Question

17．Fenton試劑常用于處理含難降解有機物的工業(yè)廢水．通常是在含有亞鐵離子的酸性溶 液中投加過氧化氫，在Fe²⁺催化劑作用下，H₂O₂能產(chǎn)生活潑的羥基自由基，從而引發(fā)和傳播自由基鏈反應，加快有機物和還原性物質(zhì)的氧化．
（1）請寫出羥基自由基的電子式
（2）羥基自由基的氧化能力僅次于氟，可以與大多數(shù)有機污染物發(fā)生快速的鏈式反應，無選擇性地把有害物質(zhì)氧化成CO₂、H₂O，請寫出羥基自由基與廢水中苯酚反應的方程式C₆H₆O+28•OH═6CO₂↑+17H₂O．
（3）已知Fe³⁺+SCN=Fe （SCN）²⁺，在一定溫度下該反應達到平衡時c （Fe³⁺）=0.04mol/L，c （SCN^-）=0.1mol/L，c[Fe （SCN） ²⁺]=0.68mol/L，則此溫度下該反應的平衡常數(shù)K=170L/mol．有同學利用該反應來檢驗Fenton試劑中是否產(chǎn)生Fe³⁺，你認為該辦法是否可行，請說明理由不可行，羥基自由基會氧化SCN^-．
（4）現(xiàn)運用Fenton試劑降解有機污染物p-CP，試探究有關(guān)因素對該降解反應速率的影響．實驗中控制p-CP的初始濃度相同，恒定實驗溫度在298K或313K （其余實驗條件 見下表）設(shè)計如下對比實驗．

實驗編號	實驗目的	T/K	pH	c/10-3mol•L-1
				H2O2	Fe2+
I	為以下實驗作參照	298	3	6.0	0.30
II	探究溫度對降解速率的影響	①	②	③	④
III	⑤	298	10	6.0	0.30

請將表中相應序號處內(nèi)容補充完整①313②3 ⑤探究溶液pH大小對反應速率的影響．
（5）實驗測得p-CP的濃度隨時間變化的關(guān)系如圖所示．

a請根據(jù)上圖實驗I曲線，計算降解反應在50-300s內(nèi)的平均反應速率v （p-CP）=4.8×10^-6mol/（L•s），以及300s時p-CP的降解率為80%；
b．實驗I、II表明溫度升高，降解反應速率增大（填“增大”、“減小”或“不變”）；
c．實驗III得出的結(jié)論是：pH=10時，反應基本停止．

Answer 1

分析 （1）羥基中O原子有兩個未成對電子，與H成一根共價鍵后，還有一個未成對電子，據(jù)此寫出羥基自由基的電子式；
（2）羥基自由基的氧化能力僅次于氟，因此羥基自由基有強氧化性，與廢水中的苯酚發(fā)生反應，反應生成CO₂和水，據(jù)此寫出反應方程式；
（3）反應為Fe³⁺+SCN^-=Fe （SCN）²⁺，該反應的平衡常數(shù)為$K=\frac{c[Fe（SCN）^{2+}]}{c（SC{N}^{-}）c（F{e}^{3+}）}$，將平衡時濃度代入計算，考慮到羥基自由基具有強氧化性，可以氧化SCN^-，據(jù)此分析不能檢驗Fe³⁺的原因；
（4）實驗中控制p-CP的初始濃度相同，恒定實驗溫度在298K或313K，設(shè)計對比實驗，根據(jù)圖表分析，整個實驗都以I為參照，采用控制變量法探究，①處應填溫度，該欄對應的是探究溫度的影響，要改變溫度，數(shù)據(jù)應與I中不同，②處填pH值，但不是探究pH值的影響，則數(shù)據(jù)應與I中的相同，⑤處填實驗內(nèi)容，是探究pH對反應的影響，據(jù)此解答；
（5）a．根據(jù)曲線I，反應經(jīng)歷的時間為△t=300-50=250s，p-CP的濃度改變量為△c=1.6×10^-3-0.4×10^-3=1.2×10^-3mol/L，根據(jù)化學反應的平均速率v （p-CP）=$\frac{△c}{△t}$，p-CP原始濃度為2.0×10^-3mol/L，300s時濃度為0.4×10^-3mol/L，
則300s時反應了p-CP有1.6×10^-3mol/L，則300s時的轉(zhuǎn)化率為轉(zhuǎn)化量與原始濃度的比值的百分數(shù)，據(jù)此計算；
b．實驗I、II是探究溫度變化對反應的影響，II的溫度大于I的溫度，根據(jù)圖象，在相同時間內(nèi)，II中p-CP的濃度下降更多，降解反應速率更快；
c．實驗III是探究pH變化對反應的影響，根據(jù)圖象，III中p-CP的濃度在pH=10時幾乎保持不變，表明反應幾乎停止．

