Question

（16分）尿素可作為H₂O₂的穩定載體，生產一種固態、耐儲存、易運輸的新型氧化劑和消毒劑—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______、_______。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）工業上生產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
②
寫出CH₄與水蒸氣作用生產CO₂和H₂的熱化學方程式：_______________。
（3）合成過氧化氫尿素加入的穩定劑可以是水楊酸、酒石酸等。酒石酸分子式為C₄H₆O_6，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計算出產品中H₂O₂的質量分數為_______。
（5）電解尿素的廢水既可以處理廢水，又可制得純氫，電解原理如圖所示。電解池中隔膜僅阻止氣體通過，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

（16分）
（1）低溫蒸發、過濾（2分）   氫鍵（1分）
（2）CH₄(g)＋2H₂O(g)==CO₂(g)＋4H₂(g) DH＝+164．9 kJ/mol（3分）
（3）（2分）
（4）①2MnO ＋5H₂O₂＋6H^＋==2Mn²⁺＋5O₂↑＋8H₂O（2分）    ②28．3 %（2分）
（5）負（2分）    CO(NH₂)₂－6e^－＋8OH^－ == N₂↑＋CO ＋6H₂O（2分）

試題分析：（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，因此操作I、II的名稱分別是低溫蒸發、過濾；CO(NH₂)₂·H₂O₂分子中尿素和過氧化氫都已經達到穩定結構，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，然后根據蓋斯定律求焓變，?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。
（3）酒石酸只含羧基和羥基兩種官能團，根據不飽和度，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
（4）①根據氧化還原反應中，化合價升高的價數和降低相等，MnO₄?中Mn元素降低5價，H₂O₂中O元素升高1價，所以MnO₄?和Mn²⁺的系數為2，H₂O₂和O₂的系數為5，然后利用觀察法配平化學方程式。
②根據反應時KMnO₄與H₂O₂的物質的量之比為2:5，可得產品中H₂O₂的質量分數=0．2mol/L×0．02L×5/2×10×34g/mol÷12g×100% =28．3%
（5）根據圖示，B極發生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↑＋CO＋6H₂O