Question

【題目】H2O2的制取及其在污水處理方面的應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)生氧化反應的離子是_______，陰極的電極反應式為_________。

（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：H2PO2-（aq）＋2H2O2（aq）＋2OH（aq）PO43-（aq）＋4H2O（l）。溶液中c（PO43-）與反應時間（t）的關系如圖所示。

①下列可判斷反應達到平衡的是_______（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，陽極發(fā)生反應的是溶液里的陰離子，陰極發(fā)生還原反應；

（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可逆反應達到平衡的判斷就是變化的量不變了，②根據(jù)反應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）該實驗目的是陰陽極同步產(chǎn)生H2O2和過硫酸銨[(NH4)2S2O8]，電解池陽極發(fā)生氧化反應，陽極的溶液為(NH4)2SO4和稀H2SO4，陽極發(fā)生氧化反應的應該是溶液里的陰離子SO42-，陰極區(qū)發(fā)生還原反應生成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相加可得2H2O2（aq）=2H2O（l）＋O2（g），所以該反應的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判斷反應是否達到平衡，a不能用來判斷；

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

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

d．反應中c(PO43-)和c(H2PO2-)分別是生成物與反應物，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，說明反應是在從左向右進行，正反應速率大于逆反應速率，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 。