Question

1．某校化學(xué)興趣小組對課本中影響反應(yīng)速率因素的實驗進行了以下研究，請回答相關(guān)問題．
該小組通過分析Fe³⁺催化H₂O₂分解的實驗并結(jié)合元素周期律的知識，推測同為第四周期第Ⅷ族的Co、Ni的化合物可能有類似的催化作用，他們通過查閱資料得知以下信息：鈷及其化合物廣泛應(yīng)用于磁性材料、電池材料及超硬材料等領(lǐng)域．其中Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄（其中Co、Ni均為+2價）也可用作H₂O₂分解的催化劑，具有較高的活性．
（1）Fe³⁺催化H₂O₂分解的原理分兩步，第二步反應(yīng)離子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，第一步反應(yīng)離子方程式是2Fe³⁺+H₂O₂═2Fe²⁺+O₂↑+2H⁺．
（2）①H₂O₂的結(jié)構(gòu)式是H-O-O-H，Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄中鐵元素的化合價為+3．
②如圖表示兩種不同方法制得Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄在相同溫度下催化分解H₂O₂溶液的相對初始速率隨x變化的曲線，由圖中信息可知微波水熱（填方法名稱）制得到的催化劑活性較低，Co²⁺、Ni²⁺中催化劑效果更好的是Co²⁺．

Answer 1

分析 （1）H₂O₂溶液在Fe³⁺催化下分解產(chǎn)生水和氧氣，寫出總反應(yīng)，減去第二步可得第一步反應(yīng)；
（2）①雙氧水中氧原子最外層滿足8電子結(jié)構(gòu)；根據(jù)化合價代數(shù)和為0計算Fe的化合價；
②過氧化氫的分解速率越大，催化劑活性更高；隨x值越大，過氧化氫的分解速率越大，而x增大，Co²⁺的比例增大．

解答 解：（1）H₂O₂溶液在Fe³⁺催化下分解產(chǎn)生水和氧氣，總反應(yīng)方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;三價鐵離子\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，減去第二步反應(yīng)得到第一步反應(yīng)：2Fe³⁺+H₂O₂═2Fe²⁺+O₂↑+2H⁺，故答案為：2Fe³⁺+H₂O₂═2Fe²⁺+O₂↑+2H⁺；
（2）①雙氧水中氧原子最外層滿足8電子結(jié)構(gòu)，電子式為，則H₂O₂的結(jié)構(gòu)式是H-O-O-H；Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄中Co、Ni均為+2，O為-2價，則Fe的化合價為$\frac{4×2-（2x+2-2x）}{2}$=+3，故答案為：H-O-O-H；+3；
②過氧化氫的分解速率越大，催化劑活性更高，根據(jù)圖象可知，x相同時，微波水熱法初始速度大于常規(guī)水熱法，故微波水熱法制得催化劑的活性更高；
由圖可知，隨x值越大，過氧化氫的分解速率越大，而x增大，Co²⁺的比例增大，故Co²⁺的催化活性更高，故答案為：微波水熱；Co²⁺．

點評 本題考查離子方程式的書寫、元素化合價的判斷、對圖象的分析處理以及溫度、催化劑對反應(yīng)速率的影響，綜合性較強，難度適中．