Question

通常状况下，过氧化氢是一种无色透明的液体，在实验室和生产中应用广泛．
（1）火箭推进器中分别装有联氨（N₂H₄）和过氧化氢，它们发生反应的热化学方程式为：N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-642.2kJ?mol^-1
又知：2H₂O₂（l）=2H₂O（l）+O₂（g）△H=-196.4kJ?mol^-1
H₂O（l）=H₂O（g）△H=44kJ?mol^-1
请写出N₂H₄（l）与O₂（g）反应生成N₂（g）和H₂O（l） 的热化学方程式：

 

．
（2）H₂O₂是一种二元弱酸，其第一步电离的电离方程式为

 

．
（3）过二硫酸铵法是目前最流行的制备H₂O₂的方法．即电解含 H₂SO₄的（NH₄）₂SO₄溶液制取（NH₄）₂S₂O₈，如图1所示，再加热水解即可得H₂O₂和（NH₄）₂SO₄．

①电解时，阳极的电极方程式

 

；
②写出生成H₂O₂的反应的化学方程式：

 

．
（4）Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水，通常是在调节好pH和Fe²⁺浓度的废水中加入H₂O₂，所产生的羟基自由基能降解有机污染物p-CP．控制p-CP的初始浓度相同，在不同实验条件下进行如下实验，测得p-CP的浓度随时间变化关系如图2所示．

实验 编号	T/K	pH	c/10-3mol?L-1
			H2O2	Fe2+
Ⅰ	298	3	6.0	0.30
Ⅱ	313	3	6.0	0.30
Ⅲ	298	10	6.0	0.30

①请根据实验I的曲线，计算降解反应
在50～150s内的反应速率ν（p-CP）=

 

mol?L^-1?s^-1．
②实验Ⅰ、Ⅱ表明，温度升高，降解反应速率增大．但温度过高时反而导致降解反应速率减小，请分析原因：

 

．
③实验Ⅲ得出的结论是：pH=10时，

 

．

Answer 1

分析：（1）根据已知热化学方程式和目标反应的热化学反应方程式，利用盖斯定律来解答；
（2）H₂O₂是一种二元弱酸，其第一步电离出1个氢离子；
（3）已知（NH₄）₂S₂O₈加热水解可得H₂O₂和（NH₄）₂SO₄，利用原子守恒配平方程式；
（4）由图象分析浓度变化，再根据反应速率公式v=

△c

△t

计算平均反应速率；
（5）过氧化氢在高温时易分解；
（6）通过图片知，当pH=10，随着时间的变化，其浓度基本不变．

解答：解：（1）N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-642.2kJ?mol^-1   ①
    H₂O（l）=H₂O（g）△H=44kJ?mol^-1②
    2H₂O₂（l）=2H₂O（l）+O₂（g）△H₃=-196.4kJ?mol^-1    ③
则联氨与氧气反应的热化学方程式可用①-②×2-③：N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-533.8kJ?mol^-1
故答案为：N₂H₄（l）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-533.8kJ?mol^-1；
（2）H₂O₂是一种二元弱酸，其第一步电离出1个氢离子，其电离方程式为：H₂O₂?HO₂^-+H⁺；故答案为：H₂O₂?HO₂^-+H⁺；
（3）已知（NH₄）₂S₂O₈加热和水发生水解反应可得H₂O₂和（NH₄）₂SO₄，根据原子守恒可得：（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O

△   .

H₂O₂+（NH₄）₂SO₄+2H₂SO₄；
故答案为：（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O

△   .

H₂O₂+（NH₄）₂SO₄+2H₂SO₄；
（4）在50～150s内，v=

△c

△t

=

(1.2-0.4)×10-3mol/L

(150-50)s

=8.0×10^-6 mol/（L．s），故答案为：8.0×10^-6；
（5）温度较高时，过氧化氢不稳定易分解，所以温度过高时反而导致降解反应速率减小，故答案为：过氧化氢在温度过高时迅速分解；
（6）通过图片知，当pH=10，随着时间的变化，其浓度基本不变，即反应速率趋向于零（或该降解反应趋于停止）
故答案为：反应速率趋向于零．

点评：本题考查化学反应速率的影响因素，反应速率的计算，盖斯定律的应用，弱电解质的电离等，题目综合性较强，难度较大．