题目内容
【题目】羟基自由基(·OH,电中性,O为-1价)是一种活性含氧微粒。常温下,利用·OH处理含苯酚废水,可将其转化为无毒的氧化物。
(1)·OH的电子式为________。
(2) pH=3时Fe2+催化H2O2的分解过程中产生·OH中间体,催化循环反应如下。将ii补充完整。
i.Fe2++ H2O2+H+ === Fe3++ H2O +·OH
ii.___ + ___ === ___ + O2↑+2H+
(3)已知:羟基自由基容易发生猝灭2·OH === H2O2。用H2O2分解产生的·OH脱除苯酚,当其他条件不变时,不同温度下,苯酚的浓度随时间的变化如下图所示。0~20 min时,温度从40℃上升到50℃,反应速率基本不变的原因是________。
(4)利用电化学高级氧化技术可以在电解槽中持续产生·OH,使处理含苯酚废水更加高效,装置如上图所示。已知a极主要发生的反应是O2生成H2O2,然后在电解液中产生·OH并迅速与苯酚反应。
① b极连接电源的________极(填“正”或“负”)。
②a极的电极反应式为________。
③电解液中发生的主要反应方程式为________。
【答案】 2 Fe3+ 2·OH- 2Fe2+ 从图1可知,0~20 min,40~50℃,升高温度化学反应速率应该加快但是50℃时,温度升高羟基自由基发生猝灭(或温度升高过氧化氢分解产生氧气),导致c(·OH)下降(1分),所以,温度从40℃上升到50℃,反应速率不基本不变。 正 Fe2++ H2O2+H+ === Fe3++ H2O +·OH C6H6O + 28·OH-===6CO2 + 17H2O
【解析】
(1)本小题考查的是电子式的书写,羟基自由基(·OH)中氧原子最外层有6个电子,达到8电子稳定结构需得2个电子,拿出一个电子与氢原子的一个电子形成一对共用电子对,即形成一个共价键,还剩余一个电子,则羟基自由基的电子式为。
(2)催化剂在反应前后质量不变相当于没有参与反应。根据总反应减去一个反应得到另一个反应。2H2O2=2H2O+O2↑为反应 i和ii的总反应,总反应减去反应i即得到反应ii。
(3)本小题考查的是影响速率的因素。升高温度化学反应速率应该加快,但是50℃时,温度升高羟基自由基发生猝灭,导致c(·OH)下降,反应速率基本不变。
(4)①根据反应类型判断阴阳极,得电子发生还原反应的一极为电解池的阴极,与电源的负极相连,失电子发生氧化反应的一极为电解池的阳极,与电源的正极相连。
②b极是Fe电极为活性电极,电极反应式为Fe-2e-=Fe2+,产生的Fe2+向阴极移动;由题意可知a极主要发生的反应是O2生成H2O2,电极反应为O2+2e-+2H+=H2O2,然后在电解液中产生·OH,故a极的电极反应式为Fe2++ H2O2+H+ === Fe3++ H2O +·OH。
③由题意可知a极主要发生的反应是O2生成H2O2,然后在电解液中产生·OH,·OH能迅速与苯酚反应,则电解液中发生的主要反应方程式为C6H6O + 28·OH-===6CO2 + 17H2O。
(1)羟基自由基(·OH)中氧原子最外层有6个电子,达到8电子稳定结构需得2个电子,拿出一个电子与氢原子的一个电子形成一对共用电子对,即形成一个共价键,还剩余一个电子,则羟基自由基的电子式为。本小题答案为:。
(2)由题意可知Fe2+为H2O2的分解反应的催化剂,则 i和ii反应合并的总反应为2H2O2=2H2O+O2↑,若反应i为Fe2++ H2O2+H+ === Fe3++ H2O +·OH则反应ii 为2 Fe3+ + 2·OH- === 2Fe2++ O2↑+2H+。本小题答案为:2 Fe3+ ;2·OH- ;2Fe2+。
(3)从图1可知,0~20 min,40~50℃,升高温度化学反应速率应该加快,但是50℃时,温度升高羟基自由基发生猝灭(或温度升高过氧化氢分解产生氧气),导致c(·OH)下降,所以,温度从40℃上升到50℃,反应速率基本不变。本小题答案为:从图1可知,0~20 min,40~50℃,升高温度化学反应速率应该加快但是50℃时,温度升高羟基自由基发生猝灭(或温度升高过氧化氢分解产生氧气),导致c(·OH)下降,所以,温度从40℃上升到50℃,反应速率基本不变。
(4)①根据题意可知a极主要发生的反应是O2生成H2O2,氧气中的氧元素得电子由0价降低到-1价,发生还原反应,则a极为阴极,b极为阳极,故b极连接电源的正极。本小题答案为:正。
②b极是Fe电极为活性电极,电极反应式为Fe-2e-=Fe2+,产生的Fe2+向阴极移动;由题意可知a极主要发生的反应是O2生成H2O2,电极反应为O2+2e-+2H+=H2O2,然后在电解液中产生·OH,故a极的电极反应式为Fe2++ H2O2+H+ === Fe3++ H2O +·OH。本小题答案为:Fe2++ H2O2+H+ === Fe3++ H2O +·OH。
③由题意可知a极主要发生的反应是O2生成H2O2,然后在电解液中产生·OH,·OH能迅速与苯酚反应,则电解液中发生的主要反应方程式为C6H6O + 28·OH-===6CO2 + 17H2O。本小题答案为:C6H6O + 28·OH-===6CO2 + 17H2O。