Question

【題目】雙氧水是一種重要的氧化劑、漂白劑和消毒劑。它在NCP疫情控制中發(fā)揮重要作用。

（1）工業(yè)生產(chǎn)雙氧水常采用催化劑—乙基蒽醌法，其反應(yīng)過(guò)程如圖所示：

寫出工業(yè)制備H2O2(1)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式___。

（2）過(guò)氧化氫還可以通過(guò)電解-水解法制得。工業(yè)上用Pt作電極材料，電解硫酸氫銨飽和溶液得到過(guò)二硫酸銨[(NH4)2S2O8]，然后加入適量硫酸以水解過(guò)二硫酸銨即得到過(guò)氧化氫。寫出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式___；整個(gè)過(guò)程的總化學(xué)方程式是___。

（3）某課題組在298K時(shí)研究H2O2+2HI=2H2O+I2反應(yīng)速率的影響因素，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表：

試驗(yàn)編號(hào)	1	2	3	4	5
c(HI)/mol·L-1	0.100	0.200	0.300	0.100	0.100
c(H2O2)/mol·L-1	0.100	0.100	0.100	0.200	0.300
v/mol·L-1·s-1	0.00760	0.0153	0.0227	0.0151	0.0228

分析上述數(shù)據(jù)，寫出反應(yīng)速率與物質(zhì)濃度的關(guān)系式___；該反應(yīng)的速率常數(shù)(k)的值為___。

（4）過(guò)氧化氫是強(qiáng)氧化劑，在許多反應(yīng)中有重要的應(yīng)用。在一定溫度下，將0.4molN2H4(g)和0.6molH2O2(g)裝入2L固定容積的容器中，發(fā)生反應(yīng)N2H4(g)+2H2O2(g)N2(g)+4H2O(g) ΔH<0，當(dāng)N2H4(g)的轉(zhuǎn)化率為50%時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的值為___。

實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)中N2H4(g)的轉(zhuǎn)化率(α)與溫度(T)的關(guān)系如圖所示，分析說(shuō)明溫度高于T0時(shí)，N2H4(g)的轉(zhuǎn)化率下降的原因是___。

Answer 1

【答案】H2(g)+O2(g)=H2O2(1) △H=(a+b)kJ·mol-1 2SO42--2e-=S2O82-或2HSO4--2e-=S2O82-+2H+ 2H2OH2O2+H2↑ v=kc(H2O2)c(HI) 0.76 2.56 溫度高于T0，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)；溫度高，過(guò)氧化氫分解，濃度降低，平衡逆向移動(dòng)

【解析】

(1)據(jù)圖可知i：+H2(g)= △H=akJ·mol-1；

ii：+ O2(g)=+ H2O2(1) △H=bkJ·mol-1；

根據(jù)蓋斯定律i+ii可得H2(g)+O2(g)=H2O2(1) △H=(a+b)kJ·mol-1；

(2)電解池中陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電解過(guò)程中硫酸氫銨飽和溶液得到過(guò)二硫酸銨[(NH4)2S2O8]，該過(guò)程中硫酸根中的部分氧原子由-2價(jià)被氧化為-1價(jià)，所以陽(yáng)極的反應(yīng)為：2SO42--2e-=S2O82-；加入適量硫酸以水解過(guò)二硫酸銨即得到過(guò)氧化氫，離子方程式應(yīng)為：S2O82-+2H2O= H2O2+2SO42-+2H+，據(jù)此可知整個(gè)過(guò)程中實(shí)質(zhì)就是電解水，方程式為：2H2O H2O2+H2↑；

(3)濃度越大反應(yīng)速率越大，二者成正比；對(duì)比1和3組數(shù)據(jù)可知，若反應(yīng)速率與濃度之和為正比關(guān)系，則3組的反應(yīng)速率應(yīng)為1組的2倍，但實(shí)際不是，因此反應(yīng)速率應(yīng)與濃度之積有關(guān)，不妨設(shè)v=kcx(H2O2)cy(HI)，根據(jù)2、4組數(shù)據(jù)可知=1，則x=y，則有0.0153=k×0.200x×0.100x，0.0076=k×0.100x×0.100x，聯(lián)立可以解得x=1，k=0.76，所以，反應(yīng)速率與物質(zhì)濃度的關(guān)系式為v=kc(H2O2)c(HI)，其中k=0.76；

(4)容器的容積為2L，則初始投料為c(N2H4)=0.2mol/L，c(H2O2)=0.3mol/L，N2H4的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，據(jù)此可得三段式：

則平衡常數(shù)K=；

該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度高于T0，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，同時(shí)溫度過(guò)高，過(guò)氧化氫分解，濃度降低，平衡逆向移動(dòng)，所以N2H4(g)的轉(zhuǎn)化率下降。