Question

【题目】H2O2的制取及其在污水处理方面的应用是当前科学研究的热点。

(1)“氧阴极还原法”制取H2O2的原理如题图所示：

阴极表面发生的电极反应有：

Ⅰ.2H++O2+2e-=H2O2

Ⅱ. H2O2+2H++ 2e-=2H2O

Ⅲ. 2H+ +2e-=H2↑

①写出阳极表面的电极反应式：___。

②其他条件相同时，不同初始pH(均小于2)条件下，H2O2浓度随电解时间的变化如图所示，c(H+)过大或过小均不利于H2O2制取，原因是_______。

(2)存碱性条件下，H2O2的一种催化分解机理如下：

H2O2(aq)+Mn2+(aq)=·OH(aq)+Mn3+(aq)+OH-(aq) H=akJ/mol

H2O2(aq)+ Mn3+(aq) +2OH-(aq)= Mn2+(aq) +·O2-(aq) +2H2O(l) H=bkJ/mol

·OH(aq) +·O2-(aq)=O2(g) +OH-(aq) H=ckJ/mol

2H2O2(aq)= 2H2O(l)+O2(g) △H=_______ 。该反应的催化剂为 ____。

(3)H2O2、O3在水中可形成具有超强氧化能力的羟基自由基(·OH)，可有效去除废水中的次磷酸根离子(H2PO2-)。

①弱碱性条件下·OH将H2PO2-氧化成PO43-，理论上l.7g·OH可处理含0.001mol/L H2PO2-的模拟废水的体积为______。

②为比较不同投料方式下含H2PO2-模拟废水的处理效果，向两份等体积废水样品中加入等量H2O2和O3，其中一份再加入FeSO4。反应相同时间，实验结果如图所示：

添加FeSO4后，次磷酸盐氧化率、磷元素沉淀率均显著提高，原因是______。

Answer 1

【答案】 c（H+）过小时，反应Ⅰ的化学反应速率较慢，c（H+）过大时，主要发生反应Ⅲ （a+b+c）kJ/mol Mn2+ 25L Fe2+促进H2O2和O3产生·OH，氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀

【解析】

（1）由电解装置图可知阳极表面消耗水，产生氧气，以此写出电极方程式；

（2）由盖斯定律可得，①＋②+③可得所求热化学方程式，中间产物Mn2+为催化剂；

（3）①弱碱性条件下OH将H2PO2-氧化成PO43-，反应为：,以此计算废水的体积；

②由图可知添加FeSO4后，次磷酸盐氧化率、磷元素沉淀率均显著提高，原因是Fe2+促进H2O2和O3产生·OH，氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀。

（1）由电解装置图可知阳极表面消耗水，产生氧气，则电极方程式为，

故答案为：；

（2）已知：①H2O2(aq)+Mn2+(aq)=·OH(aq)+Mn3+(aq)+OH-(aq) H=akJ/mol

②H2O2(aq)+ Mn3+(aq) +2OH-(aq)= Mn2+(aq) +·O2-(aq) +2H2O(l) H=bkJ/mol

③·OH(aq) +·O2-(aq)=O2(g) +OH-(aq) H=ckJ/mol

由盖斯定律可得，①＋②+③可得所求热化学方程式，则△H=（a+b+c）kJ/mol， Mn2+为中间产物反应前后不发生改变为催化剂，

故答案为：（a+b+c）kJ/mol；Mn2+；

（3）①弱碱性条件下·OH将H2PO2-氧化成PO43-，反应为：, l.7g·OH物质的量，则参与反应的H2PO2-物质的量为0.025mol，则废水的体积，

故答案为：25L；

②由图可知添加FeSO4后，次磷酸盐氧化率、磷元素沉淀率均显著提高，原因是Fe2+促进H2O2和O3产生·OH，氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀，

故答案为：Fe2+促进H2O2和O3产生·OH，氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀。