Question

16．H₂O₂是一種常用綠色氧化劑，在化學(xué)研究中應(yīng)用廣泛．

（1）空氣陰極法電解制備H₂O₂的裝置如圖1所示，主要原理是在堿性電解質(zhì)溶液中，通過(guò)利用空氣中氧氣在陰極還原得到H₂O₂和稀堿的混合物．試回答：
①直流電源的a極名稱(chēng)是正極．
②陰極電極反應(yīng)式為O₂+2e^-+2H₂O=H₂O₂+2OH^-．
③1979年，科學(xué)家們用CO、O₂和水在三苯膦鈀的催化下室溫制得了H₂O₂．相對(duì)于電解法，該方法具有的優(yōu)點(diǎn)是安全、能耗低．
（2）Fe³⁺對(duì)H₂O₂的分解具有催化作用．利用圖2（a）和（b）中的信息，按圖2（c）裝置（連通的A、B瓶中已充有NO₂氣體）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．可觀察到B瓶中氣體顏色比A瓶中的深（填“深”或“淺”），其原因是H₂O₂分解放熱，使平衡2NO₂═N₂O₄向生成NO₂方向移動(dòng)．
（3）用H₂O₂ 和H₂SO₄ 的混合溶液可溶解印刷電路板金屬粉末中的銅．反應(yīng)的離子方程式是Cu+H₂O₂+H₂SO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O，控制其它條件相同，印刷電路板的金屬粉末用10%H₂O₂和3.0mol•L^-1H₂SO₄溶液處理，測(cè)得不同溫度下銅的平均溶解速率（見(jiàn)下表）

溫度（℃）	20	30	40	50	60	70	80
Cu的平均溶解速率 （×10-3mol•min-1）	7.34	8.01	9.25	7.98	7.24	6.73	5.76

當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，銅的平均溶解速率隨著反應(yīng)溫度的升高而下降，其主要原因是溫度高于40℃后，隨著溫度的升高，H₂O₂的分解速率加快，使溶液中H₂O₂的濃度降低加快，對(duì)銅的溶解速率的影響超過(guò)了溫度升高對(duì)銅溶解速率的影響，所以銅的溶解速率逐漸減小．

Answer 1

分析 （1）由題給信息氧氣在陰極還原得到H₂O₂和稀堿的混合物，則b為負(fù)極，a為正極；電解法需消耗電能，而催化法常溫下即可進(jìn)行；
（2）由圖a可知，1mol過(guò)氧化氫總能量高于1mol水與0.5mol氧氣總能量，故過(guò)氧化氫分解是放熱反應(yīng)，由圖b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮轉(zhuǎn)化為四氧化二氮的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以圖c中，右側(cè)燒杯的溫度高于左側(cè)，升高溫度使2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無(wú)色）△H＜0，向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）溶液變成藍(lán)色，銅被氧化成銅離子：Cu+H₂O₂+H₂SO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O；當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，銅的平均溶解速率隨著反應(yīng)溫度的升高而下降，其主要原因是：溫度高于40℃后，隨著溫度的升高，H₂O₂的分解速率加快，使溶液中H₂O₂的濃度降低加快，對(duì)銅的溶解速率的影響超過(guò)了溫度升高對(duì)銅溶解速率的影響，所以銅的溶解速率逐漸減�。�

解答 解：（1）由題給信息氧氣在陰極還原得到H₂O₂和稀堿的混合物，則b為負(fù)極，a為正極，陰極電極反應(yīng)式為：O₂+2e^-+2H₂O=H₂O₂+2OH^-，電解需要消耗大量電能，而CO、O₂和水在三苯膦鈀的催化下室溫制得了H₂O₂，不需要額外提供能量，故答案為：正極；O₂+2e^-+2H₂O=H₂O₂+2OH^-；能耗低；
（2）由圖a可知，1mol過(guò)氧化氫總能量高于1mol水與0.5mol氧氣總能量，故過(guò)氧化氫分解是放熱反應(yīng)，由圖b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮轉(zhuǎn)化為四氧化二氮的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以圖c中，右側(cè)燒杯的溫度高于左側(cè)，升高溫度使2NO₂（紅棕色）?N₂O₄（無(wú)色）△H＜0，向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，即向生成NO₂移動(dòng)，故B瓶顏色更深，
故答案為：深；H₂O₂分解放熱，使平衡2NO₂═N₂O₄向生成NO₂方向移動(dòng)；
（3）銅與H₂O₂ 和H₂SO₄ 反應(yīng)生成了硫酸銅，反應(yīng)方程式是：Cu+H₂O₂+H₂SO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O；由于溫度高于40℃后，隨著溫度的升高，H₂O₂的分解速率加快，使溶液中H₂O₂的濃度降低加快，對(duì)銅的溶解速率的影響超過(guò)了溫度升高對(duì)銅溶解速率的影響，所以銅的溶解速率逐漸減�。�
故答案為：Cu+H₂O₂+H₂SO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+2H₂O；溫度高于40℃后，隨著溫度的升高，H₂O₂的分解速率加快，使溶液中H₂O₂的濃度降低加快，對(duì)銅的溶解速率的影響超過(guò)了溫度升高對(duì)銅溶解速率的影響，所以銅的溶解速率逐漸減�。�

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查原電池、電解池、化學(xué)平衡移動(dòng)以及化學(xué)反應(yīng)速率的影響等知識(shí)，為高考常見(jiàn)題型和高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋�本題注意把握化學(xué)基本理論知識(shí)，注意相關(guān)知識(shí)的積累，難度中等．