Question

3．H₂O₂、NH₃都是用途广泛的工业产品．
I．某实验小组以H₂O₂分解为例，研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响．在常温下按照以下方案完成实验．

实验编号	反应物	催化剂
①	10mL2%　H2O2溶液	无
②	10mL5%　H2O2溶液	无
③	10mL5%　H2O2溶液	1mL0.1mol•L-1FeCl3溶液
④	10mL5%　H2O2溶液+少量HCl溶液	1mL0.1mol•L-1FeCl3溶液
⑤	10mL5%　H2O2溶液+少量NaOH溶液	1mL0.1mol•L-1FeCl3溶液

（1）实验①和②的目的是探究浓度对反应速率的影响．
（2）实验③④⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图1．分析图1能够得出的实验结论是碱性环境能增大H₂O₂分解的速率，酸性环境能减小H₂O₂分解的速率．
（3）加入0.1g MnO₂粉末于50mL H₂O₂溶液中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图2所示．反应速率变化的原因是H₂O₂溶液的浓度逐渐减小，则H₂O₂的初始物质的量浓度为0.11mol/L（保留两位有效数字）．
Ⅱ．（1）工业上用N₂和H₂合成氨．已知：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-a kJ•mol^-1
2H₂O（1）?2H₂（g）+O₂（g）△H=+b kJ•mol^-1
则NH₃被O₂氧化为N₂和H₂O的热化学方程式为4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（1）△H=（2a-3b）kJ•mol^-1．
（2）NH₃能被H₂O₂氧化生成无毒气体和水．
①此反应可设计原电池，在碱性条件下负极的电极反应方程式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．
②利用上述原电池，用惰性电极电解l00mL 0.5mol•L^-1的CuSO₄溶液，电解反应的离子方程式为2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu↓+O₂↑+4H⁺．

Answer 1

分析 I．（1）为了便于比较，应在相同的条件下利用一个变量来比较，实验①和②的浓度不同；
（2）由图可知，⑤的反应速率最大，④的反应速率最小；
（3）由图可知，相同时间内生成氧气越来越少，则反应速率越来越慢，与浓度有关；结合2H₂O₂$\frac{\underline{\;FeCl_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑及c=$\frac{n}{V}$计算；
II（1）①N₂ （g）+3H₂ （g）═2NH₃ （g）△H=-a kJ•mol^-1
②2H₂O（1）═2H₂ （g）+O₂ （g）△H=+b kJ•mol^-1
结合盖斯定律可知②×3+①×2得到：2N₂ （g）+6H₂O （1）=4NH₃（g）+3O₂（g），以此计算△H；
（2）①负极是氨气失电子生成氮气；
②阳极反应式为2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，阴极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu，总的反应式为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄．

解答 解：I．（1）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，故答案为：探究浓度对反应速率的影响；
（2）由图可知，⑤的反应速率最大，④的反应速率最小，结合实验方案可知均存在催化剂，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，
故答案为：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；
（3）由图可知，相同时间内生成氧气越来越少，则反应速率越来越慢，可知反应速率变化的原因是H₂O₂溶液的浓度逐渐减小；n（O₂）=$\frac{0.06L}{22.4L/mol}$=0.0027mol，则c（H₂O₂）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.0027mol×2}{0.05L}$≈0.11mol/L，故答案为：H₂O₂溶液的浓度逐渐减小；0.11mol/L；
II．（1）①N₂ （g）+3H₂ （g）═2NH₃ （g）△H=-a kJ•mol^-1
②2H₂O（1）═2H₂ （g）+O₂ （g）△H=+b kJ•mol^-1
由盖斯定律可知②×3+①×2得到：2N₂ （g）+6H₂O （1）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=-（2a-3b） kJ•mol^-1 ；
则NH₃被O₂氧化为N₂和H₂O的热化学方程式为4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂ （g）+6H₂O （1）△H=（2a-3b） kJ•mol^-1 ；
故答案为：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂ （g）+6H₂O （1）△H=（2a-3b） kJ•mol^-1 ；
（2）①电池反应为：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．该电池负极是氨气失电子生成氮气，反应的电极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
①用惰性电极电解l00mL 0.5mol•L^-1的CuSO₄溶液，电解反应的离子方程式为2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu↓+O₂↑+4H⁺，故答案为：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu↓+O₂↑+4H⁺．

点评 本题考查较综合，涉及反应速率的影响因素、电解原理及应用、盖斯定律计算反应热等，综合性较强，注重高频考点的考查，把握反应原理为解答的关键，题目难度中等．