Question

16．H₂O₂是一种常用绿色氧化剂，在化学研究中应用广泛．

（1）空气阴极法电解制备H₂O₂的装置如图1所示，主要原理是在碱性电解质溶液中，通过利用空气中氧气在阴极还原得到H₂O₂和稀碱的混合物．试回答：
①直流电源的a极名称是正极．
②阴极电极反应式为O₂+2e^-+2H₂O=H₂O₂+2OH^-．
③1979年，科学家们用CO、O₂和水在三苯膦钯的催化下室温制得了H₂O₂．相对于电解法，该方法具有的优点是安全、能耗低．
（2）Fe³⁺对H₂O₂的分解具有催化作用．利用图2（a）和（b）中的信息，按图2（c）装置（连通的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H₂O₂分解放热，使平衡2NO₂═N₂O₄向生成NO₂方向移动．
（3）用H₂O₂ 和H₂SO₄ 的混合溶液可溶解印刷电路板金属粉末中的铜．反应的离子方程式是Cu+H₂O₂+H₂SO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O，控制其它条件相同，印刷电路板的金属粉末用10%H₂O₂和3.0mol•L^-1H₂SO₄溶液处理，测得不同温度下铜的平均溶解速率（见下表）

温度（℃）	20	30	40	50	60	70	80
Cu的平均溶解速率 （×10-3mol•min-1）	7.34	8.01	9.25	7.98	7.24	6.73	5.76

当温度高于40℃时，铜的平均溶解速率随着反应温度的升高而下降，其主要原因是温度高于40℃后，随着温度的升高，H₂O₂的分解速率加快，使溶液中H₂O₂的浓度降低加快，对铜的溶解速率的影响超过了温度升高对铜溶解速率的影响，所以铜的溶解速率逐渐减小．

Answer 1

分析 （1）由题给信息氧气在阴极还原得到H₂O₂和稀碱的混合物，则b为负极，a为正极；电解法需消耗电能，而催化法常温下即可进行；
（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；
（3）溶液变成蓝色，铜被氧化成铜离子：Cu+H₂O₂+H₂SO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O；当温度高于40℃时，铜的平均溶解速率随着反应温度的升高而下降，其主要原因是：温度高于40℃后，随着温度的升高，H₂O₂的分解速率加快，使溶液中H₂O₂的浓度降低加快，对铜的溶解速率的影响超过了温度升高对铜溶解速率的影响，所以铜的溶解速率逐渐减小．

解答 解：（1）由题给信息氧气在阴极还原得到H₂O₂和稀碱的混合物，则b为负极，a为正极，阴极电极反应式为：O₂+2e^-+2H₂O=H₂O₂+2OH^-，电解需要消耗大量电能，而CO、O₂和水在三苯膦钯的催化下室温制得了H₂O₂，不需要额外提供能量，故答案为：正极；O₂+2e^-+2H₂O=H₂O₂+2OH^-；能耗低；
（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；H₂O₂分解放热，使平衡2NO₂═N₂O₄向生成NO₂方向移动；
（3）铜与H₂O₂ 和H₂SO₄ 反应生成了硫酸铜，反应方程式是：Cu+H₂O₂+H₂SO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O；由于温度高于40℃后，随着温度的升高，H₂O₂的分解速率加快，使溶液中H₂O₂的浓度降低加快，对铜的溶解速率的影响超过了温度升高对铜溶解速率的影响，所以铜的溶解速率逐渐减小；
故答案为：Cu+H₂O₂+H₂SO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O；温度高于40℃后，随着温度的升高，H₂O₂的分解速率加快，使溶液中H₂O₂的浓度降低加快，对铜的溶解速率的影响超过了温度升高对铜溶解速率的影响，所以铜的溶解速率逐渐减小．

点评 本题综合考查原电池、电解池、化学平衡移动以及化学反应速率的影响等知识，为高考常见题型和高频考点，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，本题注意把握化学基本理论知识，注意相关知识的积累，难度中等．