Question

17．Fenton試劑常用于處理含難降解有機(jī)物的工業(yè)廢水．通常是在含有亞鐵離子的酸性溶 液中投加過氧化氫，在Fe²⁺催化劑作用下，H₂O₂能產(chǎn)生活潑的羥基自由基，從而引發(fā)和傳播自由基鏈反應(yīng)，加快有機(jī)物和還原性物質(zhì)的氧化．
（1）請(qǐng)寫出羥基自由基的電子式
（2）羥基自由基的氧化能力僅次于氟，可以與大多數(shù)有機(jī)污染物發(fā)生快速的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，無選擇性地把有害物質(zhì)氧化成CO₂、H₂O，請(qǐng)寫出羥基自由基與廢水中苯酚反應(yīng)的方程式C₆H₆O+28•OH═6CO₂↑+17H₂O．
（3）已知Fe³⁺+SCN=Fe （SCN）²⁺，在一定溫度下該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)c （Fe³⁺）=0.04mol/L，c （SCN^-）=0.1mol/L，c[Fe （SCN） ²⁺]=0.68mol/L，則此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=170L/mol．有同學(xué)利用該反應(yīng)來檢驗(yàn)Fenton試劑中是否產(chǎn)生Fe³⁺，你認(rèn)為該辦法是否可行，請(qǐng)說明理由不可行，羥基自由基會(huì)氧化SCN^-．
（4）現(xiàn)運(yùn)用Fenton試劑降解有機(jī)污染物p-CP，試探究有關(guān)因素對(duì)該降解反應(yīng)速率的影響．實(shí)驗(yàn)中控制p-CP的初始濃度相同，恒定實(shí)驗(yàn)溫度在298K或313K （其余實(shí)驗(yàn)條件 見下表）設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)．

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/td>	T/K	pH	c/10-3mol•L-1
				H2O2	Fe2+
I	為以下實(shí)驗(yàn)作參照	298	3	6.0	0.30
II	探究溫度對(duì)降解速率的影響	①	②	③	④
III	⑤	298	10	6.0	0.30

請(qǐng)將表中相應(yīng)序號(hào)處內(nèi)容補(bǔ)充完整①313②3 ⑤探究溶液pH大小對(duì)反應(yīng)速率的影響．
（5）實(shí)驗(yàn)測(cè)得p-CP的濃度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示．

a請(qǐng)根據(jù)上圖實(shí)驗(yàn)I曲線，計(jì)算降解反應(yīng)在50-300s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v （p-CP）=4.8×10^-6mol/（L•s），以及300s時(shí)p-CP的降解率為80%；
b．實(shí)驗(yàn)I、II表明溫度升高，降解反應(yīng)速率增大（填“增大”、“減小”或“不變”）；
c．實(shí)驗(yàn)III得出的結(jié)論是：pH=10時(shí)，反應(yīng)基本停止．

Answer 1

分析 （1）羥基中O原子有兩個(gè)未成對(duì)電子，與H成一根共價(jià)鍵后，還有一個(gè)未成對(duì)電子，據(jù)此寫出羥基自由基的電子式；
（2）羥基自由基的氧化能力僅次于氟，因此羥基自由基有強(qiáng)氧化性，與廢水中的苯酚發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)生成CO₂和水，據(jù)此寫出反應(yīng)方程式；
（3）反應(yīng)為Fe³⁺+SCN^-=Fe （SCN）²⁺，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為$K=\frac{c[Fe（SCN）^{2+}]}{c（SC{N}^{-}）c（F{e}^{3+}）}$，將平衡時(shí)濃度代入計(jì)算，考慮到羥基自由基具有強(qiáng)氧化性，可以氧化SCN^-，據(jù)此分析不能檢驗(yàn)Fe³⁺的原因；
（4）實(shí)驗(yàn)中控制p-CP的初始濃度相同，恒定實(shí)驗(yàn)溫度在298K或313K，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，根據(jù)圖表分析，整個(gè)實(shí)驗(yàn)都以I為參照，采用控制變量法探究，①處應(yīng)填溫度，該欄對(duì)應(yīng)的是探究溫度的影響，要改變溫度，數(shù)據(jù)應(yīng)與I中不同，②處填pH值，但不是探究pH值的影響，則數(shù)據(jù)應(yīng)與I中的相同，⑤處填實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，是探究pH對(duì)反應(yīng)的影響，據(jù)此解答；
（5）a．根據(jù)曲線I，反應(yīng)經(jīng)歷的時(shí)間為△t=300-50=250s，p-CP的濃度改變量為△c=1.6×10^-3-0.4×10^-3=1.2×10^-3mol/L，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的平均速率v （p-CP）=$\frac{△c}{△t}$，p-CP原始濃度為2.0×10^-3mol/L，300s時(shí)濃度為0.4×10^-3mol/L，
則300s時(shí)反應(yīng)了p-CP有1.6×10^-3mol/L，則300s時(shí)的轉(zhuǎn)化率為轉(zhuǎn)化量與原始濃度的比值的百分?jǐn)?shù)，據(jù)此計(jì)算；
b．實(shí)驗(yàn)I、II是探究溫度變化對(duì)反應(yīng)的影響，II的溫度大于I的溫度，根據(jù)圖象，在相同時(shí)間內(nèi)，II中p-CP的濃度下降更多，降解反應(yīng)速率更快；
c．實(shí)驗(yàn)III是探究pH變化對(duì)反應(yīng)的影響，根據(jù)圖象，III中p-CP的濃度在pH=10時(shí)幾乎保持不變，表明反應(yīng)幾乎停止．

