Question

7．过氧化氢（H₂O₂）俗称双氧水．是一种重要的化工产品，具有漂白、氧化、消毒、杀菌等多种功效，广泛应用于纺织、造纸、化工、电子、轻工、污水处理等工业．回答下列问题：
（1）H₂O₂的电子式为．
（2）用H₂O₂与稀硫酸的混合溶液可溶出印刷电路板金属粉末中的铜．
已知：Cu（s）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+H₂（g）△H=+64kJ/mol
2H₂O₂（1）═2H₂O（l）+O₂（g）△H=-196kJmol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-286kJ/mol
则在稀硫酸溶液中Cu与H₂O₂反应生成Cu²⁺和H₂O的热化学方程式为：Cu（s）+H₂O₂（l）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+2H₂O（l）△H=-320kJ/mol．
（3）工业上常用电解硫酸氢铵水溶液的方法制备过氧化氢，其原理为：首先2NH₄HSO₄$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$（NH₄）₂S₂O₈+H₂↑，然后由（NH₄）₂S₂O₈水解得到H₂O₂和另一产物．则：
①电解时阳极的电极反应式为2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-；
②（NH₄）₂S₂O₈水解时发生反应的化学方程式为（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂．
（4）现甲、乙两个化学小组利用两套相同装置，通过测定产生相同体积气体所用时间长短来探究影响H₂O₂分解速率的因素（仅一个条件改变）．甲小组有如下实验设计方案．

实验编号	温度	催化剂	浓度
甲组实验Ⅰ	25℃	三氧化二铁	10mL5%H2O2
甲组实验Ⅱ	25℃	二氧化锰	10mL 5%H2O2

甲、乙两小组得出如图数据．
①甲小组实验得出的结论是H₂O₂分解时，MnO₂比Fe₂O₃催化效率更高．
②由乙组研究的酸、碱对H₂O₂分解影响因素的数据分析，相同条件下H₂O₂在碱（填“酸”或“碱”）性环境下放出气体速率较快；由此，乙组提出可以用BaO2固体与硫酸溶液反应制H₂O₂，其反应的离子方程式为BaO₂+2H⁺+SO₄^2-═BaSO₄↓+H₂O₂；支持这一方案的理由是（BaSO₄的生成有利于平衡右移即有利于H₂O₂的生成）酸性环境有利于H₂O₂的存在（等其他合理原因）．
③已知过氧化氢还是一种极弱的二元酸：H₂O₂?H⁺+HO₂^-（K${\;}_{{a}_{1}}$=2.4×10^-12）．当稀H₂O₂溶液在碱性环境下分解时会发生反应H₂O₂+OH^-?HO₂^-+H₂O，该反应中，正反应速率为V_正=k_正•c（H₂O₂）•c（OH^-），逆反应速率为v逆=k_逆•c（H₂O）•c（HO₂^-），其中k_正、k_逆为速率常数，则k_正与k_逆的比值为1.33×10⁴（保留3位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）H₂O₂中两个氢原子分别与两个氧原子通过共用一对电子结合，两个氧原子之间通过共用1对电子结合；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（3）①电解硫酸氢铵水溶液得到（NH₄）₂S₂O₈和H₂，电解池中阴极是得到电子发生还原反应，阳极SO₄^2-失去e^-生成S₂O₈^2-；
②（NH₄）₂S₂O₈溶液水解得到过氧化氢的水溶液，则（NH₄）₂S₂O₈水解生成双氧水和硫酸氢铵；
（4）①在体积-时间图，斜率即可代表化学反应速率，甲组实验Ⅰ、II催化剂不同；
②由乙组研究的酸、碱对H₂O₂分解影响因素的数据分析可知碱性越强，放出气体的速率越快；根据BaO₂固体与硫酸溶液反应制H₂O₂和硫酸钡进行解答；
③根据K${\;}_{{a}_{1}}$、K_W、以及V_正、v_逆公式进行计算．

解答 解：（1）H₂O₂为共价化合物，分子中存在两个氧氢键和一个O-O键，双氧水的电子式为，
故答案为：；
（2）①Cu（s）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+H₂（g）△H=+64kJ/mol，
②2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H=-196kJ/mol，
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-286kJ/mol
由盖斯定律①+$\frac{1}{2}$×②+③得到：Cu（s）+H₂O₂（l）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+2H₂O（l）△H=-320kJ/mol；
故答案为：Cu（s）+H₂O₂（l）+2H⁺（aq）═Cu²⁺（aq）+2H₂O（l）△H=-320kJ/mol；
（3）①电解硫酸氢铵水溶液得到（NH₄）₂S₂O₈和H₂，电解池中阴极是得到电子的，所以为溶液中的氢离子放电，方程式是2H⁺+2e^-═H₂↑，阳极SO₄^2-失去e^-生成S₂O₈^2-，阳极的电极反应方程是：2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-，
故答案为：2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-；
②（NH₄）₂S₂O₈水解得到H₂O₂和另一产物，另一产物为NH₄HSO₄，反应方程式为（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂，
故答案为：（NH₄）₂S₂O₈+2H₂O=2NH₄HSO₄+H₂O₂；
（4）①由图象可知在体积-时间图，斜率即可代表化学反应速率，由甲组实验两条曲线可知，甲组实验Ⅱ斜率大，因此分解速率越快，说明H₂O₂分解时，MnO₂比Fe₂O₃催化效率更高，
故答案为：H₂O₂分解时，MnO₂比Fe₂O₃催化效率更高；
②由乙组研究的酸、碱对H₂O₂分解影响因素的数据分析可知碱性越强，放出气体的速率越快，由题意知BaO₂固体与H₂SO₄溶液反应制H₂O₂的反应物为BaO₂和H₂SO₄，产物为H₂O₂，根据原子守恒可知另一种产物为硫酸钡，即：BaO₂+H₂SO₄=H₂O₂+BaSO₄↓，离子方程式为：BaO₂+2H⁺+SO₄^2-═BaSO₄↓+H₂O₂，由图可知酸性条件下，H₂O₂分解的速率慢，相同条件下H₂O₂在碱性条件下快，可能BaSO₄的生成有利于平衡右移即有利于H₂O₂的生成，或酸性环境有利于H₂O₂的存在（等其他合理原因），
故答案为：碱；BaO₂+2H⁺+SO₄^2-═BaSO₄↓+H₂O₂；（BaSO₄的生成有利于平衡右移即有利于H₂O₂的生成）酸性环境有利于H₂O₂的存在（等其他合理原因）；
③水的物质的量浓度为55.6 mol/L，$\frac{k正}{k逆}$=$\frac{c（{H}_{2}O）•c（H{{O}_{2}}^{-}），}{C（{H}_{2}{O}_{2}）•C（O{H}^{-}）}$=$\frac{C（{H}_{2}O）•{K}_{a}}{{K}_{W}}$=$\frac{55.6×2.4×1{0}^{-12}}{1.0×1{0}^{-14}}$≈1.33×10⁴，
故答案为：1.33×10⁴．

点评 本题考查过氧化氢的有关知识，为高考常见题型和高频考点，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，注意外界因素对化学反应速率的影响，（4）③计算是该题的难点，题目难度中等．