Question

【題目】研究不同 pH 時 CuSO4 溶液對 H2O2 分解的催化作用。資料：a．Cu2O 為紅色固體，難溶于水，能溶于硫酸，生成 Cu 和Cu2+。b．CuO2 為棕褐色固體，難溶于水，能溶于硫酸，生成 Cu2+和 H2O2。c．H2O2 有弱酸性：H2O2 H+ +HO2-，HO2- H+ +O22-。

編號	實驗	現象
Ⅰ	向 1 mL pH＝2 的 1 mol·L 1 CuSO4溶液中加入 0.5 mL 30% H2O2 溶液	出現少量氣泡
Ⅱ	向 1 mL pH＝3 的 1 mol·L 1 CuSO4溶液中加入 0.5 mL 30% H2O2 溶液	立即產生少量棕黃色沉淀，出現較明顯氣泡
Ⅲ	向 1 mL pH＝5 的 1 mol·L 1CuSO4溶液中加入 0.5 mL 30% H2O2 溶液	立即產生大量棕褐色沉淀，產生大量氣泡

（1） 經檢驗生成的氣體均為 O2，Ⅰ中 CuSO4 催化分解 H2O2 的化學方程式是__。

（2）對Ⅲ中棕褐色沉淀的成分提出 2 種假設：ⅰ.CuO2，ⅱ.Cu2O 和CuO2 的混合物。為檢驗上述假設，進行實驗Ⅳ：過濾Ⅲ中的沉淀，洗滌，加入過量硫酸，沉淀完全溶解，溶液呈藍色，并產生少量氣泡。

①若Ⅲ中生成的沉淀為 CuO2，其反應的離子方程式是__。

②依據Ⅳ中沉淀完全溶解，甲同學認為假設ⅱ不成立，乙同學不同意甲同學的觀點，理由是__。

③為探究沉淀中是否存在 Cu2O，設計如下實驗：

將Ⅲ中沉淀洗滌、干燥后，取 a g 固體溶于過量稀硫酸，充分加熱。冷卻后調節溶液 pH，以 PAN 為指示劑，向溶液中滴加 c mol·L 1EDTA 溶液至滴定終點，消耗 EDTA 溶液 V mL。V=__，可知沉淀中不含 Cu2O，假設ⅰ成立。（已知：Cu2++EDTA= EDTA-Cu2+，M(CuO2)＝96 g·mol 1，M(Cu2O)＝144 g·mol1）

（3）結合方程式，運用化學反應原理解釋Ⅲ中生成的沉淀多于Ⅱ中的原因__ 。

（4）研究Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中不同 pH 時 H2O2 分解速率不同的原因。

實驗Ⅴ：在試管中分別取 1 mL pH＝2、3、5 的 1 mol·L1 Na2SO4 溶液，向其中各加入 0.5 mL 30% H2O2 溶液，三支試管中均無明顯現象。

實驗Ⅵ：__（填實驗操作和現象），說明 CuO2 能夠催化 H2O2 分解。

（5）綜合上述實驗，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中不同 pH 時 H2O2 的分解速率不同的原因是__。

Answer 1

【答案】2H2O2 O2↑+2H2O H2O2+Cu2+＝CuO2↓+2H+ CuO2與H+反應產生的H2O2具有強氧化性，在酸性條件下可能會氧化Cu2O或Cu，無法觀察到紅色沉淀Cu 溶液中存在H2O2H+ +HO2－，HO2－H+ +O22－，溶液pH增大，兩個平衡均正向移動，O22－濃度增大，使得CuO2沉淀量增大 將Ⅲ中沉淀過濾，洗滌，干燥，稱取少量于試管中，加入30％H2O2溶液，立即產生大量氣泡，反應結束后，測得干燥后固體的質量不變 CuO2的催化能力強于Cu2+；隨pH增大，Cu2+與H2O2反應生成CuO2增多

【解析】

（1）由題意可知，在硫酸銅做催化劑作用下，雙氧水分解生成水和氧氣，反應的化學方程式為2H2O2 O2↑+2H2O，故答案為：2H2O2 O2↑+2H2O；

（2）①若Ⅲ中生成的沉淀為CuO2，說明雙氧水與銅離子反應生成過氧化銅和水，反應的離子方程式為H2O2+Cu2+=CuO2↓+2H+，故答案為：H2O2+Cu2+=CuO2↓+2H+；

②由題意可知，過氧化銅能與溶液中氫離子反應生成雙氧水，雙氧水具有強氧化性，在酸性條件下可能會氧化氧化亞銅或銅，無法觀察到紅色沉淀，說明假設ⅱ可能成立，乙同學的觀點正確，故答案為：CuO2與H+反應產生的H2O2具有強氧化性，在酸性條件下可能會氧化Cu2O或Cu，無法觀察到紅色沉淀Cu；

③a g過氧化銅的物質的量為，由方程式可得如下關系：CuO2—Cu2+—EDTA，則有= c mol/L×V×10—3L，解得V=ml，故答案為：；

（3）由題意可知，雙氧水溶液中存在如下電離平衡H2O2H+ +HO2－、HO2－H+ +O22－，溶液pH增大，氫離子濃度減小，兩個平衡均正向移動，過氧根濃度增大，使得過氧化銅沉淀量增大，故答案為：溶液中存在H2O2H+ +HO2－，HO2－H+ +O22－，溶液pH增大，兩個平衡均正向移動，O22－濃度增大，使得CuO2沉淀量增大；

（4）若過氧化銅能夠催化過氧化氫分解，過氧化氫分解速率加快，催化劑過氧化銅的組成和質量不會發生變化，則實驗操作和現象為將Ⅲ中沉淀過濾，洗滌，干燥，稱取少量于試管中，加入30％H2O2溶液，立即產生大量氣泡，反應結束后，測得干燥后固體的質量不變，故答案為：將Ⅲ中沉淀過濾，洗滌，干燥，稱取少量于試管中，加入30％H2O2溶液，立即產生大量氣泡，反應結束后，測得干燥后固體的質量不變；

（5）由以上實驗可知，當溶液pH增大時，雙氧水溶液中過氧根濃度增大，使得過氧化銅沉淀量增大，過氧化銅的催化能力強于銅離子，使雙氧水的分解速率增大，故答案為：CuO2的催化能力強于Cu2+；隨pH增大，Cu2+與H2O2反應生成CuO2增多。