解答 解：（1）羥基中O原子有兩個(gè)未成對(duì)電子，與H成一根共價(jià)鍵后，還有一個(gè)未成對(duì)電子，則羥基自由基的電子式為，
故答案為：；
（2）羥基自由基的氧化能力僅次于氟，因此羥基自由基有強(qiáng)氧化性，與廢水中的苯酚發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)生成CO₂和水，則羥基自由基與廢水中苯酚反應(yīng)的方程式為C₆H₆O+28•OH═6CO₂↑+17H₂O，
故答案為：C₆H₆O+28•OH═6CO₂↑+17H₂O；
（3）反應(yīng)為Fe³⁺+SCN^-=Fe （SCN）²⁺，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為$K=\frac{c[Fe（SCN）^{2+}]}{c（SC{N}^{-}）c（F{e}^{3+}）}$，已知平衡時(shí)，c （Fe³⁺）=0.04mol/L，c （SCN^-）=0.1mol/L，c[Fe （SCN） ²⁺]=0.68mol/L，則反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=$\frac{0.68mol/L}{0.04mol/L×0.1mol/L}$=170L/mol，
考慮到羥基自由基具有強(qiáng)氧化性，能氧化SCN^-，因此不能用該反應(yīng)來檢驗(yàn)Fenton試劑中是否產(chǎn)生Fe³⁺，原因是羥基自由基會(huì)氧化SCN^-，
故答案為：170L/mol；不可行，羥基自由基會(huì)氧化SCN^-；
（4）實(shí)驗(yàn)中控制p-CP的初始濃度相同，恒定實(shí)驗(yàn)溫度在298K或313K，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，根據(jù)圖表分析，整個(gè)實(shí)驗(yàn)都以I為參照，采用控制變量法探究，①處應(yīng)填溫度，該欄對(duì)應(yīng)的是探究溫度的影響，要改變溫度，數(shù)據(jù)應(yīng)與I中不同，故①處填313，
②處填pH值，但不是探究pH值的影響，則數(shù)據(jù)應(yīng)與I中的相同，故②處填3，
⑤處填實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，是探究pH對(duì)反應(yīng)的影響，故⑤處填探究溶液pH大小對(duì)反應(yīng)速率的影響，
故答案為：313；3；探究溶液pH大小對(duì)反應(yīng)速率的影響；
（5）a．根據(jù)曲線I，反應(yīng)經(jīng)歷的時(shí)間為△t=300-50=250s，p-CP的濃度改變量為△c=1.6×10^-3-0.4×10^-3=1.2×10^-3mol/L，則降解反應(yīng)在50-300s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v （p-CP）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1.2×1{0}^{-3}mol/L}{250s}$=4.8×10^-6mol/（L•s），根據(jù)圖象，
p-CP原始濃度為2.0×10^-3mol/L，300s時(shí)濃度為0.4×10^-3mol/L，則300s時(shí)的轉(zhuǎn)化率為α=$\frac{1.6×1{0}^{-3}mol/L}{2.0×1{0}^{-3}mol/L}×100%$=80%，
故答案為：4.8×10^-6mol/（L•s）；80%；
b．實(shí)驗(yàn)I、II是探究溫度變化對(duì)反應(yīng)的影響，II的溫度大于I的溫度，根據(jù)圖象，在相同時(shí)間內(nèi)，II中p-CP的濃度下降更多，降解反應(yīng)速率更快，
故答案為：增大；
c．實(shí)驗(yàn)III是探究pH變化對(duì)反應(yīng)的影響，根據(jù)圖象，III中p-CP的濃度在pH=10時(shí)幾乎保持不變，表明反應(yīng)幾乎停止，
故答案為：反應(yīng)基本停止．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考察化學(xué)原理部門知識(shí)，包含電子式的書寫，氧化還原反應(yīng)方程式的書寫，平衡常數(shù)的計(jì)算，化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算，轉(zhuǎn)化率的計(jì)算，結(jié)合圖象分析是解題的關(guān)鍵．本題難度不大，是基礎(chǔ)題．