解答 解：（1）羥基中O原子有兩個未成對電子，與H成一根共價鍵后，還有一個未成對電子，則羥基自由基的電子式為，
故答案為：；
（2）羥基自由基的氧化能力僅次于氟，因此羥基自由基有強氧化性，與廢水中的苯酚發(fā)生反應，反應生成CO₂和水，則羥基自由基與廢水中苯酚反應的方程式為C₆H₆O+28•OH═6CO₂↑+17H₂O，
故答案為：C₆H₆O+28•OH═6CO₂↑+17H₂O；
（3）反應為Fe³⁺+SCN^-=Fe （SCN）²⁺，該反應的平衡常數(shù)為$K=\frac{c[Fe（SCN）^{2+}]}{c（SC{N}^{-}）c（F{e}^{3+}）}$，已知平衡時，c （Fe³⁺）=0.04mol/L，c （SCN^-）=0.1mol/L，c[Fe （SCN） ²⁺]=0.68mol/L，則反應的平衡常數(shù)為K=$\frac{0.68mol/L}{0.04mol/L×0.1mol/L}$=170L/mol，
考慮到羥基自由基具有強氧化性，能氧化SCN^-，因此不能用該反應來檢驗Fenton試劑中是否產(chǎn)生Fe³⁺，原因是羥基自由基會氧化SCN^-，
故答案為：170L/mol；不可行，羥基自由基會氧化SCN^-；
（4）實驗中控制p-CP的初始濃度相同，恒定實驗溫度在298K或313K，設(shè)計對比實驗，根據(jù)圖表分析，整個實驗都以I為參照，采用控制變量法探究，①處應填溫度，該欄對應的是探究溫度的影響，要改變溫度，數(shù)據(jù)應與I中不同，故①處填313，
②處填pH值，但不是探究pH值的影響，則數(shù)據(jù)應與I中的相同，故②處填3，
⑤處填實驗內(nèi)容，是探究pH對反應的影響，故⑤處填探究溶液pH大小對反應速率的影響，
故答案為：313；3；探究溶液pH大小對反應速率的影響；
（5）a．根據(jù)曲線I，反應經(jīng)歷的時間為△t=300-50=250s，p-CP的濃度改變量為△c=1.6×10^-3-0.4×10^-3=1.2×10^-3mol/L，則降解反應在50-300s內(nèi)的平均反應速率v （p-CP）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1.2×1{0}^{-3}mol/L}{250s}$=4.8×10^-6mol/（L•s），根據(jù)圖象，
p-CP原始濃度為2.0×10^-3mol/L，300s時濃度為0.4×10^-3mol/L，則300s時的轉(zhuǎn)化率為α=$\frac{1.6×1{0}^{-3}mol/L}{2.0×1{0}^{-3}mol/L}×100%$=80%，
故答案為：4.8×10^-6mol/（L•s）；80%；
b．實驗I、II是探究溫度變化對反應的影響，II的溫度大于I的溫度，根據(jù)圖象，在相同時間內(nèi)，II中p-CP的濃度下降更多，降解反應速率更快，
故答案為：增大；
c．實驗III是探究pH變化對反應的影響，根據(jù)圖象，III中p-CP的濃度在pH=10時幾乎保持不變，表明反應幾乎停止，
故答案為：反應基本停止．

點評 本題主要考察化學原理部門知識，包含電子式的書寫，氧化還原反應方程式的書寫，平衡常數(shù)的計算，化學反應速率的計算，轉(zhuǎn)化率的計算，結(jié)合圖象分析是解題的關(guān)鍵．本題難度不大，是基礎(chǔ)題．