Question

【题目】三氯乙酸（CCl3COOH）是饮用水中常见污染物，难以直接氧化降解。通过Fe/Cu微电池法和芬顿法可将三氯乙酸除去。

（1）pH=4时，向含有三氯乙酸的水样中投入铁屑和铜屑，通过原电池反应生成的活性氢原子（H）将CCl3COOH脱氯后转化为CHCl2COOH。

①原电池反应时的负极反应式为___。

②写出活性氢原子（H）与CCl3COOH反应的离子方程式：___。

③铁屑和铜屑的总质量一定，改变铁屑和铜屑的质量比，水样中单位时间三氯乙酸的脱氯率如图1所示，当m(Fe)/m(Cu)大于4时，铁屑质量越大，脱氯率越低的原因是___。

（2）取上述反应后的溶液，向其中加入H2O2，发生图2所示转化，生成羟基自由基（·OH），·OH能将溶液中的CHCl2COOH等物质进一步脱氯除去。

①图2所示转化中化合价未发生变化的元素是___。

②写出图2所示转化中反应Ⅱ的离子方程式：___。

③控制水样的pH不同，所得脱氯率如图3所示，当pH＞4后，脱氯率逐渐下降的原因是___。

④加入H2O2后需控制溶液的温度，温度过高时脱氯率减小的原因是___。

Answer 1

【答案】Fe-2e-=Fe2+ CCl3COOH+2H=CHCl2COOH+Cl-+H+ 形成Fe/Cu微电池的数目减少 H 2Fe3++H2O2=2Fe2++2H++O2↑ Fe2+、Fe3+发生水解，浓度降低，减少了·OH的生成 H2O2发生分解

【解析】

（1）①含有三氯乙酸的水样中投入铁屑和铜屑，酸性环境，组成铜锌原电池，铁作负极，负极反应式为Fe-2e-=Fe2+；

②原电池反应生成的活性氢原子（H）将CCl3COOH脱氯后转化为CHCl2COOH，活性氢原子（H）与CCl3COOH反应的离子方程式：CCl3COOH+2H=CHCl2COOH+Cl-+H+；

③铁屑和铜屑的总质量一定，改变铁屑和铜屑的质量比，当m(Fe)/m(Cu)大于4时，铁屑质量越大，形成的Fe/Cu微电池数目越少，生成的活性氢速率越低，单位时间内脱氯率越低；

（2）①上述反应后的溶液有Fe2+，向其中加入H2O2，发生图2所示转化Fe2+转化为Fe3+，H2O2转化为羟基自由基（·OH），故铁元素和氧元素化合价发生变化，氢元素化合价未发生变化；

②根据图2所示转化中，反应Ⅱ中H2O2转化为O2，Fe3+转化为Fe2+，故反应Ⅱ的离子方程式：2Fe3++H2O2=2Fe2++2H++O2↑；

③酸性条件会抑制Fe3+和Fe2+的水解，随着pH增大，Fe3+和Fe2+的水解程度增大，减小了羟基自由基的生成，因此根据脱氯率图3所示，当pH＞4后，脱氯率逐渐下降的原因是Fe2+、Fe3+发生水解，浓度降低，减少了·OH的生成；

④由于双氧水溶液受热易分解，生成羟基自由基（·OH）减少，脱氯率减小，因此需控制溶液的温度，温度过高时脱氯率减小的原因是H2O2发生分解。