Question

【題目】H2O2作為綠色氧化劑被應(yīng)用于廢水處理、造紙和化學(xué)合成等行業(yè)。

（1）已知：H2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH1=－285.8kJ·mol-1

H2(g)+O2(g)=H2O2(l) ΔH2=－135.8kJ·mol-1

①H2(g)與O2(g)的反應(yīng)中，在熱力學(xué)上更有利的產(chǎn)物是__，原因是__。

②常溫下，H2O2分解的熱化學(xué)方程式為__。

（2）我國(guó)科學(xué)家使用Ag9團(tuán)簇作催化劑，研究H2O2的合成。各步驟的活化能和反應(yīng)熱，如表所示，利用計(jì)算機(jī)模擬反應(yīng)歷程如圖所示（TS表示過(guò)渡態(tài)，表示被催化劑吸附的物種）。

Ag9團(tuán)簇上生成H2O2的活化能Ea和反應(yīng)熱

步驟		過(guò)渡態(tài)	Ea/kJmol-1	/ kJmol-1
A	Ag9O2+H2 Ag9OOH	TS1	74.1	+68.7
B	H—Ag9OOH+ H2H—Ag9—HH2O2	TS2	108.7	-27.2
C	H—Ag9—H+ O2HOOAg9—H	TS3	78.4	-75.4
D	HOOAg9—HAg9H2O2	TS4	124.7	+31.3

①通過(guò)降低步驟___（填字母）的能壘（活化能），可以較大幅度提高合成反應(yīng)的速率。

②反應(yīng)歷程中2到3斷裂的化學(xué)鍵為___（填序號(hào)）。

A.O2中的氧氧鍵 B.H2中的氫氫鍵 C.Ag9OOH中的氧氫鍵

（3）利用陰陽(yáng)極同步放電產(chǎn)生H2O2和過(guò)硫酸銨[(NH4)2S2O8]的原理如圖所示。陽(yáng)極上放電的離子是___，陰極的電極反應(yīng)式為___。

（4）常溫下，H2O2分解速率方程v=0.0625·c(H2O2)mg·L-1·s-1，c(H2O2)隨時(shí)間變化如下表：

C(H2O2) (mgL-1)	10000.0	8000.0	4000.0	2000.0	1000.0
分解時(shí)間(s)	0	7	23	39	55

①當(dāng)c(H2O2)=8000.0mg·L-1時(shí)，v=__mg·L-1·s-1；

②當(dāng)c(H2O2)降為5000.0mg·L-1時(shí)，分解時(shí)間為___s。

Answer 1

【答案】H2O ΔS均減小，但是ΔH1比ΔH2更小，產(chǎn)生H2O的反應(yīng)趨勢(shì)更大 2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g) ΔH=-300.0kJ·mol-1 D AB SO42- O2+2H++2e-=H2O2 500 16

【解析】

可以通過(guò)來(lái)判斷反應(yīng)的趨勢(shì)；化學(xué)反應(yīng)速率是由反應(yīng)速率最慢的步驟決定的；根據(jù)電解池裝置，硫酸根離子在陽(yáng)極失電子生成S2O82-，氧元素化合價(jià)降低，過(guò)氧化氫在陰極生成。

（1）①?gòu)臒崃�學(xué)趨勢(shì)來(lái)看相同反應(yīng)物反應(yīng)時(shí)，兩反應(yīng)的ΔS均減小，但是ΔH1比ΔH2更小，根據(jù)，產(chǎn)生H2O的反應(yīng)趨勢(shì)更大。

②根據(jù)蓋斯定律，由反應(yīng)1-反應(yīng)2可得出H2O2分解的熱化學(xué)方程式為2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g) ΔH=-300.0kJ·mol-1。

（2）①需要較大幅度提高合成反應(yīng)的速率，取決于反應(yīng)的決定反應(yīng)速率的步驟，那就看每步反應(yīng)的活化能的大小，由表格數(shù)據(jù)可知步驟D的活化能最大，因此通過(guò)降低步驟D的能壘（活化能），可以較大幅度提高合成反應(yīng)的速率。

②反應(yīng)歷程中2到3反應(yīng)的方程式為Ag9O2+H2H-Ag9OOH，可知O2中氧氧鍵與H2中氫氫鍵均斷裂。

（3）根據(jù)電解池裝置可知，硫元素化合價(jià)升高，故硫酸根離子在陽(yáng)極失電子生成S2O82-；而陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣得電子與氫離子生成過(guò)氧化氫，電極反應(yīng)式為O2+2H++2e-=H2O2。

（4）①當(dāng)c(H2O2)=8000.0mg·L-1時(shí)，分解速率v=0.0625·c(H2O2)mg·L-1·s-1=（0.06258000.0）mg·L-1·s-1=500 mg·L-1·s-1。

②對(duì)比過(guò)氧化氫濃度減少一半量和時(shí)間之間關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化氫濃度減少一半所用的時(shí)間為定值，均為16s，故當(dāng)c(H2O2)從10000 mg·L-1降為5000.0mg·L-1時(shí)，分解時(shí)間為16s。