Question

18．（一）Fenton法常用于处理含有难降解有机物的工业废水，通常是在调节好pH和Fe²⁺浓度的废水中加入H₂O₂，所产生的羟基自由基能氧化降解污染物．现运用该方法降解有机污染物p-CP，探究有关因素对该降解反应速率的影响．实验中控制p-CP的初始浓度相同，恒定实验温度在298K或313K下设计如下对比实验（其余实验条件见下表）：

实验序号	实验目的	T/K	pH	c/10-3mol•L-1
				H2O2	Fe2+
①	为以下实验作参照物	298	3	6.0	0.30
②	探究温度对降解反应速率的影响	313	3	6.0	0.30
③		298	10	6.0	0.30

（1）编号③的实验目的是探究pH对降解速率的影响．
（2）实验测得不同实验编号中p-CP的浓度随时间变化的关系如图所示．请根据实验①曲线，计算降解反应在50-300s内的平均反应速率v（p-CP）=4.8×10^-6mol•L^-1•s^-1．
（3）实验①②表明，温度与该降解反应速率的关系是温度越高，降解反应速率越快．
（二）已知Fe³⁺和I^-在水溶液中的反应为2I^-+2Fe³⁺=2Fe²⁺+I₂．正向反应速率和I^-、Fe³⁺的浓度关系为v=kc^m（I^-）cⁿ（Fe³⁺）（k为常数）
（4）请分析下表提供的数据回答以下问题：

	c（I-）/（mol•L-1）	c（Fe3+）/（mol•L-1）	v/（mol•L-1•s-1）
（1）	0.20	0.80	0.032k
（2）	0.60	0.40	0.144k
（3）	0.80	0.20	0.128k

①在v=kc^m（I^-）cⁿ（Fe³⁺）中，m、n的值为C．（选填A、B、C、D）
A．m=1，n=1        B．m=1，n=2       C．m=2，n=1    D．m=2，n=2
②I^-浓度对反应速率的影响＞Fe³⁺浓度对反应速率的影响（填“＜”、“＞”或“=”）．
（三）一定温度下，反应FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）的化学平衡常数为3.0，该温度下将2mol FeO、4mol CO、5mol Fe、6mol CO₂加入容积为2L的密闭容器中反应．请通过计算回答：
（5）v（正）＞v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）；若将5mol FeO、4mol CO加入同样的容器中，在相同温度下达到平衡，则CO的平衡转化率为75%．

Answer 1

分析 （一）（1）对比实验①③可知除PH值不同外，其他条件完全相同，得出实验③的目的；
（2）根据反应速率公式v=$\frac{△c}{△t}$；
（3）根据实验①②的温度高低和曲线的斜率大小来回答；
（二）（4）①将表中的三组数据代入公式v=kc^m（I^-）cⁿ（Fe³⁺），计算m和n的值；
②根据m、n的大小确定影响大小；
（三）（5）根据Qc与K的大小来判断，用三行式计算转化率．

解答 解：（一）（1）对比实验①③可知除PH值不同外，其他条件完全相同，所以实验③的目的是探究pH对降解速率的影响，
故答案为：探究pH对降解速率的影响；
（2）应在50-300s内的平均反应速率v（p-CP）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{（1.6-0.4）×1{0}^{-3}mol•{L}^{-1}}{250s}$=4.8×10^-6 mol•L^-1•s^-1，
故答案为：4.8×10^-6mol•L^-1•s^-1；
（3）根据实验①②相比，实验②的温度更高，②的曲线的斜率更大，降解反应速率大，
故答案为：温度越高，降解反应速率越快；
（二）（4）①将表中的三组数据代入公式v=kc^m（I^-）cⁿ（Fe³⁺），
得0.20^m×0.80ⁿ=0.032K，
0.60^m×0.40ⁿ=0.144K，
0.80^m×0.20ⁿ=0.128K，
解之得：m=2，n=1，
故答案为：C；
②m＞n，所以I^-浓度对反应速率的影响大，
故答案为：＞；
（三）（5）该温度下将2mol FeO、4mol CO、5mol Fe、6mol CO₂加入容积为2L的密闭容器中反应，发生可逆反应FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），
根据Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{\frac{6mol}{2L}}{\frac{4mol}{2L}}$=1.5，比该温度下的平衡常数K=3.0小，所以此时反应正向进行，正反应占优势，v（正）＞v（逆）；
若将5mol FeO、4mol CO加入同样的容器中，在相同温度下达到平衡，CO的初始浓度为4mol÷2L=2mol/L，设平衡时一氧化碳转化了x mol/L，根据三行式：
           FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），
初始浓度：2mol/L             0mol/L  
变化浓度：xmol/L             xmol/L
平衡浓度：（2-x）mol/L          xmol/L
K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{x}{2-x}$=3.0，解得x=1.5 mol/L，则CO的平衡转化率为=$\frac{CO变化浓度}{CO初始浓度}$×100%=$\frac{1.5mol•{L}^{-1}}{2mol•{L}^{-1}}$=75%，
故答案为：＞；75%．

点评 本题考查学生化学平衡状态以及化学反应速率知识，要求学生具有分析和解决问题的能力，注意对表格中数据的处理，题目综合性强，难度较大．