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Fenton法常用于處理含難降解有機物的工業(yè)廢水,通常是在調節(jié)好pH和Fe2+濃度的廢水中加入H2O2,所產生的羥基自由基能氧化降解污染物,F運用該方法降解有機污染物p-CP,探究有關因素對該降解反應速率的影響。

[實驗設計] 控制p-CP的初始濃度相同,恒定實驗溫度在298 K或313 K(其余實驗條件見下表),設計如下對比實驗。

(1)請完成以下實驗設計表(表中不要留空格)。

實驗編號

實驗目的

T/K

pH

c/10-3 mol·L-1

H2O2

Fe2+

為以下實驗作參照

298

3

6.0

0.30

探究溫度對降解反應速率的影響

 

 

 

 

 

298

10

6.0

0.30

 

 

[數據處理] 實驗測得p-CP的濃度隨時間變化的關系如上圖。

(2)請根據上圖實驗①曲線,計算降解反應50~150 s內的反應速率:

v(p-CP)=________mol·L-1·s-1。

[解釋與結論]

(3)實驗①、②表明溫度升高,降解反應速率增大。但溫度過高時反而導致降解反應速率減小,請從Fenton法所用試劑H2O2的角度分析原因:_____________________________

(4)實驗③得出的結論是:pH等于10時,________。

[思考與交流]

(5)實驗時需在不同時間從反應器中取樣,并使所取樣品中的反應立即停止下來。根據上圖中的信息,給出一種迅速停止反應的方法:________。

 

(1)

實驗編號

實驗目的

T/K

pH

c/10-3 mol·L-1

H2O2

Fe2+

探究溫度對降解反應速率的影響

313

3

6.0

0.30

探究溶液的pH對降解反應速率的影響

 

 

 

 

 

(2)8.0×10-6

(3)H2O2在溫度過高時迅速分解

(4)反應不能進行

(5)在溶液中加入堿溶液,使溶液的pH大于或等于10(其他合理答案均可)

【解析】(1)依題意可知②的實驗溫度為313 K,實驗對比是建立在其它條件相同前提下,故pH應與①的相同。若改變pH,其它條件不變可探究溶液pH對反應速率的影響。

(2)實驗①曲線中,50~150 s時。

Δc(p-CP)=1.2×10-3 mol·L-1-0.4×10-3 mol·L-1=0.8×10-3 mol·L-1,所以v(p-CP)==8.0×10-6 mol·L-1·s-1。

(3)在降解反應中,H2O2新產生的自由基起氧化作用,溫度過高,H2O2因熱穩(wěn)定性差而分解,導致降解反應速率下降。

(4)由雙曲線③可知,pH=10時,c(p-CP)基本不變,反應趨于停止。

(5)由(4)得到啟示:在pH=10溶液中,反應速率趨于零,可將所取樣加入NaOH溶液中(使pH=10);化學反應速率隨溫度降低而降低,故亦可用迅速大幅降溫法。

 

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達到平衡后,改變一個條件(x),下列量(y)一定符合圖中曲線的是(  )

 

選項

x

y

A

再通入A

B的轉化率

B

加入催化劑

A的體積分數

C

壓強

混合氣體的總物質的量

D

溫度

混合氣體的總物質的量

 

 

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