Question

H₂O₂是一種常用綠色氧化劑，在化學(xué)研究中應(yīng)用廣泛．

（1）請(qǐng)寫出H₂O₂的電子式

 

．
（2）H₂O₂分解過程的能量變化如圖（a）所示，試判斷該反應(yīng)為

 

反應(yīng)（吸熱或放熱）．
①已知：Fe³⁺催化H₂O₂分解的機(jī)理可分兩步反應(yīng)進(jìn)行，
第一步反應(yīng)為：2Fe³⁺+H₂O₂=2Fe²⁺+O₂↑+2H⁺，
完成第二步反應(yīng)的離子方程式：□Fe²⁺+□H₂O₂+□

 

═□

 

+□

 

②按圖（b）裝置（A、B瓶中已充有NO₂氣體，2NO₂（g）?N₂O₄（g），△H＜0）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．可觀察到B瓶中氣體顏色比A瓶中的

 

（填“深”或“淺”），原因是

 

（3）空氣陰極法電解制備H₂O₂的裝置如圖（c）所示，主要原理是在堿性電解質(zhì)溶液中，利用空氣中O₂在陰極反應(yīng)得到H₂O₂和稀堿的混合物．
試回答：
①流電源a極的名稱是

 

．
②寫出陰極電極反應(yīng)式

 

．
（4）用H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液可溶解印刷電路板中的金屬銅，請(qǐng)寫出銅溶解的離子方程式

 

，控制其它條件相同，印刷電路板的金屬粉末用10% H₂O₂和3.0mol?L^-1 H₂SO₄溶液處理，測(cè)得不同溫度下銅的平均溶解速率（見下表）．

溫度（℃）	20	30	40	50	60	70	80
Cu的平均溶解速率 （×10-3mol?min-1）	7.34	8.01	9.25	7.98	7.24	6.73	5.76

當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，銅的平均溶解速率隨著反應(yīng)溫度的升高而下降，其主要原因是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：過氧化氫,吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng),化學(xué)平衡的影響因素,電解原理

專題：

分析：（1）過氧化氫是共價(jià)化合物，氫原子和氧原子形成共用電子對(duì)；
（2）H₂O₂分解過程的能量變化如圖（a）所示，過氧化氫能量高于生成物，反應(yīng)放熱；
①總反應(yīng)為2H₂O₂═2H₂O+O₂↑，第一步反應(yīng)為2Fe³⁺+H₂O₂═2Fe²⁺+O₂↑+2H⁺，則總反應(yīng)減去第一步反應(yīng)為第二步反應(yīng)的方程式；
②由圖b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮轉(zhuǎn)化為四氧化二氮的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以圖c中，右側(cè)燒杯的溫度高于左側(cè)，升高溫度使2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無色）△H＜0，向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，即向生成NO₂移動(dòng)；
（3）由題給信息氧氣在陰極還原得到H₂O₂和稀堿的混合物，則b為負(fù)極，a為正極；電解法需消耗電能，而催化法常溫下即可進(jìn)行；
（4）溶液變成藍(lán)色，銅被氧化成銅離子：Cu+H₂O₂+H₂SO₄

△   .

CuSO₄+2H₂O；當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，銅的平均溶解速率隨著反應(yīng)溫度的升高而下降，其主要原因是：溫度高于40℃后，隨著溫度的升高，H₂O₂的分解速率加快，使溶液中H₂O₂的濃度降低加快，對(duì)銅的溶解速率的影響超過了溫度升高對(duì)銅溶解速率的影響，所以銅的溶解速率逐漸減小．

解答： 解：（1）過氧化氫是共價(jià)化合物，氫原子和氧原子形成共用電子對(duì)，電子式為，故答案為：，
（2）由圖a可知，1mol過氧化氫總能量高于1mol水與0.5mol氧氣總能量，故過氧化氫分解是放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
①總反應(yīng)為2H₂O₂═2H₂O+O₂↑，第一步反應(yīng)為2Fe³⁺+H₂O₂═2Fe²⁺+O₂↑+2H⁺，則總反應(yīng)減去第一步反應(yīng)為第二步反應(yīng)2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2，1，2H⁺，2 Fe³⁺，2H₂O．
②由圖b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮轉(zhuǎn)化為四氧化二氮的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以圖c中，右側(cè)燒杯的溫度高于左側(cè)，升高溫度使2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無色）△H＜0，向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，即向生成NO₂移動(dòng)，故B瓶顏色更深，
故答案為：深； 右側(cè)燒杯由于H₂O₂分解放熱水溫升高，使上述平衡向逆向移動(dòng)；
（3）由題給信息氧氣在陰極還原得到H₂O₂和稀堿的混合物，則b為負(fù)極，a為正極，陰極電極反應(yīng)式為：O₂+2e^-+2H₂O=H₂O₂+2OH^-，
故答案為：正極；O₂+2e^-+2H₂O=H₂O₂+2OH^-；
（4）銅與H₂O₂ 和H₂SO₄ 反應(yīng)生成了硫酸銅，反應(yīng)方程式是：Cu+H₂O₂+H₂SO₄

△   .

CuSO₄+2H₂O，銅溶解的離子方程式H₂O₂+2H⁺+Cu=Cu²⁺+2H₂O；由于溫度高于40℃后，隨著溫度的升高，H₂O₂的分解速率加快，使溶液中H₂O₂的濃度降低加快，對(duì)銅的溶解速率的影響超過了溫度升高對(duì)銅溶解速率的影響，所以銅的溶解速率逐漸減小；
故答案為：H₂O₂+2H⁺+Cu=Cu²⁺+2H₂O；溫度高于40℃后，隨著溫度的升高，H₂O₂的分解速率加快，使溶液中H₂O₂的濃度降低加快，對(duì)銅的溶解速率的影響超過了溫度升高對(duì)銅溶解速率的影響，所以銅的溶解速率逐漸減小．

點(diǎn)評(píng)：本題考查電解原理、反應(yīng)速率影響因素、化學(xué)平衡移動(dòng)等，側(cè)重對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．