Question

【題目】過氧化氫（H2O2）俗稱雙氧水。是一種重要的化工產品，具有漂白、氧化、消毒、殺菌等多種功效，廣泛應用于紡織、造紙、化工、電子、輕工、污水處理等工業。回答下列問題：

(1) H2O2的電子式為_______________。

(2)用H2O2與稀硫酸的混合溶液可溶出印刷電路板金屬粉末中的銅。

已知：Cu(s)+2H+ (aq)==Cu2+(aq) + H2(g) H= +64 kJ/mol

2H2O2(1) ==2H2O(l)+O2(g) H =-196 kJmol

H2(g) + l/2O2(g) ==H2O(l) H =-286 kJ/mol

則在稀硫酸溶液中Cu與H2O2反應生成Cu2+和H2O的熱化學方程式為：__________________。

(3)工業上常用電解硫酸氫銨水溶液的方法制備過氧化氫，其原理為：首先2NH4HSO4 (NH4)2S2O8+ H2↑，然后由（NH4)2 S2O8水解得到H2O2和另一產物。則：

①電解時陽極的電極反應式為___________________；

②(NH4)2 S2O8水解時發生反應的化學方程式為 ____________________。

(4)現甲、乙兩個化學小組利用兩套相同裝置，通過測定產生相同體積氣體所用時間長短來探究影響H2O2分解速率的因素（僅一個條件改變）。甲小組有如下實驗設計方案。

實驗編號	溫度	催化劑	濃度
甲組實驗I	25℃	三氧化二鐵	10mL 5% H2O2
甲組實驗II	25℃	二氧化錳	10 mL 5% H2O2

甲、乙兩小組得出如下圖數據。

①甲小組實驗得出的結論是______________________。

②由乙組研究的酸、堿對H2O2分解影響因素的數據分析，相同條件下H2O2在________（填“酸”或“堿”）性環境下放出氣體速率較快；由此，乙組提出可以用BaO2固體與硫酸溶液反應制H2O2，其反應的離子方程式為_______________；支持這一方案的理由是_______________________。

③已知過氧化氫還是一種極弱的二元酸：H2O2H++HO2-（Ka1=2.4×10-12）。當稀H2O2溶液在堿性環境下分解時會發生反應H2O2+OH-HO2-+H2O，該反應中，正反應速率為V正=k正c(H2O2) c(OH- ),逆反應速率為v逆=k逆c(H2O) c(HO2-)，其中k正、k逆為速率常數，則k正與k逆的比值為_________(保留3位有效數字)。

Answer 1

【答案】 Cu(s)+H2O2(1)+2H- (aq)═Cu2-(aq)+2H2O(l) H=-320 kJ/mol 2HSO4--2e-═S2O82-+2H-或 2SO42--2e-═S2O82- (NH4)2S2O6+2H2O═2NH4HSO4+H2O2 H2O2分解時，MnO2比Fe2O3催化效率更高 堿 BaO2+2H-+SO42-═BaSO4+H2O2 （BaSO4的生成有利于平衡右移即有利于H2O2的生成）酸性環境有利于H2O2的存在（等其他合理原因） 1.33×104

【解析】(1) H2O2的電子式為；

（2）①Cu（s）+2H+（aq）=Cu2+（aq）+H2（g）△H1=+64kJ/mol

②2H2O2（l）=2H2O（l）+O2（g）△H2=-196kJ/mol

③H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H3=-286kJ/mol

根據蓋斯定律①+×②+③得到：Cu（s）+H2O2（l）+2H+（aq）=Cu2+（aq）+2H2O（l）△H=△H1+×△H2+△H3=-320kJ/mol；(3)然后由（NH4)2 S2O8水解得到H2O2和另一產物。則：①根據總反應式2NH4HSO4 (NH4)2S2O8+ H2↑可知，電解時陽極HSO4-失電子產生S2O82-，其電極反應式為：2HSO4--2e-═S2O82-+2H-或 2SO42--2e-═S2O82-；②(NH4)2S2O8水解生成NH4HSO4，發生反應的化學方程式為：(NH4)2S2O6+2H2O═2NH4HSO4+H2O2；（4）①甲組實驗Ⅱ比Ⅰ所用的過氧化氫的濃度大，根據圖像判斷Ⅱ反應速度要快于Ⅰ。所以Ⅰ以得出結論：濃度越大，H2O2分解速率越快；②根據乙組的圖像可知：相同條件下，H2O2在堿性環境下放出氣體速率較快；根據題意可知：反應物為Ba02固體與硫酸溶液，生成物H202。根據質量守恒定律可知所以另一種生成物為鋇和硫酸根形成的硫酸鋇，化學反應方程式為BaO2 +H2SO4= BaSO4 ↓+H2O2；該方案反應物中有硫酸銅，可形成酸性反應環境，結合過氧化氫在酸性環境下分解較慢這一事實可判斷該方案成立；③根據反應H2O2H++HO2-，有Ka1==2.4×10-12，反應達平衡時，V正=v逆，V正=k正c(H2O2) c(OH- ),逆反應速率為v逆=k逆c(H2O) c(HO2-)= k正c(H2O2) c(OH- )，則=====2.4×102。