Question

7．過(guò)氧化氫（H₂O₂）俗稱雙氧水．是一種重要的化工產(chǎn)品，具有漂白、氧化、消毒、殺菌等多種功效，廣泛應(yīng)用于紡織、造紙、化工、電子、輕工、污水處理等工業(yè)．回答下列問(wèn)題：
（1）H₂O₂的電子式為．
（2）用H₂O₂與稀硫酸的混合溶液可溶出印刷電路板金屬粉末中的銅．
已知：Cu（s）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+H₂（g）△H=+64kJ/mol
2H₂O₂（1）═2H₂O（l）+O₂（g）△H=-196kJmol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-286kJ/mol
則在稀硫酸溶液中Cu與H₂O₂反應(yīng)生成Cu²⁺和H₂O的熱化學(xué)方程式為：Cu（s）+H₂O₂（l）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+2H₂O（l）△H=-320kJ/mol．
（3）工業(yè)上常用電解硫酸氫銨水溶液的方法制備過(guò)氧化氫，其原理為：首先2NH₄HSO₄$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$（NH₄）₂S₂O₈+H₂↑，然后由（NH₄）₂S₂O₈水解得到H₂O₂和另一產(chǎn)物．則：
①電解時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-；
②（NH₄）₂S₂O₈水解時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂．
（4）現(xiàn)甲、乙兩個(gè)化學(xué)小組利用兩套相同裝置，通過(guò)測(cè)定產(chǎn)生相同體積氣體所用時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)探究影響H₂O₂分解速率的因素（僅一個(gè)條件改變）．甲小組有如下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案．

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	溫度	催化劑	濃度
甲組實(shí)驗(yàn)Ⅰ	25℃	三氧化二鐵	10mL5%H2O2
甲組實(shí)驗(yàn)Ⅱ	25℃	二氧化錳	10mL 5%H2O2

甲、乙兩小組得出如圖數(shù)據(jù)．
①甲小組實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是H₂O₂分解時(shí)，MnO₂比Fe₂O₃催化效率更高．
②由乙組研究的酸、堿對(duì)H₂O₂分解影響因素的數(shù)據(jù)分析，相同條件下H₂O₂在堿（填“酸”或“堿”）性環(huán)境下放出氣體速率較快；由此，乙組提出可以用BaO2固體與硫酸溶液反應(yīng)制H₂O₂，其反應(yīng)的離子方程式為BaO₂+2H⁺+SO₄^2-═BaSO₄↓+H₂O₂；支持這一方案的理由是（BaSO₄的生成有利于平衡右移即有利于H₂O₂的生成）酸性環(huán)境有利于H₂O₂的存在（等其他合理原因）．
③已知過(guò)氧化氫還是一種極弱的二元酸：H₂O₂?H⁺+HO₂^-（K${\;}_{{a}_{1}}$=2.4×10^-12）．當(dāng)稀H₂O₂溶液在堿性環(huán)境下分解時(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng)H₂O₂+OH^-?HO₂^-+H₂O，該反應(yīng)中，正反應(yīng)速率為V_正=k_正•c（H₂O₂）•c（OH^-），逆反應(yīng)速率為v逆=k_逆•c（H₂O）•c（HO₂^-），其中k_正、k_逆為速率常數(shù)，則k_正與k_逆的比值為1.33×10⁴（保留3位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）H₂O₂中兩個(gè)氫原子分別與兩個(gè)氧原子通過(guò)共用一對(duì)電子結(jié)合，兩個(gè)氧原子之間通過(guò)共用1對(duì)電子結(jié)合；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（3）①電解硫酸氫銨水溶液得到（NH₄）₂S₂O₈和H₂，電解池中陰極是得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，陽(yáng)極SO₄^2-失去e^-生成S₂O₈^2-；
②（NH₄）₂S₂O₈溶液水解得到過(guò)氧化氫的水溶液，則（NH₄）₂S₂O₈水解生成雙氧水和硫酸氫銨；
（4）①在體積-時(shí)間圖，斜率即可代表化學(xué)反應(yīng)速率，甲組實(shí)驗(yàn)Ⅰ、II催化劑不同；
②由乙組研究的酸、堿對(duì)H₂O₂分解影響因素的數(shù)據(jù)分析可知堿性越強(qiáng)，放出氣體的速率越快；根據(jù)BaO₂固體與硫酸溶液反應(yīng)制H₂O₂和硫酸鋇進(jìn)行解答；
③根據(jù)K${\;}_{{a}_{1}}$、K_W、以及V_正、v_逆公式進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）H₂O₂為共價(jià)化合物，分子中存在兩個(gè)氧氫鍵和一個(gè)O-O鍵，雙氧水的電子式為，
故答案為：；
（2）①Cu（s）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+H₂（g）△H=+64kJ/mol，
②2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H=-196kJ/mol，
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-286kJ/mol
由蓋斯定律①+$\frac{1}{2}$×②+③得到：Cu（s）+H₂O₂（l）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+2H₂O（l）△H=-320kJ/mol；
故答案為：Cu（s）+H₂O₂（l）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+2H₂O（l）△H=-320kJ/mol；
（3）①電解硫酸氫銨水溶液得到（NH₄）₂S₂O₈和H₂，電解池中陰極是得到電子的，所以為溶液中的氫離子放電，方程式是2H⁺+2e^-═H₂↑，陽(yáng)極SO₄^2-失去e^-生成S₂O₈^2-，陽(yáng)極的電極反應(yīng)方程是：2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-，
故答案為：2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-；
②（NH₄）₂S₂O₈水解得到H₂O₂和另一產(chǎn)物，另一產(chǎn)物為NH₄HSO₄，反應(yīng)方程式為（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂，
故答案為：（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂；
（4）①由圖象可知在體積-時(shí)間圖，斜率即可代表化學(xué)反應(yīng)速率，由甲組實(shí)驗(yàn)兩條曲線可知，甲組實(shí)驗(yàn)Ⅱ斜率大，因此分解速率越快，說(shuō)明H₂O₂分解時(shí)，MnO₂比Fe₂O₃催化效率更高，
故答案為：H₂O₂分解時(shí)，MnO₂比Fe₂O₃催化效率更高；
②由乙組研究的酸、堿對(duì)H₂O₂分解影響因素的數(shù)據(jù)分析可知堿性越強(qiáng)，放出氣體的速率越快，由題意知BaO₂固體與H₂SO₄溶液反應(yīng)制H₂O₂的反應(yīng)物為BaO₂和H₂SO₄，產(chǎn)物為H₂O₂，根據(jù)原子守恒可知另一種產(chǎn)物為硫酸鋇，即：BaO₂+H₂SO₄=H₂O₂+BaSO₄↓，離子方程式為：BaO₂+2H⁺+SO₄^2-═BaSO₄↓+H₂O₂，由圖可知酸性條件下，H₂O₂分解的速率慢，相同條件下H₂O₂在堿性條件下快，可能BaSO₄的生成有利于平衡右移即有利于H₂O₂的生成，或酸性環(huán)境有利于H₂O₂的存在（等其他合理原因），
故答案為：堿；BaO₂+2H⁺+SO₄^2-═BaSO₄↓+H₂O₂；（BaSO₄的生成有利于平衡右移即有利于H₂O₂的生成）酸性環(huán)境有利于H₂O₂的存在（等其他合理原因）；
③水的物質(zhì)的量濃度為55.6 mol/L，$\frac{k正}{k逆}$=$\frac{c（{H}_{2}O）•c（H{{O}_{2}}^{-}），}{C（{H}_{2}{O}_{2}）•C（O{H}^{-}）}$=$\frac{C（{H}_{2}O）•{K}_{a}}{{K}_{W}}$=$\frac{55.6×2.4×1{0}^{-12}}{1.0×1{0}^{-14}}$≈1.33×10⁴，
故答案為：1.33×10⁴．

點(diǎn)評(píng) 本題考查過(guò)氧化氫的有關(guān)知識(shí)，為高考常見(jiàn)題型和高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?jì)算能力的考查，注意外界因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，（4）③計(jì)算是該題的難點(diǎn)，題目難度中等．