Question

【題目】H2O2的制取及其在污水處理方面的應(yīng)用是當(dāng)前科學(xué)研究的熱點(diǎn)。

(1)“氧陰極還原法”制取H2O2的原理如題圖所示：

陰極表面發(fā)生的電極反應(yīng)有：

Ⅰ.2H++O2+2e-=H2O2

Ⅱ. H2O2+2H++ 2e-=2H2O

Ⅲ. 2H+ +2e-=H2↑

①寫出陽極表面的電極反應(yīng)式：___。

②其他條件相同時(shí)，不同初始pH(均小于2)條件下，H2O2濃度隨電解時(shí)間的變化如圖所示，c(H+)過大或過小均不利于H2O2制取，原因是_______。

(2)存堿性條件下，H2O2的一種催化分解機(jī)理如下：

H2O2(aq)+Mn2+(aq)=·OH(aq)+Mn3+(aq)+OH-(aq) H=akJ/mol

H2O2(aq)+ Mn3+(aq) +2OH-(aq)= Mn2+(aq) +·O2-(aq) +2H2O(l) H=bkJ/mol

·OH(aq) +·O2-(aq)=O2(g) +OH-(aq) H=ckJ/mol

2H2O2(aq)= 2H2O(l)+O2(g) △H=_______ 。該反應(yīng)的催化劑為 ____。

(3)H2O2、O3在水中可形成具有超強(qiáng)氧化能力的羥基自由基(·OH)，可有效去除廢水中的次磷酸根離子(H2PO2-)。

①弱堿性條件下·OH將H2PO2-氧化成PO43-，理論上l.7g·OH可處理含0.001mol/L H2PO2-的模擬廢水的體積為______。

②為比較不同投料方式下含H2PO2-模擬廢水的處理效果，向兩份等體積廢水樣品中加入等量H2O2和O3，其中一份再加入FeSO4。反應(yīng)相同時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示：

添加FeSO4后，次磷酸鹽氧化率、磷元素沉淀率均顯著提高，原因是______。

Answer 1

【答案】 c（H+）過小時(shí)，反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)反應(yīng)速率較慢，c（H+）過大時(shí)，主要發(fā)生反應(yīng)Ⅲ （a+b+c）kJ/mol Mn2+ 25L Fe2+促進(jìn)H2O2和O3產(chǎn)生·OH，氧化產(chǎn)生的Fe3+將PO43-轉(zhuǎn)化為FePO4沉淀

【解析】

（1）由電解裝置圖可知陽極表面消耗水，產(chǎn)生氧氣，以此寫出電極方程式；

（2）由蓋斯定律可得，①＋②+③可得所求熱化學(xué)方程式，中間產(chǎn)物Mn2+為催化劑；

（3）①弱堿性條件下OH將H2PO2-氧化成PO43-，反應(yīng)為：,以此計(jì)算廢水的體積；

②由圖可知添加FeSO4后，次磷酸鹽氧化率、磷元素沉淀率均顯著提高，原因是Fe2+促進(jìn)H2O2和O3產(chǎn)生·OH，氧化產(chǎn)生的Fe3+將PO43-轉(zhuǎn)化為FePO4沉淀。

（1）由電解裝置圖可知陽極表面消耗水，產(chǎn)生氧氣，則電極方程式為，

故答案為：；

（2）已知：①H2O2(aq)+Mn2+(aq)=·OH(aq)+Mn3+(aq)+OH-(aq) H=akJ/mol

②H2O2(aq)+ Mn3+(aq) +2OH-(aq)= Mn2+(aq) +·O2-(aq) +2H2O(l) H=bkJ/mol

③·OH(aq) +·O2-(aq)=O2(g) +OH-(aq) H=ckJ/mol

由蓋斯定律可得，①＋②+③可得所求熱化學(xué)方程式，則△H=（a+b+c）kJ/mol， Mn2+為中間產(chǎn)物反應(yīng)前后不發(fā)生改變?yōu)榇呋瘎��?/span>

故答案為：（a+b+c）kJ/mol；Mn2+；

（3）①弱堿性條件下·OH將H2PO2-氧化成PO43-，反應(yīng)為：, l.7g·OH物質(zhì)的量，則參與反應(yīng)的H2PO2-物質(zhì)的量為0.025mol，則廢水的體積，

故答案為：25L；

②由圖可知添加FeSO4后，次磷酸鹽氧化率、磷元素沉淀率均顯著提高，原因是Fe2+促進(jìn)H2O2和O3產(chǎn)生·OH，氧化產(chǎn)生的Fe3+將PO43-轉(zhuǎn)化為FePO4沉淀，

故答案為：Fe2+促進(jìn)H2O2和O3產(chǎn)生·OH，氧化產(chǎn)生的Fe3+將PO43-轉(zhuǎn)化為FePO4沉淀。