14.(15分)某化学反应:2AB+D在四种不同条件下进行,B、D起始浓度为0,反应物A的浓度(mol/L)随反应时间(min)的变化情况如下表:
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实验编号 |
时间 浓度 温度 |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
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1 |
800℃ |
1.0 |
0.80 |
0.67 |
0.57 |
0.50 |
0.50 |
0.50 |
|
2 |
800℃ |
c2 |
0.60 |
0.50 |
0.50 |
0.50 |
0.50 |
0.50 |
|
3 |
800℃ |
c3 |
0.92 |
0.75 |
0.63 |
0.60 |
0.60 |
0.60 |
|
4 |
820℃ |
1.0 |
0.40 |
0.25 |
0.20 |
0.20 |
0.20 |
0.20 |
根据上述数据,完成下列问题:
(1)实验1中,反应在10-20 min时间内A的平均速率为________mol/(L·min).
(2)在实验2中,A的初始浓度c2=________mol/L,反应经20 min就达到平衡,可推测实验2中还隐含的条件是__________________________________________.
(3)设实验3的反应速率为v3,实验1的反应速率v1,则v3________v1,且c3________1.0 mol/L(填“>”、“=”、“<”).
(4)比较实验4和实验1,可推测该反应是________反应(填“吸热”或“放热”),理由是________________________________________________________________________.
解析:(1)v(A)=
=0.013 mol/(L·min).
(2)对比实验2与实验1可知,反应温度相同,达平衡时A的浓度相同,说明是同一平衡状态,即c2=1.0 mol/L,又因实验2反应的速率快,达平衡所需时间短,说明反应中使用了催化剂.
(3)对比实验3与实验1可知,从10 min到20 min,实验1中A的浓度变化值为0.13 mol/L,而实验3中A的浓度变化值为0.17 mol/L,这就说明了v3>v1.又知从0 min到10 min A的浓度变化值应大于0.17 mol/L,即c3>(0.92+0.17) mol/L=1.09 mol/L.
(4)对比实验4与实验1可知,两实验的起始浓度相同,反应温度不同,达平衡时实验4 的A浓度小,说明反应进行的程度大,即温度越高,A的转化率越大,说明正反应为吸热反应.
答案:(1)0.013 (2)1.0 使用催化剂 (3)> >
(4)吸热 温度升高时,平衡向右移动
12.(16分)(2009·安徽高考)Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水,通常是在调节好pH和Fe2+浓度的废水中加入H2O2,所产生的羟基自由基能氧化降解污染物.现运用该方法降解有机污染物p-CP,探究有关因素对该降解反应速率的影响.
[实验设计] 控制p-CP的初始浓度相同,恒定实验温度在298 K或313 K(其余实验条件见下表),设计如下对比实验.
(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格).
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实验 编号 |
实验目的 |
T/K |
pH |
c/10-3
mol/L |
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H2O2 |
Fe2+ |
||||
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① |
为以下实验作参照 |
298 |
3 |
6.0 |
0.30 |
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② |
探究温度对降解反应速率的影响 |
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|
|
|
③ |
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298 |
10 |
6.0 |
0.30 |
![]()
[数据处理] 实验测得p-CP的浓度随时间变化的关系如上图.
(2)请根据上图实验①曲线,计算降解反应50-150 s内的反应速率:
v(p-CP)=________mol/(L·s).
[解释与结论]
(3)实验①、②表明温度升高,降解反应速率增大.但温度过高时反而导致降解反应速率减小,请从Fenton法所用试剂H2O2的角度分析原因:_____________________.
(4)实验③得出的结论是:pH等于10时,________.
[思考与交流]
(5)实验时需在不同时间从反应器中取样,并使所取样品中的反应立即停止下来.根据上图中的信息,给出一种迅速停止反应的方法:_______________________
________________________________________________________________________.
解析:(1)依题意可知②的实验温度为313 K,实验对比是建立在其它条件相同前提下,故pH应与①的相同.若改变pH,其它条件不变可探究溶液pH对反应速率的影响.
(2)实验①曲线中,50-150 s时.
Δc(p-CP)=1.2×10-3 mol/L-0.4×10-3 mol/L=0.8×10-3 mol/L,所以v(p-CP)==8.0×10-6 mol/(L·s).
(3)在降解反应中,H2O2产生的自由基起氧化作用,温度过高,H2O2因热稳定性差而分解,导致降解反应速率下降.
(4)由曲线③可知,pH=10时,c(p-CP)基本不变,反应趋于停止.
(5)由(4)得到启示:在pH=10溶液中,反应速率趋于零,可将所取样加入NaOH溶液中(使pH=10);化学反应速率随温度降低而降低,故亦可用迅速大幅降温法.
答案:(1)
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实验 编号 |
|
T/K |
pH |
c/10-3
mol/L |
|
|
H2O2 |
Fe2+ |
||||
|
① |
|
|
|
|
|
|
② |
|
313 |
3 |
6.0 |
0.30 |
|
③ |
探究溶液的pH对降解反应速率的影响 |
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(2)8.0×10-6
(3)过氧化氢在温度过高时迅速分解
(4)反应速率趋向于零(或该降解反应趋于停止)
(5)将所取样品迅速加入到一定量的NaOH溶液中,使pH约为10(或将所取样品骤冷等其他合理答案均可)