Question

6．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]，其合成工艺流程如下，请回答下列问题：
（1）操作I、II的名称分别是低温蒸发浓缩，冷却结晶、过滤．CO（NH₂）₂•H₂O₂分子中尿素和过氧化氢之间以氢键结合，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的热化学方程式：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+164.9 kJ/mol．
（3）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/LKMnO₄标准溶液滴定，三次滴定平均消耗KMnO₄溶液20.00mL．（KMnO₄溶液与尿素不反应）．
①完成并配平方程式：
MnO₄^-+H₂O₂+6H⁺=Mn²⁺+O₂↑+8H₂O；
②计算出产品中H₂O₂的质量分数为28.3%．
（4）电解含尿素的废水既可以处理废水，又可制得纯氢，电解原理如图所示．电解池中隔膜仅阻止气体通过，A、B两极均为惰性电极．请写出阳极的电极反应方程为CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-=N₂↑+CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

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）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%
（4）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，所以应使溶液在低温蒸发浓缩，冷却结晶，因此操作I、II的名称分别是低温蒸发浓缩，冷却结晶，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：低温蒸发浓缩，冷却结晶；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）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×$\frac{5}{2}$×10×34g/mol÷12g×100%=28.3%；
故答案为：28.3%；
（4）根据图示，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．