Question

16．过氧化氢是重要的氧化剂和还原剂，常用于消毒、杀菌、漂白等．请回答相关问题：
（1）目前常用乙基蒽醌法制备过氧化氢，主要过程如图1，此过程的总方程式为H₂+O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$H₂O₂．

（2）实验测得常温下质量分数为0.51%H₂O₂水溶液（密度为1g/mL）的pH为5
i．写出H₂O₂溶于水的电离方程式H₂O₂?H⁺+HO₂^-HO₂^-?H⁺+O₂^2-．
ii．测定H₂O₂水溶液pH的方法为D（填编号）
A．用酸碱指示剂测定   B．用广泛pH试纸测定
C．用精密pH试纸测定   D．用pH计测定
（3）某实验小组拟研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对H₂O₂分解反应速率的影响．在常温下按照如下方案完成实验．

实验编号	反应物	催化剂
①	10mL 2% H2O2溶液	无
②	10mL 5% H2O2溶液	无
③	10mL 5% H2O2 溶液	0.1gMnO2粉末
④	10mL 5% H2O2 溶液+少量HCl溶液	0.1gMnO2粉末
⑤	10mL 5%  H2O2 溶液+少量NaOH溶液	0.1gMnO2粉末

i．实验①和②的目的是探究浓度对反应速率的影响．实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论．资料显示，通常条件下H₂O₂较稳定，不易分解．为了达到实验目的，你对原实验方案的改进是向反应物中加入等量同种催化剂（或将盛有反应物的试管放在同一热水浴中）．
ii．实验③、④、⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图2所示．
分析该图能够得出的实验结论是溶液pH越大，双氧水分解速度越快．
（4）实验室常用酸性高锰酸钾标准溶液测定双氧水的浓度，反应原理为：2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺═2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑
2MnO₄^-+H₂O₂+H⁺═2Mn²⁺+H₂O+O₂↑
i．请配平以上离子方程式2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺═2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑
ii．用移液管吸取25.00mL试样置于锥形瓶中，重复滴定四次，每次消耗0.1000mol•L^-1的KMnO₄标准溶液体积如下表所示：

	第一次	第二次	第三次	第四次
体积（mL）	17.10	18.10	18.00	17.90

计算试样中过氧化氢的浓度为0.18mol•L-1．
iii．若滴定前尖嘴中有气泡滴定后消失，则测定结果偏高（“偏高”或“偏低”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）乙基蒽醌作催化剂，氢气和氧气反应生成双氧水；
（2）i．过氧化氢是弱电解质属于二元弱酸分部电离；ii．过氧化氢具有漂白性；
（3）i．实验①和②的浓度不同；为了便于比较，应在相同的条件下利用一个变量来比较；
ii、由图可知，⑤的反应速率最大，④的反应速率最小，以此来解答；
（4）i．据氧化还原反应中得失电子守恒和原子守恒配平方程式；
ii．第一次滴定体积和其它三次差距过大，应该舍去，求出第二、三、四三次的平均值，根据反应求出过氧化氢的浓度；
iii．滴定前有气泡，消耗的高锰酸钾偏多，测定结果偏高．

解答 解：（1）通过图示可知，用乙基蒽醌作催化剂制取双氧水，反应为：H₂+O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$H₂O₂，
故答案为：H₂+O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$H₂O₂；
（2）i．过氧化氢是弱电解质，H₂O₂溶液显酸性属于二元弱酸分部电离，电离的方程式为：H₂O₂?H⁺+HO₂^- HO₂^-?H⁺+O₂^2-；
故答案为：H₂O₂?H⁺+HO₂^- HO₂^-?H⁺+O₂^2-；
ii．过氧化氢具有漂白性，能够将pH试纸的红色漂白至百色，所以需用pH计测定其pH，
故答案为：D；
（3）i．实验①和②的浓度不同，则该实验的目的为探究浓度对化学反应速率的影响；为了便于比较，应在相同的条件下利用一个变量来比较，
则向反应物中加入等量同种催化剂（或将盛有反应物的试管放在同一热水浴中），
故答案为：探究浓度对反应速率的影响；向反应物中加入等量同种催化剂（或将盛有反应物的试管放在同一热水浴中）；
ii．由图可知，⑤的反应速率最大，④的反应速率最小，结合实验方案可知，碱性环境能增大H₂O₂分解的速率，酸性环境能减小H₂O₂分解的速率，即：溶液pH越大，双氧水分解速度越快，
故答案为：溶液pH越大，双氧水分解速度越快；
（4）i．每有1molMnO₄^-反应得电子5mol，每有1molH₂O₂反应，失电子2mol，所以高锰酸根和过氧化氢的物质的量之比为2：5，其化学计量数分别为2、5，在据原子守恒，得出锰离子和氧分子前的化学计量数也是2和5，再据电荷守恒配平氢离子为6，据H原子守恒，水的化学计量数为8，化学方程式为：2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺═2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑，
故答案为：2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺═2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑；
ii．由于第一次数据误差过大，故舍去；其它三组的平均值为 18.00ml，根据反应2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺═2Mn²⁺+8H₂O+5O₂，n（H₂O₂）=2.5×n（MnO₄^-）=2.5×0.1000mol•L^-1×0.018L，c（H₂O₂）=$\frac{2.5×0.1×0.018}{0.025}$=0.18 mol/L，
故答案为：0.18；
iii．滴定前尖嘴中有气泡，导致消耗的标准液偏大，测定结果偏高，
故答案为：偏高．

点评 本题考查影响化学反应速率因素、化学方程式书写、电离方程式书写等知识，题目难度中等，试题知识点较多、综合性较强，能够较好的考查学生实验设计、数据处理、图象分析的综合能力．