Question

3．过氧化氢和臭氧是用途很广的氧化剂．试回答下列问题：
（1）过氧化氢是一种绿色氧化剂，写出在酸性条件下H₂O₂氧化KI的离子反应方程式：H₂O₂+2I^-+2H⁺═I₂+2H₂O
（2）Na₂O₂、K₂O₂、以及BaO₂都可与酸作用生成过氧化氢，目前实验室制取过氧化氢可通过上述某种过氧化物与适量稀硫酸作用，过滤即可制得．最适合的过氧化物是（写电子式），
（3）火箭发射常以液态肼（N₂H₄）为燃料，液态过氧化氢为助燃剂．
已知：N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（l）△H=-534kJ mol^-1
H₂O₂（l）=H₂O（l）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=-98.64kJ mol^-1
H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ mol^-1
则反应N₂H₄（g）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（g） 的△H=-643.28kJ•mol^-1
（4）臭氧（O₃）可以使湿润的淀粉-碘化钾试纸变蓝，反应的化学方程式为：KI+O₃+H₂O→KOH+I₂+O₂（未配平） 回答问题：
①还原产物的化学式为KOH
②配平后的化学方程式是2KI+O₃+H₂O=2KOH+I₂+O₂
（5）O₃可由臭氧发生器（原理如图所示）电解稀硫酸制得．
①图中阴极为A（填“A”或“B”）．
②若C处不通入O₂，D、E处分别收集到11.2L和有4.48L气体（标准状况下），则E处收集的气体中O₃所占的体积分数为50%（忽略O₃的分解）．
③若C处通入O₂，则A极的电极反应式为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）酸性条件下H₂O₂氧化KI生成碘单质和水；
（2）根据题目信息，实验室通过上述某种过氧化物与适量稀硫酸作用，过滤后即可制得较纯净的H₂O₂溶液，说明生成了沉淀；
（3）N₂H₄（l）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g），△H=-534kJ•mol^-1①
H₂O₂（l）=H₂O（l）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=-98.64kJ mol^-1②
H₂O（l）═H₂O（g），△H=+44kJ•mol^-1③
根据盖斯定律，将①+2②+4③计算；
（4）①反应中碘化钾是还原剂，臭氧作氧化剂得电子发生还原反应，反应中得电子化合价降低的物质是氧化剂，氧化剂对应的产物是还原产物；
②依据元素化合价变化结合电子守恒配平书写化学方程式；
（5）①由图可知，B极生成O₂、O₃，B极反应氧化反应，电解池阳极发生氧化反应，故A为阴极；
②若C处不通入O₂，实质为电解水，D处为氢气，体积为11.2L，E处为氧气、臭氧，体积共为4.48L，令臭氧的体积为xL，利用电子转移守恒列放出计算x的值，再根据体积分数定义计算；
③C处通入O₂，O₂发生还原反应，在酸性条件下生成水．

解答 解：（1）酸性条件下H₂O₂氧化KI生成碘单质和水，反应的离子方程式为：H₂O₂+2I^-+2H⁺═I₂+2H₂O；
故答案为：H₂O₂+2I^-+2H⁺═I₂+2H₂O；
（2）实验室通过上述某种过氧化物与适量稀硫酸作用，过滤后即可制得较纯净的H₂O₂溶液，说明生成了硫酸钡沉淀，所以选用BaO₂，过氧化钡是离子化合物，电子式为：故答案为：；
（3）N₂H₄（l）+O₂（g）═N₂（g）+2H₂O（g），△H=-534kJ•mol^-1①
H₂O₂（l）=H₂O（l）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=-98.64kJ mol^-1②
H₂O（l）═H₂O（g），△H=+44kJ•mol^-1③
将①+2②+4③可得：N₂H₄（l）+2H₂O₂（l）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=（-534kJ•mol^-1）+2×（-98.64kJ•mol^-1）+4×（+44kJ•mol^-1）=-643.28 kJ•mol^-1
故答案为：-643.28 kJ•mol^-1；
（4）该反应中臭氧得电子化合价降低，所以臭氧是氧化剂；氧化剂对应的产物是还原产物，所以氢氧化钾是还原产物，碘元素化合价-1价变化为0价，氧元素化合价变化为-2价，结合电子守恒配平书写化学方程式为：2KI+O₃+H₂O=2KOH+I₂+O₂；
故答案为：KOH；2KI+O₃+H₂O=2KOH+I₂+O₂；
（5）①由图可知，B极生成O₂、O₃，B极反应氧化反应，电解池阳极发生氧化反应，故A为阴极，电极反应为2H⁺+2e^-═H₂↑，故答案为：A；
②若C处不通入O₂，实质为电解水，D处为氢气，体积为11.2 L，物质的量为0.5mol，E处为氧气、臭氧，体积共为4.48L，物质的量为0.2mol；
令臭氧的体积为xL，根据电子转移守恒有
0.5×2=x×3×2+（0.2-x）×2×2，解得Z=0.5mol-2×0.2mol=0.1，所以E处收集的气体中O₃所占的体积分数为$\frac{0.1mol}{0.2mol}$×100%=50%，
故答案为：50%；
③C处通入O₂，O₂发生还原反应，在酸性条件下生成水，电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

点评 本题考查原电池与电解池反应原理、反应热的计算、氧化还原反应计算、化学平衡图象、阅读题目获取信息的能力等，难度中等，需要学生具备运用信息与基础知识分析问题、解决问题的能力．