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【题目】H2O2的制取及其在污水处理方面的应用是当前科学研究的热点。

(1)“氧阴极还原法”制取H2O2的原理如题图所示:

阴极表面发生的电极反应有:

Ⅰ.2H++O2+2e-=H2O2

Ⅱ. H2O2+2H++ 2e-=2H2O

Ⅲ. 2H+ +2e-=H2↑

①写出阳极表面的电极反应式:___。

②其他条件相同时,不同初始pH(均小于2)条件下,H2O2浓度随电解时间的变化如图所示,c(H+)过大或过小均不利于H2O2制取,原因是_______。

(2)存碱性条件下,H2O2的一种催化分解机理如下:

H2O2(aq)+Mn2+(aq)=·OH(aq)+Mn3+(aq)+OH-(aq) H=akJ/mol

H2O2(aq)+ Mn3+(aq) +2OH-(aq)= Mn2+(aq) +·O2-(aq) +2H2O(l) H=bkJ/mol

·OH(aq) +·O2-(aq)=O2(g) +OH-(aq) H=ckJ/mol

2H2O2(aq)= 2H2O(l)+O2(g) △H=_______ 。该反应的催化剂为 ____。

(3)H2O2、O3在水中可形成具有超强氧化能力的羟基自由基(·OH),可有效去除废水中的次磷酸根离子(H2PO2-)。

①弱碱性条件下·OH将H2PO2-氧化成PO43-,理论上l.7g·OH可处理含0.001mol/L H2PO2-的模拟废水的体积为______。

②为比较不同投料方式下含H2PO2-模拟废水的处理效果,向两份等体积废水样品中加入等量H2O2和O3,其中一份再加入FeSO4。反应相同时间,实验结果如图所示:

添加FeSO4后,次磷酸盐氧化率、磷元素沉淀率均显著提高,原因是______。

【答案】 c(H+)过小时,反应Ⅰ的化学反应速率较慢,c(H+)过大时,主要发生反应Ⅲ (a+b+c)kJ/mol Mn2+ 25L Fe2+促进H2O2和O3产生·OH,氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀

【解析】

(1)由电解装置图可知阳极表面消耗水,产生氧气,以此写出电极方程式;

(2)由盖斯定律可得,①+②+③可得所求热化学方程式,中间产物Mn2+为催化剂;

(3)①弱碱性条件下OH将H2PO2-氧化成PO43-,反应为:,以此计算废水的体积;

②由图可知添加FeSO4后,次磷酸盐氧化率、磷元素沉淀率均显著提高,原因是Fe2+促进H2O2和O3产生·OH,氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀。

(1)由电解装置图可知阳极表面消耗水,产生氧气,则电极方程式为,

故答案为:;

(2)已知:①H2O2(aq)+Mn2+(aq)=·OH(aq)+Mn3+(aq)+OH-(aq) H=akJ/mol

②H2O2(aq)+ Mn3+(aq) +2OH-(aq)= Mn2+(aq) +·O2-(aq) +2H2O(l) H=bkJ/mol

③·OH(aq) +·O2-(aq)=O2(g) +OH-(aq) H=ckJ/mol

由盖斯定律可得,①+②+③可得所求热化学方程式,则△H=(a+b+c)kJ/mol, Mn2+为中间产物反应前后不发生改变为催化剂,

故答案为:(a+b+c)kJ/mol;Mn2+;

(3)①弱碱性条件下·OH将H2PO2-氧化成PO43-,反应为:, l.7g·OH物质的量,则参与反应的H2PO2-物质的量为0.025mol,则废水的体积,

故答案为:25L;

②由图可知添加FeSO4后,次磷酸盐氧化率、磷元素沉淀率均显著提高,原因是Fe2+促进H2O2和O3产生·OH,氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀,

故答案为:Fe2+促进H2O2和O3产生·OH,氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀。

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