Question

【题目】H2O2在Fe2+、Cu2+的存在下生成具有强氧化性的OH(羟基自由基)，OH可将有机物氧化降解。

(1)Cu2+H2O2体系中存在下列反应：

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

则H2O2(aq)═2OH(aq)△H＝_____kJmol﹣1。

(2)为探究温度对Cu2+H2O2甲基橙去除率的影响，某研究小组在不同温度下进行实验(其他条件相同)，实验结果如图所示。相同条件下，温度升高，甲基橙去除速率增大，其原因是_____。

(3)为探究Fe2+Cu2+H2O2能够协同催化氧化降解甲基橙，某研究小组的实验结果如图所示。得出“Fe2+Cu2+H2O2催化氧化降解甲基橙效果优于单独加入Fe2+或Cu2+”结论的证据为_____。

实验条件：200 mL甲基橙模拟废水(1.5 gL﹣1，pH＝3.0)，温度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法可用于水体中有机污染物降解，其反应机理如下图所示。阳极的电极反应式为_____，X微粒的化学式为_____，阴极附近Fe2+参与反应的离子方程式为_____。

(5)SCOD是指溶解性化学需氧量，是衡量水中有机物质含量多少的指标。水体SCOD越大，说明其有机物含量越高。用Fe2+H2O2法氧化破解啤酒工业污泥中的微生物，释放出有机物和氮等。测得不同初始pH下污泥经氧化破解后上层清液中的SCOD及总氮浓度如上图所示。当pH＞2.5时，总氮浓度、SCOD均降低，其原因可能是_____。

Answer 1

【答案】2b﹣c OH浓度增大或活化分子数增多 相同时间时，曲线1对应甲基橙降解率均高于曲线2、曲线3 Fe﹣2e﹣═Fe2+； O2﹣ H2O2+H++Fe2+═Fe3++H2O+OH Fe2+、Fe3+转化为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

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

(2)图1中相同条件下，温度升高，甲基橙去除速率增大，其原因是OH浓度增大或活化分子数增多；

(3)“Fe2+Cu2+H2O2催化氧化降解甲基橙效果优于单独加入Fe2+或Cu2+”结论的证据为相同时间时，曲线1对应甲基橙降解率均高于曲线2、曲线3；

(4)图3中阳极上Fe失去电子，阳极反应式为Fe﹣2e﹣═Fe2+，阴极上2X+2H+＝H2O2+O2，由电荷及元素守恒可知X为O2﹣；阴极附近Fe2+与H2O2反应，结合图中生成物可知离子反应为H2O2+H++Fe2+═Fe3++H2O+OH；

(5)当pH＞2.5时，总氮浓度、SCOD均降低，其原因可能是Fe2+、Fe3+转化为Fe(OH)3。