Question

6．生产中可用双氧水氧化法处理电镀含氰废水，某化学兴趣小组模拟该法探究有关因素对破氰反应速率的影响（注：破氰反应是指氧化剂将CN^-氧化的反应）．
【相关资料】
①氰化物主要是以CN^-和[Fe（CN）₆]^3-两种形式存在．
②Cu²⁺可作为双氧水氧化法破氰处理过程中的催化剂；Cu²⁺在偏碱性条件下对双氧水分解影响较弱，可以忽略不计．
③[Fe（CN）₆]^3-较CN^-难被双氧水氧化，且pH越大，[Fe（CN）₆]^3-越稳定，越难被氧化．
【实验过程】
在常温下，控制含氰废水样品中总氰的初始浓度和催化剂Cu²⁺的浓度相同，调节含氰废水样品不同的初始pH和一定浓度双氧水溶液的用量，设计如表对比实验：
（l）请完成以下实验设计表1（表中不要留空格）
表1

实验 序号	实验目的	初始pH	废水样品体积/mL	CuSO4溶液的体积/mL	双氧水溶液的体积/mL	蒸馏水的体积/mL
①	为以下实验操作参考	7	60	10	10	20
②	废水的初始pH对破氰反应速率的影响	12	60	10	10	20
③	双氧水的浓度对破氰反应速率的影响	7	60	10	20	10

实验测得含氰废水中的总氰浓度（以CN^-表示）随时间变化关系如图所示．
（2）实验①中20～60min时间段反应速率：υ（CN^-）=0.0175mol•L^-1•min^-1．
（3）实验①和实验②结果表明，含氰废水的初始pH增大，破氰反应速率减小，其原因可能是初始pH增大，催化剂Cu²⁺会形成Cu（OH）₂沉淀，影响了Cu²⁺的催化作用（或初始pH增大，[Fe（CN）₆]^3-较中性和酸性条件下更稳定，难以氧化）（填一点即可）．在偏碱性条件下，含氰废水中的CN^-最终被双氧水氧化为HCO₃^-，同时放出NH₃，试写出该反应的离子方程式：CN^-+H₂O₂+H₂O═NH₃↑+HCO₃^-．
（4）该兴趣小组同学要探究Cu²⁺是否对双氧水氧化法破氰反应起催化作用，请你帮助他设计实验并验证上述结论，完成表2中内容．（己知：废水中的CN^-浓度可用离子色谱仪测定）
表2

实验步骤（不要写出具体操作过程）	预期实验现象和结论

Answer 1

分析 （1）实验的目的是调节含氰废水样品不同的初始pH和一定浓度双氧水溶液的用量，应分别检测废水的初始pH对破氯反应速率的影响和双氧水的浓度对破氰反应速率的影响；
（2）根据v=$\frac{△c}{△t}$，进行计算求解；
（3）pH越大，[Fe（CN）₆]^3-越稳定，越难被氧化，破氰反应速率减小；根据条件结合氧化还原反应的知识解答；
（4）分别取温度相同、体积、浓度相同的含氰废水的试样两等份，滴加过氧化氢，一份中加入少量的无水硫酸铜粉末，另一份不加，用用离子色谱仪测定废水中的CN^-浓度来做对比实验．

解答 解：（1）影响该反应的因素有pH以及双氧水的浓度，实验目的为废水的初始pH对破氰反应速率的影响和双氧水的浓度对破氰反应速率的影响，其它量应不变，而且总体积不变，蒸馏水的体积为10mL，所以双氧水的体积为20mL，
故答案为：双氧水的浓度对破氰反应速率的影响；10；20； 
（2）根据v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1.4-0.7}{60-20}$=0.0175mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.0175；
（3）pH越大，[Fe（CN）₆]^3-越稳定，越难被氧化，所以破氰反应速率减小；因为氰废水中的CN^一最终被双氧水氧化为HC0₃，其中的碳由+2价变成+4价，1mol转移2mol的电子，而过氧化氢1mol也转移2mol的电子，所以CN^一和H₂O₂的物质的量之比为1：1，所以反应的离子方程式为：CN^-+H₂O₂+H₂O═NH₃↑+HCO₃^-，
故答案为：初始pH增大，催化剂Cu²⁺会形成Cu（OH）₂沉淀，影响了Cu²⁺的催化作用（或初始pH增大，[Fe（CN）₆]^3-较中性和酸性条件下更稳定，难以氧化）；
CN^-+H₂O₂+H₂O═NH₃↑+HCO₃^-；
（4）分别取温度相同、体积、浓度相同的含氰废水的试样两等份，滴加过氧化氢，一份中加入少量的无水硫酸铜粉末，另一份不加，用用离子色谱仪测定废水中的CN^一浓度，如果在相同时间内，若甲试管中的CN^-浓度小于乙试管中的CN^-浓度，则Cu²⁺对双氧水破氰反应起催化作用，反之则不起催化作用，故答案为：

实验方案（不要求写出具体操作过程）	预期实验现象和结论
分别取等体积、等浓度的含氰废水于甲、乙两支试管中，再分别加入等体积、等浓度的双氧水溶液，只向甲试管中加入少量的无水硫酸铜粉末，用离子色谱仪测定相同反应时间内两支试管中的CN-浓度	相同时间内，若甲试管中的CN-浓度小于乙试管中的CN-浓度，则Cu2+对双氧水破氰反应起催化作用；若两试管中的CN-浓度相同，则Cu2+对双氧水破氰反应不起催化作用

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点评 本题考查外界条件的变化对化学反应速率的影响，为高频考点，侧重于学生的分析、计算能力的考查，学生要清楚在研究一个变量引起速率变化的时候，其它的量应该相同，另还要学会以用对比实验，来得出结论，有一定的难度．