Question

6．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]，其合成工藝流程如下，請回答下列問題：
（1）操作I、II的名稱分別是低溫蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過濾．CO（NH₂）₂•H₂O₂分子中尿素和過氧化氫之間以氫鍵結(jié)合，其結(jié)合力較弱，具有尿素和過氧化氫雙重性質(zhì)．

（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(yīng)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(xué)方程式：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=+164.9 kJ/mol．
（3）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/LKMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，三次滴定平均消耗KMnO₄溶液20.00mL．（KMnO₄溶液與尿素不反應(yīng)）．
①完成并配平方程式：
MnO₄^-+H₂O₂+6H⁺=Mn²⁺+O₂↑+8H₂O；
②計算出產(chǎn)品中H₂O₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28.3%．
（4）電解含尿素的廢水既可以處理廢水，又可制得純氫，電解原理如圖所示．電解池中隔膜僅阻止氣體通過，A、B兩極均為惰性電極．請寫出陽極的電極反應(yīng)方程為CO（NH₂）₂-6e^-+8OH^-=N₂↑+CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）因為過氧化尿素具有尿素和過氧化氫雙重性質(zhì)，受熱易分解，所以應(yīng)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(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，二者之間的結(jié)合力較弱，應(yīng)該為氫鍵；
（2）首先寫出CH₄與H₂O反應(yīng)的化學(xué)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(xué)方程式．
（3）①根據(jù)氧化還原反應(yīng)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(xué)方程式．
②根據(jù)反應(yīng)時KMnO₄與H₂O₂的物質(zhì)的量之比為2：5，可得產(chǎn)品中H₂O₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=0.2mol/L×0.02L×5/2×10×34g/mol÷12g×100%=28.3%
（4）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(fù)極；陽極CO（NH₂）₂失去電子轉(zhuǎn)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(zhì)，受熱易分解，所以應(yīng)使溶液在低溫蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，因此操作I、II的名稱分別是低溫蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾；CO（NH₂）₂•H₂O₂分子中尿素和過氧化氫都已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，二者之間的結(jié)合力較弱，應(yīng)該為氫鍵；
故答案為：低溫蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶；過濾；氫鍵；
（2）首先寫出CH₄與H₂O反應(yīng)的化學(xué)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(xué)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）①根據(jù)氧化還原反應(yīng)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(xué)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(yīng)時KMnO₄與H₂O₂的物質(zhì)的量之比為2：5，可得產(chǎn)品中H₂O₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=0.2mol/L×0.02L×$\frac{5}{2}$×10×34g/mol÷12g×100%=28.3%；
故答案為：28.3%；
（4）根據(jù)圖示，陽極CO（NH₂）₂失去電子轉(zhuǎn)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(zhì)分離方法，化學(xué)方程式計算，有機(jī)物質(zhì)結(jié)構(gòu)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(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．