Question

【題目】H2O2在Fe2+、Cu2+的存在下生成具有強氧化性的OH(羥基自由基)，OH可將有機物氧化降解。

(1)Cu2+H2O2體系中存在下列反應：

Cu2+(aq)+H2O2(aq)═CuOOH+(aq)+H+(aq)△H1＝a kJmol﹣1

CuOOH+(aq)═Cu+(aq)+OH(aq)+1/2O2(g)△H2＝b kJmol﹣1

2CuOOH+(aq)═2Cu+(aq)+H2O2(aq)+O2(g)△H3＝c kJmol﹣1

則H2O2(aq)═2OH(aq)△H＝_____kJmol﹣1。

(2)為探究溫度對Cu2+H2O2甲基橙去除率的影響，某研究小組在不同溫度下進行實驗(其他條件相同)，實驗結果如圖所示。相同條件下，溫度升高，甲基橙去除速率增大，其原因是_____。

(3)為探究Fe2+Cu2+H2O2能夠協同催化氧化降解甲基橙，某研究小組的實驗結果如圖所示。得出“Fe2+Cu2+H2O2催化氧化降解甲基橙效果優于單獨加入Fe2+或Cu2+”結論的證據為_____。

實驗條件：200 mL甲基橙模擬廢水(1.5 gL﹣1，pH＝3.0)，溫度60℃、V(H2O2)＝2.0 mL

1﹣V(H2O2)：m(FeSO4)：m(CuSO4)＝2：0.02：0.4

2﹣V(H2O2)：m(FeSO4)：m(CuSO4)＝2：0.02：0

3﹣V(H2O2)：m(FeSO4)：m(CuSO4)＝2：0：0.4

4﹣V(H2O2)：m(FeSO4)：m(CuSO4)＝2：0：0

(4)EFH2O2FeOx法可用于水體中有機污染物降解，其反應機理如下圖所示。陽極的電極反應式為_____，X微粒的化學式為_____，陰極附近Fe2+參與反應的離子方程式為_____。

(5)SCOD是指溶解性化學需氧量，是衡量水中有機物質含量多少的指標。水體SCOD越大，說明其有機物含量越高。用Fe2+H2O2法氧化破解啤酒工業污泥中的微生物，釋放出有機物和氮等。測得不同初始pH下污泥經氧化破解后上層清液中的SCOD及總氮濃度如上圖所示。當pH＞2.5時，總氮濃度、SCOD均降低，其原因可能是_____。

Answer 1

【答案】2b﹣c OH濃度增大或活化分子數增多 相同時間時，曲線1對應甲基橙降解率均高于曲線2、曲線3 Fe﹣2e﹣═Fe2+； O2﹣ H2O2+H++Fe2+═Fe3++H2O+OH Fe2+、Fe3+轉化為Fe(OH)3

【解析】

(1)由①CuOOH+(aq)═Cu+(aq)+OH(aq)+1/2O2(g)△H2＝b kJmol﹣1

②2CuOOH+(aq)═2Cu+(aq)+H2O2(aq)+O2(g)△H3＝c kJmol﹣1

結合蓋斯定律可知①×2﹣②得到H2O2(aq)═2OH(aq)，其△H＝（2b﹣c ）kJmol﹣1；

(2)圖1中相同條件下，溫度升高，甲基橙去除速率增大，其原因是OH濃度增大或活化分子數增多；

(3)“Fe2+Cu2+H2O2催化氧化降解甲基橙效果優于單獨加入Fe2+或Cu2+”結論的證據為相同時間時，曲線1對應甲基橙降解率均高于曲線2、曲線3；

(4)圖3中陽極上Fe失去電子，陽極反應式為Fe﹣2e﹣═Fe2+，陰極上2X+2H+＝H2O2+O2，由電荷及元素守恒可知X為O2﹣；陰極附近Fe2+與H2O2反應，結合圖中生成物可知離子反應為H2O2+H++Fe2+═Fe3++H2O+OH；

(5)當pH＞2.5時，總氮濃度、SCOD均降低，其原因可能是Fe2+、Fe3+轉化為Fe(OH)3。