Question

【题目】生产中可用双氧水氧化法处理电镀含氰废水，某化学兴趣小组模拟该法探究有关因素对破氰反应速率的影响(注：破氰反应是指氧化剂将CN－氧化的反应)。

【相关资料】

①氰化物主要是以CN－和[Fe(CN)6]3－两种形式存在。

②Cu2＋可作为双氧水氧化法破氰处理过程中的催化剂；Cu2＋在偏碱性条件下对双氧水分解影响较弱，可以忽略不计。

③[Fe(CN)6]3－较CN－难被双氧水氧化，且pH越大，[Fe(CN)6]3－越稳定，越难被氧化。

【实验过程】

在常温下，控制含氰废水样品中总氰的初始浓度和催化剂Cu2＋的浓度相同，调节含氰废水样品不同的初始pH和一定浓度双氧水溶液的用量，设计如下对比实验：

(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)。

实验序号	实验目的	初始pH	废水样品体积/mL	CuSO4溶液的体积/mL	双氧水溶液的体积/mL	蒸馏水的体积/mL
①	为以下实验操作参考	7	60	10	10	20
②	废水的初始pH对破氰反应速率的影响	12	60	10	10	20
③	________	7	60	______	______	10

实验测得含氰废水中的总氰浓度(以CN－表示)随时间变化关系如图所示。

(2)实验①中20～60 min时间段反应速率：v(CN－)＝______mol·L－1·min－1。

(3)实验①和实验②结果表明，含氰废水的初始pH增大，破氰反应速率减小，其原因可能是____________________(填一点即可)。在偏碱性条件下，含氰废水中的CN－最终被双氧水氧化为HCO，同时放出NH3，试写出该反应的离子方程式：____________。

(4)该兴趣小组同学要探究Cu2＋是否对双氧水氧化法破氰反应起催化作用，请你帮助他们设计实验并验证上述结论，完成下表中内容(已知：废水中的CN－浓度可用离子色谱仪测定) ______。

实验步骤(不要写出具体操作过程)	预期实验现象和结论

Answer 1

【答案】 双氧水的浓度对破氰反应速率的影响　 10 20 0.017 5 初始pH增大，催化剂Cu2＋会形成Cu(OH)2沉淀，影响了Cu2＋的催化作用(或初始pH增大，[Fe(CN)6]3－较中性和酸性条件下更稳定，难以氧化) CN－＋H2O2＋H2O===NH3↑＋HCO

实验方案(不要求写出具体操作过程)	预期实验现象和结论
分别取等体积、等浓度的含氰废水于甲、乙两支试管中，再分别加入等体积、等浓度的双氧水溶液，只向甲试管中加入少量的无水硫酸铜粉末，用离子色谱仪测定相同反应时间内两支试管中的CN－浓度	相同时间内，若甲试管中的CN－浓度小于乙试管中的CN－浓度，则Cu2＋对双氧水破氰反应起催化作用；若两试管中的CN－浓度相同，则Cu2＋对双氧水破氰反应不起催化作用

【解析】（1）影响该反应的因素有pH以及双氧水的浓度，实验目的为废水的初始pH对破氰反应速率的影响和双氧水的浓度对破氰反应速率的影响，其他量应不变，而且总体积不变，所以CuSO4溶液的体积为10 mL，双氧水的体积为20 mL。（2）根据图像可知实验①中20～60 min时间段反应速率v(CN－)＝＝0.017 5 mol·L－1·min－1。（3）pH越大，[Fe(CN)6]3－越稳定，越难被氧化，所以破氰反应速率减小；因为氰废水中的CN一最终被双氧水氧化为HCO3－，其中的碳由＋2价变成＋4价，1 mol CN－反应转移2 mol的电子，而1 mol过氧化氢得到2 mol的电子，所以CN一和H2O2的物质的量之比为1∶1，因此反应的离子方程式为CN－＋H2O2＋H2O===NH3↑＋HCO3－。（4）要探究Cu2＋是否对双氧水氧化法破氰反应起催化作用，其它条件应该是相同的，因此实验方案为：分别取温度相同、体积、浓度相同的含氰废水的试样两等份，滴加过氧化氢，一份中加入少量的无水硫酸铜粉末，另一份不加，用离子色谱仪测定相同反应时间内两支试管中的CN－浓度，如果在相同时间内，甲试管中的CN－浓度小于乙试管中的CN－浓度，则Cu2＋对双氧水破氰反应起催化作用，反之则不起催化作用。