Question

18．利用Na₂S₂O₈產生的強氧化性SO₄^-•（自由基）降解有機污染物是目前最具潛力的高級氧化技術．文獻報道某課題組探究pH，單質鐵和Na₂S₂O₈的濃度對降解2，4-DMAP（2，4--甲基苯酚）效率的影響．
（1）探究溶液酸堿性的影響：將等量的2，4-DMAP加入到不同pH的Na₂S₂O₈溶液中，結果如圖1所示．由此可知：溶液酸性增強，有利于  （填“有利于”或“不利于”）Na₂S₂O₈產生SO₄^-•．
（2）探究鐵粉用量的影響：
①實驗前，先用0.1mol•L^-1 H₂SO₄洗滌Fe粉，其目的是去除鐵粉表面的氧化物等雜質，后用蒸餾水洗滌至中性；
②相同條件下，取不同量處理后的鐵粉分別加入c（2，4-DMAP）=1.0×10 ^-3mol•L^-1、c（Na₂S₂O₈）=4.2×10^-3mol•L^-1的混合溶液中，實驗結果如圖2所示．其中降解效率最好的鐵粉用量是1.5g/L；計算從反應開始到A點時，2，4-DMAP降解的平均反應速率為2.0×10^-5mol/（L•min）（忽略反應過程中溶液總質量變化）．
③已知：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe²⁺+4OH^-，S₂O₈^-+Fe²⁺=SO₄^-+SO₄^2-+Fe³⁺此外還可能會發(fā)生：SO₄^-+Fe²⁺=SO₄^2-+Fe³⁺．當鐵粉加入量過大時，2，4-DMAP的降解率反而下降，原因可能是（用離子方程式表示）．Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，SO₄^-+Fe²⁺=SO₄^2-+Fe³⁺．
（3）探究Na₂S₂O₈濃度的影響：填寫下表中空格，完成實驗方案．

序號、物理量		M（Fe粉）/g	V[0.05mol．L-1Na2S2O8]/mL	V[H2O]/mL	收集數(shù)據(jù)和得出結論
1	100	0.3	50	50
2	100V（污水）/mL	0.3

Answer 1

分析 （1）當其它條件相同，將4-CP加入到不同pH的Na₂S₂O₈溶液中，根據(jù)圖象知，溶液的pH越小，4-CP降解率越大；
（2）①鐵表面有鐵銹加入硫酸可除去；
②據(jù)圖分析，降解效率最好的鐵粉用量是d曲線，即1.5g時，c（2，4-DMAP）=1.0×10 ^-3mol•L^-1假設有1L溶液，則含有2，4--甲基苯酚的質量為1.0×10 ^-3mol•L^-1×122g/mol=0.122g，結合A點時其質量分數(shù)有20%計算反應速率；
③Fe能夠與鐵離子反應生成亞鐵離子，亞鐵離子能夠將強氧化性SO₄^-•（自由基）還原；
（3）探究Na₂S₂O₈濃度的影響，應使其他物質濃度和用量相同，Na₂S₂O₈濃度不同，觀察在相同時間內2，4-DMAP的濃度變化．

解答 解：（1）當其它條件相同，將4-CP加入到不同pH的Na₂S₂O₈溶液中，根據(jù)圖象知，溶液的pH越小，4-CP降解率越大，所以溶液酸性增強有利于Na₂S₂O₈產生SO₄^-•，故答案為：有利于；
（2）H₂SO₄可以除去Fe粉表面的氧化物；
故答案為：去除鐵粉表面的氧化物等雜質；
②據(jù)圖分析，降解效率最好的鐵粉用量是d曲線，即1.5g/L時；假設有1L溶液，則含有2，4-二甲基苯酚的質量為1.0×10 ^-3mol•L^-1×122g/mol=0.122g，A點時降解了80%，為0.0976g，物質的量為0.0008mol，所以40min時的反應速率為$\frac{\frac{0.0008mol}{1L}}{40min}$=2.0×10^-5mol/（L•min），故答案為：1.5；2.0×10^-5mol/（L•min）；
③Fe能夠與鐵離子反應生成亞鐵離子，亞鐵離子能夠將強氧化性SO₄^-•（自由基）還原，反應的離子方程式為Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，SO₄^-+Fe²⁺=SO₄^2-+Fe³⁺；
（3）探究Na₂S₂O₈濃度對對降解2，4-DMAP（2，4--甲基苯酚）效率的影響，應使其他物質濃度和用量相同，Na₂S₂O₈濃度不同，觀察在相同時間內2，4-DMAP的濃度變化，可以加入多于50mL的0.05mol．L^-1Na₂S₂O₈溶液，或少于50mL的0.05mol．L^-1Na₂S₂O₈溶液，但溶液總體積要為100mL，即Na₂S₂O₈溶液與水的體積之和為100mL，例如30mLNa₂S₂O₈溶液和70mL水，收集的數(shù)據(jù)和得出的結論是：若相同時間內2，4-DMAP的濃度變化相同，則說明Na₂S₂O₈濃度對2，4-DMAP降解率無影響，若2，4-DMAP的濃度變化不相同，則說明Na₂S₂O₈濃度對2，4-DMAP降解率有影響，故答案為：

序號、物理量		M（Fe粉）/g	V[0.05mol．L-1Na2S2O8]/mL	V[H2O]/mL	收集數(shù)據(jù)和得出結論
1					若相同時間內2，4-DMAP的濃度變化相同，則說明Na2S2O8濃度對2，4-DMAP降解率無影響，若2，4-DMAP的濃度變化不相同，則說明Na2S2O8濃度對2，4-DMAP降解率有影響．
2			30	70

．

點評 本題考查探究實驗，側重考查學生獲取信息、加工信息、利用信息解答問題能力，知道圖象中縱橫坐標的含義及變化趨勢，知道實驗目的及原理，題目難度不大．