Question

某些金属及金属氧化物对H₂O₂的分解反应具有催化作用，请回答下列问题：
（1）已知：2H₂O₂（aq）=2H₂O（l）+O₂（g）的△H＜0，则该反应的逆反应能否自发进行？

 

（填“能”或“不能”），判断依据是

 

．
（2）某同学选用Ag、Pt、Cu、TiO₂作为催化剂，在25℃时，保持其它实验条件相同，测得生成的O₂体积（V）．V与分解时间（t）的关系如图所示
（O₂的体积已折算成标准状况），则：
①在不同催化剂存在下，H₂O₂分解反应的活化能大小顺序是 E_a

 

＞E_a

 

＞E_a

 

＞E_a

 

（括号内填写催化剂的化学式）．
②金属Pt催化下，H₂O₂分解的反应速率v（O₂）=

 

mol?s^-1．
（3）为研究温度对H₂O₂分解速率的影响（不加催化剂），可将一定浓度和体积的H₂O₂置于密闭容器中，在某温度下，经过一定的时间t，测定生成O₂的体积V．然后保持其它初始条件不变，改变温度T，重复上述实验．获得V（O₂）～T关系曲线．下列趋势图最可能符合实测V（O₂）～T关系曲线的是

 

，原因是

 

．

（4）以Pt为电极电解H₂O₂也可产生氧气，写出H₂O₂水溶液电解过程中的电极反应式（已知：H₂O₂的氧化性及还原性均比H₂O强）：阴极

 

；阳极

 

．

Answer 1

考点：反应热和焓变,催化剂的作用,电解原理,探究温度、压强对化学反应速率的影响

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）反应的自发性是由熵变和焓变共同决定，若△H＜0，△S＞0，则一定能自发进行，若△H＞0，△S＜0，则一定不能自发进行，若△H＜0，△S＜0或△H＞0，△S＞0，是否自发和温度有关；
（2）活化能越小，反应越容易进行，反应速率越快，根据速率大小来确定活化能的大小；从图象可看出，400s时，Pt催化分解生成氧气8mL，物质的量为：

0.008L

22.4L/mol

=3.57×10^-4mol，根据要求计算速率；
（3）根据温度对反应速率的影响考虑；
（4）电解总反应式为：2H₂O₂

电解  .

2H₂O+O₂↑，分析化合价变化，可知阳极过氧化氢失电子生成氧气，阴极过氧化氢得电子生成水，据此写电极反应式．

解答： 解：（1）2H₂O₂（aq）=2H₂O（l）+O₂（g）的△H＜0，△S＞0，则一定能自发进行，而逆反应的△H＞0，△S＜0，则一定不能自发进行；
故答案为：不能； 逆反应的△H＞0，△S＜0，因此在任何温度下都不能自发进行；
（2）①从图示看出，反应速率由快到慢的顺序为：Ag、Pt、Cu、TiO₂，活化能越小，反应越容易进行，反应速率越快，故活化能由大到小顺序为：E_a（TiO₂）＞E_a（Cu）＞E_a（Pt）＞E_a（Ag）；
故答案为：E_a（TiO₂）＞E_a（Cu）＞E_a（Pt）＞E_a（Ag）；
②从图象可看出，400s时，Pt催化分解生成氧气8mL，物质的量为：

0.008L

22.4L/mol

=3.57×10^-4mol，则1s分解氧气：

3.57×10-4mol

400s

=8.9×10^-7mol/s；
故答案为：8.9×10^-7；
（3）因该反应是不可逆反应，不考虑温度对平衡移动的影响．温度升高反应速率加快，因而经过相同反应时间后测得的O₂体积随温度升高而增大，故C图象符合；
故答案为：C；因该反应是不可逆反应，不考虑温度对平衡移动的影响．温度升高反应速率加快，因而经过相同反应时间后测得的O₂体积随温度升高而增大；
（4）电解总反应式为：2H₂O₂

电解  .

2H₂O+O₂↑，分析化合价变化，可知阳极过氧化氢失电子生成氧气，反应式为：H₂O₂-2e^-=O₂↑+2H⁺，阴极过氧化氢得电子生成水，反应式为：H₂O₂+2H⁺+2e^-=2H₂O，
故答案为：H₂O₂+2H⁺+2e^-=2H₂O； H₂O₂-2e^-=O₂↑+2H⁺．

点评：本题考查了化学反应的方向性、影响反应速率的因素及速率的计算、电解原理等，中等难度．注意本题中反应速率不是浓度变化与时间之比，而是物质的量变化与时间之比，要根据题给信息作相应的调整．