Question

12．双氧水最主要的用途是漂白和杀菌消毒，在环境保护、化学合成和工业生产中有着广泛的应用．查阅资料得知：工业上用电解KHSO₄饱和溶液制取H₂O₂，如图所示．
（1）电解饱和KHSO₄溶液时，阳极的电极反应式为2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-，K₂S₂O₈水解时生成H₂O₂和KHSO₄，写出该反应的化学方程式：K₂S₂O₈+2H₂O=H₂O₂+2KHSO₄．
（2）在碱性介质中，H₂O₂有较强的还原性，可与Ag₂O反应，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1．
（3）已知：①2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H₁=-196.46kJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.84kJ•mol^-1
③Cl₂（g）+H₂（g）═2HCl（g）△H₃=-184.6kJ•mol^-1
用H₂O₂（1）可除去工业尾气中的Cl₂（g），生成HCl（g）和O₂（g），该反应的热化学方程式为Cl₂（g）+H₂O₂（l）═2HCl（g）+O₂（g）△H=+3.01kJ•mol^-1．
（4）该同学用此法制取一定浓度的H₂O₂溶液，并进行下列实验测定H₂O₂的质量分数．
I．将5.00mL H₂O₂溶液（密度为1g•cm^-3）置于锥形瓶中加水稀释，再加稀硫酸酸化；
Ⅱ．用0.100 0mol•L^-1 KMnO₄溶液滴定；
Ⅲ．用同样的方法滴定，三次滴定消耗KMnO₄溶液的体积分别为20.00mL、19.98mL、20.02mL．
①操作Ⅱ中，滴入第一滴KMnO₄溶液，溶液紫红色消失很慢，随滴定过程中Mn²⁺的增多，溶液的紫红色消失速率加快．Mn²⁺的作用是作催化剂．
②配平H₂O₂与酸性高锰酸钾溶液反应的离子方程式：
2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑
③原H₂O₂溶液中溶质的质量分数为3.4%．

Answer 1

分析 （1）工业上用电解KHSO₄饱和溶液制取H₂O₂，电解时，阳极上硫酸根失去电子，发生氧化反应生成S₂O₈^2-，K₂S₂O₈水解时生成H₂O₂和KHSO₄，根据元素守恒可写出该反应的化学方程式；
（2）在碱性介质中，H₂O₂有较强的还原性，可与Ag₂O反应，生成银单质和水，根据电子得失守恒可知该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比；
（3）已知：①2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H₁=-196.46kJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.84kJ•mol^-1
③Cl₂（g）+H₂（g）═2HCl（g）△H₃=-184.6kJ•mol^-1
根据盖斯定律，将①×$\frac{1}{2}$+②+③可得，H₂O₂（1）与Cl₂（g）反应生成HCl（g）和O₂（g）的反应热，据此可写出该反应的热化学方程式；
（4）①根据操作Ⅱ中现象可知，反应生成的Mn²⁺对高锰酸钾与双氧水的反应有催化作用，据此答题；
②H₂O₂与酸性高锰酸钾溶液反应中，锰元素从+5价降为+2价，氧元素从-1价变为0价，根据元素守恒和电荷守恒可书写出反应的离子方程式：
③根据题意，三次滴定消耗KMnO₄溶液的体积平均值为20.00mL，所以KMnO₄的物质的量为0.100 0mol•L^-1×20.00mL=0.002mol，根据关系式2KMnO₄～5H₂O₂可得H₂O₂的质量，据此可求得H₂O₂溶液中溶质的质量分数．

解答 解：（1）工业上用电解KHSO₄饱和溶液制取H₂O₂，电解时，阳极上硫酸根失去电子，发生氧化反应生成S₂O₈^2-，电极反应式为2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-，K₂S₂O₈水解时生成H₂O₂和KHSO₄，根据元素守恒可知该反应的化学方程式为K₂S₂O₈+2H₂O=H₂O₂+2KHSO₄，
故答案为：2SO₄^2--2e^-=S₂O₈^2-；  K₂S₂O₈+2H₂O=H₂O₂+2KHSO₄；
（2）在碱性介质中，H₂O₂有较强的还原性，可与Ag₂O反应，生成银单质和水，根据电子得失守恒可知，1molH₂O₂能失去2mol电子，1molAg₂O能得2mol电子，所以反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：1，
故答案为：1：1；
（3）已知：①2H₂O₂（l）═2H₂O（l）+O₂（g）△H₁=-196.46kJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₂=-285.84kJ•mol^-1
③Cl₂（g）+H₂（g）═2HCl（g）△H₃=-184.6kJ•mol^-1
根据盖斯定律，将①×$\frac{1}{2}$-②+③可得，H₂O₂（1）与Cl₂（g）反应生成HCl（g）和O₂（g）的反应热△H=（-196.46×$\frac{1}{2}$+285.84-184.6）kJ•mol^-1=+3.01kJ•mol^-1，所以该反应的热化学方程式为Cl₂（g）+H₂O₂（l）═2HCl（g）+O₂（g）△H=+3.01kJ•mol^-1 ，
故答案为：Cl₂（g）+H₂O₂（l）═2HCl（g）+O₂（g）△H=+3.01kJ•mol^-1；
（4）①根据操作Ⅱ中现象可知，反应生成的Mn²⁺对高锰酸钾与双氧水的反应有催化作用，作催化剂，
故答案为：作催化剂；
②H₂O₂与酸性高锰酸钾溶液反应中，锰元素从+5价降为+2价，氧元素从-1价变为0价，根据元素守恒和电荷守恒可知反应的离子方程式为2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑，
故答案为：2、5、6、2、8、5O₂↑：
③根据题意，三次消耗KMnO₄溶液的体积分别为20.00mL、19.98mL、20.02mL，则体积平均值为：20.00mL，则消耗高锰酸根的量：0.1mol/L×0.02L=0.002mol，设双氧水的物质的量为n，则
2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+8H₂O+5O₂↑
2              5
0.002mol  n
解得n=0.005mol，所以双氧水的质量为：0.005mol×34g/mol=0.17g，双氧水的质量分数=$\frac{0.17g}{5.00mL×1.00g/mL}$×100%=3.4%，
故答案为：3.4%．

点评 本题既考了学生的实验设计能力，综合性比较强要求学生具有分析和解决问题的能力，还与生活实际相联系，综合性比较强．本考点经常出现在实验题中，同学们要认真掌握．本题考查难度较大．