Question

【題目】H2O2的制取及其在污水處理方面的應(yīng)用是當前科學研究的熱點。 回答下列問題：

（1）陰陽極同步產(chǎn)生過氧化氫和過硫酸銨[（NH4）2S2O8]的原理如圖所示。陽極發(fā)生氧化反應(yīng)的離子是_______，陰極的電極反應(yīng)式為_________。

（2）100℃時，在不同金屬離子存在下，純過氧化氫24h的分解率見下表：

離子	加入量/（mg·L-1）	分解率/%		離子	加入量/（mg·L-1）	分解率/%
無	—	2		Fe3+	1.0	15
Al3+	10	2		Cu2+	0.1	86
Zn2+	10	10		Cr3+	0.1	96

由上表數(shù)據(jù)可知，能使過氧化氫分解反應(yīng)活化能降低最多的離子是_______。貯運過氧化氫時，可選用的容器材質(zhì)為________（填標號）。

A 純鋁 B 黃銅 C 鑄鐵 D 不銹鋼

（3）在弱堿性條件下，H2O2的一種催化分解機理如下：

H2O2（aq）＋Mn2+（aq）=OH（aq）＋Mn3+（aq）＋OH－（aq） ΔH＝a kJ/mol

H2O2（aq）＋Mn3+（aq）＋2OH－（aq）=Mn2+（aq）＋·O2- （aq）＋2H2O（l） Δ＝b kJ/mol

OH（aq）＋·O2-（aq）=O2（g）＋OH－（aq） ΔH＝c kJ/mol

則2H2O2（aq）=2H2O（l）＋O2（g）的ΔH＝_________，該反應(yīng)的催化劑為________。

（4）298 K時，將10 mL a mol·L1 NaH2PO2、10 mL 2a mol·L1 H2O2溶液和10 mL NaOH溶液混合，發(fā)生反應(yīng)：H2PO2-（aq）＋2H2O2（aq）＋2OH（aq）PO43-（aq）＋4H2O（l）。溶液中c（PO43-）與反應(yīng)時間（t）的關(guān)系如圖所示。

①下列可判斷反應(yīng)達到平衡的是_______（填標號）。

a c（H2PO2-）＝y mol·L1

b 溶液的pH不再變化

c v（H2O2）＝2v（H2PO2-）

d c（PO43-）/c（H2PO2-）不再變化

②tm時v逆_____tn時v逆（填“大于”“小于”或“等于”）。

③若平衡時溶液的pH＝12，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K為___________。

Answer 1

【答案】SO42- O2＋2H＋＋2e－=H2O2 Cr3+ A （a＋b＋c）kJ·mol－1 Mn2+ b d 小于 （L/mol）4

【解析】

(1)電解池陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極發(fā)生反應(yīng)的是溶液里的陰離子，陰極發(fā)生還原反應(yīng)；

（2）由表中數(shù)據(jù)分析，加入量少且使雙氧水分解率大的離子就是能使過氧化氫分解反應(yīng)活化能降低最多的離子，貯運過氧化氫時，可選用的容器材質(zhì)不能促進雙氧水分解;

(3)根據(jù)蓋斯定律進行分析解答；

(4)①可逆反應(yīng)達到平衡的判斷就是變化的量不變了，②根據(jù)反應(yīng)處于平衡的哪一階段來考慮，③用三段式列式計算。

根據(jù)以上分析解答此題。

（1）該實驗?zāi)康氖顷庩枠O同步產(chǎn)生H2O2和過硫酸銨[(NH4)2S2O8]，電解池陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極的溶液為(NH4)2SO4和稀H2SO4，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)的應(yīng)該是溶液里的陰離子SO42-，陰極區(qū)發(fā)生還原反應(yīng)生成H2O2，根據(jù)陰極區(qū)溶液H2SO4、Na2SO4以及左邊有空氣不斷輸入寫出反應(yīng)式：O2＋2H＋＋2e－=H2O2。

答案為：SO42- ；O2＋2H＋＋2e－=H2O2。

(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，Cr3+加入的量最少，H2O2的分解率最大，所以能使過氧化氫分解反應(yīng)活化能降低最多的離子是Cr3+，貯運H2O2時，要求容器材質(zhì)不能促進H2O2分解，由表中數(shù)據(jù)可知選純鋁最好。

答案為：Cr3+； A。

(3) H2O2（aq）＋Mn2+（aq）=OH（aq）＋Mn3+（aq）＋OH－（aq） ΔH＝a kJ/mol

H2O2（aq）＋Mn3+（aq）＋2OH－（aq）=Mn2+（aq）＋·O2- （aq）＋2H2O（l） ΔH＝b kJ/mol

OH（aq）＋·O2-（aq）=O2（g）＋OH－（aq） ΔH＝c kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律可知以上三個反應(yīng)相加可得2H2O2（aq）=2H2O（l）＋O2（g），所以該反應(yīng)的ΔH=(a＋b＋c)kJ·mol－1 。

答案為：(a＋b＋c)kJ·mol－1 。

(4)①a．由圖可知，平衡時產(chǎn)物c(PO43-)＝y mol·L1，但平衡時反應(yīng)物濃度可能與生成物相同也可能不同，所以不能用c(H2PO2-)＝y mol·L1判斷反應(yīng)是否達到平衡，a不能用來判斷；

b．反應(yīng)中要消耗OH，溶液的pH會發(fā)生變化，當pH不再變化就可以判斷反應(yīng)達到平衡，b可以用來判斷；

c．v（H2O2）＝2v（H2PO2-）未指明是正反應(yīng)速率還是逆反應(yīng)速率，無法判斷，c不能用來判斷；

d．反應(yīng)中c(PO43-)和c(H2PO2-)分別是生成物與反應(yīng)物，只要沒有達到平衡，c（PO43-）/c（H2PO2-）的比值就在不斷變化，當比值不再發(fā)生變化，就說明反應(yīng)達到了平衡，d可以用來判斷；

答案為:b d。

②由圖可知從 tm到tn時c(PO43-)在不斷增大，說明反應(yīng)是在從左向右進行，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，tn時的生成物c(PO43-)濃度比tm時的要多，所以tm時v逆小于tn時v逆。

答案為：小于。

③若平衡時溶液的pH＝12，用三段式計算：

平衡常數(shù)k=

。

答案為：(L/mol)4 。