构简式为

 

．
（4）为测定产品中H₂O₂的含量，称取干燥样品12.0g配成250mL溶液，取25.00mL
于锥形瓶中，加入适量硫酸酸化，用0.20mol/L KMnO₄标准溶液滴定，三次滴定平均消耗KMnO₄溶液20.00mL．（KMO₄溶液与尿素不反应）．
①完成并配平方程式：
MnO₄^-+H₂O₂+=Mn²⁺+O₂↑+

 

；
②计算出产品中H₂O₂的质量分数为

 

．
（5）电解尿素的废水既可以处理废水，又可制得纯氢，电解原理如图2所示．电解池中隔膜仅阻止气体通过，
A、B两极均为惰性电极．B极连接电源的

 

极（填“正”或“负”），阳极电极反应方程为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,化学方程式的有关计算,氧化还原反应方程式的配平,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）因为过氧化尿素具有尿素和过氧化氢双重性质，受热易分解，所以应使溶液在较低温度下蒸发，因此操作I、II的名称分别是低温蒸发、过滤；CO（NH₂）₂?H₂O₂分子中尿素和过氧化氢都已经达到稳定结构，二者之间的结合力较弱，应该为氢键；
（2）首先写出CH₄与H₂O反应的化学方程式并注明状态，然后根据盖斯定律求焓变，可得热化学方程式．
（3）酒石酸只含羧基和羟基两种官能团，根据不饱和度，应含有2个羧基和2个羟基，核磁共振氢谱只有3种锋，说明H原子位置只有3种，为对称结构；
（4）①根据氧化还原反应中，化合价升高的价数和降低相等，MnO₄?中Mn元素降低5价，H₂O₂中O元素升高1价，所以MnO₄?和Mn²⁺的系数为2，H₂O₂和O₂的系数为5，然后利用观察法配平化学方程式．
②根据反应时KMnO₄与H₂O₂的物质的量之比为2：5，可得产品中H₂O₂的质量分数=0.2mol/L×0.02L×5/2×10×34g/mol÷12g×100%=28.3%
（5）根据图示，B极发生H⁺得电子生成H₂，所以B为阴极，连接电源的负极；阳极CO（NH₂）₂失去电子转化为N₂，因为电解液含KOH，所以电极方程式为：CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-═N₂↑+CO₃^2-+6H₂O

解答： 解：（1）因为过氧化尿素具有尿素和过氧化氢双重性质，受热易分解，所以应使溶液在较低温度下蒸发，因此操作I、II的名称分别是低温蒸发、过滤；CO（NH₂）₂?H₂O₂分子中尿素和过氧化氢都已经达到稳定结构，二者之间的结合力较弱，应该为氢键；
故答案为：低温蒸发、过滤，氢键；
（2）首先写出CH₄与H₂O反应的化学方程式并注明状态，然后根据盖斯定律求焓变，△H=-890.3kJ?mol?¹+4×285.8kJ?mol?¹-2×44kJ?mol?¹ =+164.9 kJ?mol?¹，可得热化学方程式为：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+164.9 kJ/mol；
故答案为：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+164.9 kJ/mol；
（3）酒石酸只含羧基和羟基两种官能团，根据不饱和度，应含有2个羧基和2个羟基，核磁共振氢谱只有3种锋，说明H原子位置只有3种，为对称结构，所以结构简式为；
故答案为：；
（4）①根据氧化还原反应中，化合价升高的价数和降低相等，MnO₄?中Mn元素降低5价，H₂O₂中O元素升高1价，所以MnO₄?和Mn²⁺的系数为2，H₂O₂和O₂的系数为5，然后利用观察法配平化学方程式为：2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺═2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O；
故答案为：2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺═2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O；
②根据2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺═2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O，反应时KMnO₄与H₂O₂的物质的量之比为2：5，可得产品中H₂O₂的质量分数=0.2mol/L×0.02L×

5

2

×10×34g/mol÷12g×100%=28.3%；
故答案为：28.3%；
（5）根据图示，B极发生H⁺得电子生成H₂，所以B为阴极，连接电源的负极；阳极CO（NH₂）₂失去电子转化为N₂，因为电解液含KOH，所以电极方程式为：CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-═N₂↑+CO₃^2-+6H₂O；
故答案为：CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-=N₂↑+CO₃^2-+6H₂O；

点评：本题考查了物质分离方法，化学方程式计算，有机物质结构分析判断，离子方程式书写，实验 过程分析和电解池原理的理解应用是解题关键，题目难度中等．