Question

【題目】H2O2作為綠色氧化劑被應用于廢水處理、造紙和化學合成等行業。

（1）已知：H2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH1=－285.8kJ·mol-1

H2(g)+O2(g)=H2O2(l) ΔH2=－135.8kJ·mol-1

①H2(g)與O2(g)的反應中，在熱力學上更有利的產物是__，原因是__。

②常溫下，H2O2分解的熱化學方程式為__。

（2）我國科學家使用Ag9團簇作催化劑，研究H2O2的合成。各步驟的活化能和反應熱，如表所示，利用計算機模擬反應歷程如圖所示（TS表示過渡態，表示被催化劑吸附的物種）。

Ag9團簇上生成H2O2的活化能Ea和反應熱

步驟		過渡態	Ea/kJmol-1	/ kJmol-1
A	Ag9O2+H2 Ag9OOH	TS1	74.1	+68.7
B	H—Ag9OOH+ H2H—Ag9—HH2O2	TS2	108.7	-27.2
C	H—Ag9—H+ O2HOOAg9—H	TS3	78.4	-75.4
D	HOOAg9—HAg9H2O2	TS4	124.7	+31.3

①通過降低步驟___（填字母）的能壘（活化能），可以較大幅度提高合成反應的速率。

②反應歷程中2到3斷裂的化學鍵為___（填序號）。

A.O2中的氧氧鍵 B.H2中的氫氫鍵 C.Ag9OOH中的氧氫鍵

（3）利用陰陽極同步放電產生H2O2和過硫酸銨[(NH4)2S2O8]的原理如圖所示。陽極上放電的離子是___，陰極的電極反應式為___。

（4）常溫下，H2O2分解速率方程v=0.0625·c(H2O2)mg·L-1·s-1，c(H2O2)隨時間變化如下表：

C(H2O2) (mgL-1)	10000.0	8000.0	4000.0	2000.0	1000.0
分解時間(s)	0	7	23	39	55

①當c(H2O2)=8000.0mg·L-1時，v=__mg·L-1·s-1；

②當c(H2O2)降為5000.0mg·L-1時，分解時間為___s。

Answer 1

【答案】H2O ΔS均減小，但是ΔH1比ΔH2更小，產生H2O的反應趨勢更大 2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g) ΔH=-300.0kJ·mol-1 D AB SO42- O2+2H++2e-=H2O2 500 16

【解析】

可以通過來判斷反應的趨勢；化學反應速率是由反應速率最慢的步驟決定的；根據電解池裝置，硫酸根離子在陽極失電子生成S2O82-，氧元素化合價降低，過氧化氫在陰極生成。

（1）①從熱力學趨勢來看相同反應物反應時，兩反應的ΔS均減小，但是ΔH1比ΔH2更小，根據，產生H2O的反應趨勢更大。

②根據蓋斯定律，由反應1-反應2可得出H2O2分解的熱化學方程式為2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g) ΔH=-300.0kJ·mol-1。

（2）①需要較大幅度提高合成反應的速率，取決于反應的決定反應速率的步驟，那就看每步反應的活化能的大小，由表格數據可知步驟D的活化能最大，因此通過降低步驟D的能壘（活化能），可以較大幅度提高合成反應的速率。

②反應歷程中2到3反應的方程式為Ag9O2+H2H-Ag9OOH，可知O2中氧氧鍵與H2中氫氫鍵均斷裂。

（3）根據電解池裝置可知，硫元素化合價升高，故硫酸根離子在陽極失電子生成S2O82-；而陰極發生還原反應，氧氣得電子與氫離子生成過氧化氫，電極反應式為O2+2H++2e-=H2O2。

（4）①當c(H2O2)=8000.0mg·L-1時，分解速率v=0.0625·c(H2O2)mg·L-1·s-1=（0.06258000.0）mg·L-1·s-1=500 mg·L-1·s-1。

②對比過氧化氫濃度減少一半量和時間之間關系，可以發現過氧化氫濃度減少一半所用的時間為定值，均為16s，故當c(H2O2)從10000 mg·L-1降為5000.0mg·L-1時，分解時間為16s。