Question

6．H₂O₂是一种绿色氧化还原试剂，在化学研究中应用广泛．
（1）某化学活动小组拟在同浓度Fe³⁺的催化下，探究H₂O₂浓度对H₂O₂分解反应速率的影响．所用试剂：30%H₂O₂、0.1mol?L^-1Fe₂（SO₄）₃、蒸馏水．
①写出实验中H₂O₂分解反应方程式：2H₂O₂$\frac{\underline{\;Fe_{2}（SO_{4}）_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
②设计实验方案：在不同H₂O₂浓度下，测定相同时间内产生氧气的体积多少，或生成相同体积的氧气所需时间的多少（要求所测得的数据能直接体现反应速率大小）．
③根据上述实验要求，请将表格补充完整．

物理量 实验序号	0.1mol?L-1Fe2（SO4）3 的体积/mL	30% H2O2 的体积/mL	H2O 的体积/mL
1	0.5	15	24.5mL
2	0.5	30	9.5

④查阅资料，30%的H₂O₂的密度为1.13g/mL，若实验测得实验2中H₂O₂全部分解所需的时间为2min，则用H₂O₂表示该反应在2min内的平均速率为3.75mol?L^-1?min^-1（设溶液体积变化忽略不计）
（2）利用图2-（a）和（b）中的信息，按图（c）装置（连接的A、B瓶中已充有NO₂气体）进行实验．可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的深（填“深”或“浅”），其原因是由图（a）可知H₂O₂分解为放热反应，H₂O₂分解使B瓶中温度升高，再由图（b）可知反应2NO₂（g）N₂O₄（g），也是放热反应，升温使平衡向左移动，C（NO₂）增大，颜色加深．

Answer 1

分析 （1）①过氧化氢在硫酸铁作催化剂条件下分解生成水与氧气；
②反应速率表示单位时间内物质的量浓度变化量，测定不同浓度的过氧化氢对反应速率的影响，需要测定相同时间内产生氧气的体积多少，或生成相同体积的氧气所需时间的多少；
③测定相同时间内产生氧气的体积多少，保证催化剂的浓度应相同，故加入硫酸铁溶液体积不变，溶液总体积不变，都为40mL，通过改变过氧化氢和水二者体积，根据相同时间内生成氧气的体积说明不同H₂O₂浓度对反应速率影响；
④化学反应速率等于变化的浓度除以变化的时间；
（2）由图a可知，1mol过氧化氢总能量高于1mol水与0.5mol氧气总能量，故过氧化氢分解是放热反应，由图b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮转化为四氧化二氮的反应为放热反应，所以图c中，右侧烧杯的温度高于左侧，升高温度使2NO₂（红棕色）?N₂O₄（无色）△H＜0，向逆反应方向移动．

解答 解：（1）①过氧化氢在硫酸铁作催化剂条件下分解生成水与氧气，
故答案为：2H₂O₂ $\frac{\underline{\;Fe_{2}（SO_{4}）_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
②反应速率表示单位时间内物质的量浓度变化量，测定不同浓度的过氧化氢对反应速率的影响，需要测定相同时间内产生氧气的体积多少，或生成相同体积的氧气所需时间的多少，
故答案为：相同时间内产生氧气的体积多少，或生成相同体积的氧气所需时间的多少；
③测定相同时间内产生氧气的体积多少，保证催化剂的浓度应相同，故加入硫酸铁溶液体积不变，溶液总体积不变，都为40mL，通过改变过氧化氢和水二者体积，根据相同时间内生成氧气的体积说明不同H₂O₂浓度对反应速率影响，
故答案为：24.5mL；
④30%的H₂O₂的密度为1.13g/mL溶液的浓度为7.5mol/L，则反应速率=7.5/2=3.75mol?L^-1?min^-1，
故答案为：3.75mol?L^-1?min^-1；
（2）由图a可知，1mol过氧化氢总能量高于1mol水与0.5mol氧气总能量，故过氧化氢分解是放热反应，由图b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮转化为四氧化二氮的反应为放热反应，所以图c中，右侧烧杯的温度高于左侧，升高温度使2NO₂（红棕色）?N₂O₄（无色）△H＜0，向逆反应方向移动，即向生成NO₂移动，故B瓶颜色更深，
故答案为：深；2NO₂（红棕色）?N₂O₄（无色），△H＜0是放热反应，且双氧水的分解反应也是放热反应．当右边双氧水分解时放出的热量会使B瓶升温，使瓶中反应朝逆反应方向移动，即向生成NO₂移动，故B瓶颜色更深．

点评 本题考查氧化还原反应、反应速率影响因素实验、化学反应速率计算、化学平衡移动等，侧重对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，注意利用控制变量法测定外界条件对反应速率的影响，难度中等．