Question

【題目】生產(chǎn)中可用雙氧水氧化法處理電鍍含氰廢水，某化學興趣小組模擬該法探究有關因素對破氰反應速率的影響(注：破氰反應是指氧化劑將CN－氧化的反應)。

【相關資料】

①氰化物主要是以CN－和[Fe(CN)6]3－兩種形式存在。

②Cu2＋可作為雙氧水氧化法破氰處理過程中的催化劑；Cu2＋在偏堿性條件下對雙氧水分解影響較弱，可以忽略不計。

③[Fe(CN)6]3－較CN－難被雙氧水氧化，且pH越大，[Fe(CN)6]3－越穩(wěn)定，越難被氧化。

【實驗過程】

在常溫下，控制含氰廢水樣品中總氰的初始濃度和催化劑Cu2＋的濃度相同，調節(jié)含氰廢水樣品不同的初始pH和一定濃度雙氧水溶液的用量，設計如下對比實驗：

(1)請完成以下實驗設計表(表中不要留空格)。

實驗序號	實驗目的	初始pH	廢水樣品體積/mL	CuSO4溶液的體積/mL	雙氧水溶液的體積/mL	蒸餾水的體積/mL
①	為以下實驗操作參考	7	60	10	10	20
②	廢水的初始pH對破氰反應速率的影響	12	60	10	10	20
③	________	7	60	______	______	10

實驗測得含氰廢水中的總氰濃度(以CN－表示)隨時間變化關系如圖所示。

(2)實驗①中20～60 min時間段反應速率：v(CN－)＝______mol·L－1·min－1。

(3)實驗①和實驗②結果表明，含氰廢水的初始pH增大，破氰反應速率減小，其原因可能是____________________(填一點即可)。在偏堿性條件下，含氰廢水中的CN－最終被雙氧水氧化為HCO，同時放出NH3，試寫出該反應的離子方程式：____________。

(4)該興趣小組同學要探究Cu2＋是否對雙氧水氧化法破氰反應起催化作用，請你幫助他們設計實驗并驗證上述結論，完成下表中內容(已知：廢水中的CN－濃度可用離子色譜儀測定) ______。

實驗步驟(不要寫出具體操作過程)	預期實驗現(xiàn)象和結論

Answer 1

【答案】 雙氧水的濃度對破氰反應速率的影響　 10 20 0.017 5 初始pH增大，催化劑Cu2＋會形成Cu(OH)2沉淀，影響了Cu2＋的催化作用(或初始pH增大，[Fe(CN)6]3－較中性和酸性條件下更穩(wěn)定，難以氧化) CN－＋H2O2＋H2O===NH3↑＋HCO

實驗方案(不要求寫出具體操作過程)	預期實驗現(xiàn)象和結論
分別取等體積、等濃度的含氰廢水于甲、乙兩支試管中，再分別加入等體積、等濃度的雙氧水溶液，只向甲試管中加入少量的無水硫酸銅粉末，用離子色譜儀測定相同反應時間內兩支試管中的CN－濃度	相同時間內，若甲試管中的CN－濃度小于乙試管中的CN－濃度，則Cu2＋對雙氧水破氰反應起催化作用；若兩試管中的CN－濃度相同，則Cu2＋對雙氧水破氰反應不起催化作用

【解析】（1）影響該反應的因素有pH以及雙氧水的濃度，實驗目的為廢水的初始pH對破氰反應速率的影響和雙氧水的濃度對破氰反應速率的影響，其他量應不變，而且總體積不變，所以CuSO4溶液的體積為10 mL，雙氧水的體積為20 mL。（2）根據(jù)圖像可知實驗①中20～60 min時間段反應速率v(CN－)＝＝0.017 5 mol·L－1·min－1。（3）pH越大，[Fe(CN)6]3－越穩(wěn)定，越難被氧化，所以破氰反應速率減小；因為氰廢水中的CN一最終被雙氧水氧化為HCO3－，其中的碳由＋2價變成＋4價，1 mol CN－反應轉移2 mol的電子，而1 mol過氧化氫得到2 mol的電子，所以CN一和H2O2的物質的量之比為1∶1，因此反應的離子方程式為CN－＋H2O2＋H2O===NH3↑＋HCO3－。（4）要探究Cu2＋是否對雙氧水氧化法破氰反應起催化作用，其它條件應該是相同的，因此實驗方案為：分別取溫度相同、體積、濃度相同的含氰廢水的試樣兩等份，滴加過氧化氫，一份中加入少量的無水硫酸銅粉末，另一份不加，用離子色譜儀測定相同反應時間內兩支試管中的CN－濃度，如果在相同時間內，甲試管中的CN－濃度小于乙試管中的CN－濃度，則Cu2＋對雙氧水破氰反應起催化作用，反之則不起催化作用。