Question

【題目】羥基自由基(·OH，電中性，O為-1價(jià))是一種活性含氧微粒。常溫下，利用·OH處理含苯酚廢水，可將其轉(zhuǎn)化為無(wú)毒的氧化物。

(1)·OH的電子式為________。

(2) pH=3時(shí)Fe2+催化H2O2的分解過(guò)程中產(chǎn)生·OH中間體，催化循環(huán)反應(yīng)如下。將ii補(bǔ)充完整。

i.Fe2++ H2O2+H+ === Fe3++ H2O +·OH

ii.___ + ___ === ___ + O2↑+2H+

(3)已知：羥基自由基容易發(fā)生猝滅2·OH === H2O2。用H2O2分解產(chǎn)生的·OH脫除苯酚，當(dāng)其他條件不變時(shí)，不同溫度下，苯酚的濃度隨時(shí)間的變化如下圖所示。0~20 min時(shí)，溫度從40℃上升到50℃，反應(yīng)速率基本不變的原因是________。

(4)利用電化學(xué)高級(jí)氧化技術(shù)可以在電解槽中持續(xù)產(chǎn)生·OH，使處理含苯酚廢水更加高效，裝置如上圖所示。已知a極主要發(fā)生的反應(yīng)是O2生成H2O2，然后在電解液中產(chǎn)生·OH并迅速與苯酚反應(yīng)。

① b極連接電源的________極(填“正”或“負(fù)”)。

②a極的電極反應(yīng)式為________。

③電解液中發(fā)生的主要反應(yīng)方程式為________。

Answer 1

【答案】 2 Fe3+ 2·OH- 2Fe2+ 從圖1可知，0~20 min，40~50℃，升高溫度化學(xué)反應(yīng)速率應(yīng)該加快但是50℃時(shí)，溫度升高羥基自由基發(fā)生猝滅(或溫度升高過(guò)氧化氫分解產(chǎn)生氧氣)，導(dǎo)致c(·OH)下降(1分)，所以，溫度從40℃上升到50℃，反應(yīng)速率不基本不變。 正 Fe2++ H2O2+H+ === Fe3++ H2O +·OH C6H6O + 28·OH-===6CO2 + 17H2O

【解析】

（1）本小題考查的是電子式的書(shū)寫(xiě)，羥基自由基(·OH)中氧原子最外層有6個(gè)電子，達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)需得2個(gè)電子，拿出一個(gè)電子與氫原子的一個(gè)電子形成一對(duì)共用電子對(duì)，即形成一個(gè)共價(jià)鍵，還剩余一個(gè)電子，則羥基自由基的電子式為。

（2）催化劑在反應(yīng)前后質(zhì)量不變相當(dāng)于沒(méi)有參與反應(yīng)。根據(jù)總反應(yīng)減去一個(gè)反應(yīng)得到另一個(gè)反應(yīng)。2H2O2=2H2O+O2↑為反應(yīng) i和ii的總反應(yīng)，總反應(yīng)減去反應(yīng)i即得到反應(yīng)ii。

（3）本小題考查的是影響速率的因素。升高溫度化學(xué)反應(yīng)速率應(yīng)該加快，但是50℃時(shí)，溫度升高羥基自由基發(fā)生猝滅，導(dǎo)致c(·OH)下降，反應(yīng)速率基本不變。

（4）①根據(jù)反應(yīng)類(lèi)型判斷陰陽(yáng)極，得電子發(fā)生還原反應(yīng)的一極為電解池的陰極，與電源的負(fù)極相連，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為電解池的陽(yáng)極，與電源的正極相連。

②b極是Fe電極為活性電極，電極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2+，產(chǎn)生的Fe2+向陰極移動(dòng)；由題意可知a極主要發(fā)生的反應(yīng)是O2生成H2O2，電極反應(yīng)為O2+2e-+2H+=H2O2，然后在電解液中產(chǎn)生·OH，故a極的電極反應(yīng)式為Fe2++ H2O2+H+ === Fe3++ H2O +·OH。

③由題意可知a極主要發(fā)生的反應(yīng)是O2生成H2O2，然后在電解液中產(chǎn)生·OH，·OH能迅速與苯酚反應(yīng)，則電解液中發(fā)生的主要反應(yīng)方程式為C6H6O + 28·OH-===6CO2 + 17H2O。

（1）羥基自由基(·OH)中氧原子最外層有6個(gè)電子，達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)需得2個(gè)電子，拿出一個(gè)電子與氫原子的一個(gè)電子形成一對(duì)共用電子對(duì)，即形成一個(gè)共價(jià)鍵，還剩余一個(gè)電子，則羥基自由基的電子式為。本小題答案為：。

（2）由題意可知Fe2+為H2O2的分解反應(yīng)的催化劑，則 i和ii反應(yīng)合并的總反應(yīng)為2H2O2=2H2O+O2↑，若反應(yīng)i為Fe2++ H2O2+H+ === Fe3++ H2O +·OH則反應(yīng)ii 為2 Fe3+ + 2·OH- === 2Fe2++ O2↑+2H+。本小題答案為：2 Fe3+ ；2·OH- ；2Fe2+。

（3）從圖1可知，0~20 min，40~50℃，升高溫度化學(xué)反應(yīng)速率應(yīng)該加快，但是50℃時(shí)，溫度升高羥基自由基發(fā)生猝滅(或溫度升高過(guò)氧化氫分解產(chǎn)生氧氣)，導(dǎo)致c(·OH)下降，所以，溫度從40℃上升到50℃，反應(yīng)速率基本不變。本小題答案為：從圖1可知，0~20 min，40~50℃，升高溫度化學(xué)反應(yīng)速率應(yīng)該加快但是50℃時(shí)，溫度升高羥基自由基發(fā)生猝滅(或溫度升高過(guò)氧化氫分解產(chǎn)生氧氣)，導(dǎo)致c(·OH)下降，所以，溫度從40℃上升到50℃，反應(yīng)速率基本不變。

（4）①根據(jù)題意可知a極主要發(fā)生的反應(yīng)是O2生成H2O2，氧氣中的氧元素得電子由0價(jià)降低到-1價(jià)，發(fā)生還原反應(yīng)，則a極為陰極，b極為陽(yáng)極，故b極連接電源的正極。本小題答案為：正。

②b極是Fe電極為活性電極，電極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2+，產(chǎn)生的Fe2+向陰極移動(dòng)；由題意可知a極主要發(fā)生的反應(yīng)是O2生成H2O2，電極反應(yīng)為O2+2e-+2H+=H2O2，然后在電解液中產(chǎn)生·OH，故a極的電極反應(yīng)式為Fe2++ H2O2+H+ === Fe3++ H2O +·OH。本小題答案為：Fe2++ H2O2+H+ === Fe3++ H2O +·OH。

③由題意可知a極主要發(fā)生的反應(yīng)是O2生成H2O2，然后在電解液中產(chǎn)生·OH，·OH能迅速與苯酚反應(yīng)，則電解液中發(fā)生的主要反應(yīng)方程式為C6H6O + 28·OH-===6CO2 + 17H2O。本小題答案為：C6H6O + 28·OH-===6CO2 + 17H2O。