Question

3．H₂O₂、NH₃都是用途廣泛的工業(yè)產品．
I．某實驗小組以H₂O₂分解為例，研究濃度、催化劑、溶液酸堿性對反應速率的影響．在常溫下按照以下方案完成實驗．

實驗編號	反應物	催化劑
①	10mL2%　H2O2溶液	無
②	10mL5%　H2O2溶液	無
③	10mL5%　H2O2溶液	1mL0.1mol•L-1FeCl3溶液
④	10mL5%　H2O2溶液+少量HCl溶液	1mL0.1mol•L-1FeCl3溶液
⑤	10mL5%　H2O2溶液+少量NaOH溶液	1mL0.1mol•L-1FeCl3溶液

（1）實驗①和②的目的是探究濃度對反應速率的影響．
（2）實驗③④⑤中，測得生成氧氣的體積隨時間變化的關系如圖1．分析圖1能夠得出的實驗結論是堿性環(huán)境能增大H₂O₂分解的速率，酸性環(huán)境能減小H₂O₂分解的速率．
（3）加入0.1g MnO₂粉末于50mL H₂O₂溶液中，在標準狀況下放出氣體的體積和時間的關系如圖2所示．反應速率變化的原因是H₂O₂溶液的濃度逐漸減小，則H₂O₂的初始物質的量濃度為0.11mol/L（保留兩位有效數(shù)字）．
Ⅱ．（1）工業(yè)上用N₂和H₂合成氨．已知：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-a kJ•mol^-1
2H₂O（1）?2H₂（g）+O₂（g）△H=+b kJ•mol^-1
則NH₃被O₂氧化為N₂和H₂O的熱化學方程式為4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（1）△H=（2a-3b）kJ•mol^-1．
（2）NH₃能被H₂O₂氧化生成無毒氣體和水．
①此反應可設計原電池，在堿性條件下負極的電極反應方程式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．
②利用上述原電池，用惰性電極電解l00mL 0.5mol•L^-1的CuSO₄溶液，電解反應的離子方程式為2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu↓+O₂↑+4H⁺．

Answer 1

分析 I．（1）為了便于比較，應在相同的條件下利用一個變量來比較，實驗①和②的濃度不同；
（2）由圖可知，⑤的反應速率最大，④的反應速率最��；
（3）由圖可知，相同時間內生成氧氣越來越少，則反應速率越來越慢，與濃度有關；結合2H₂O₂$\frac{\underline{\;FeCl_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑及c=$\frac{n}{V}$計算；
II（1）①N₂ （g）+3H₂ （g）═2NH₃ （g）△H=-a kJ•mol^-1
②2H₂O（1）═2H₂ （g）+O₂ （g）△H=+b kJ•mol^-1
結合蓋斯定律可知②×3+①×2得到：2N₂ （g）+6H₂O （1）=4NH₃（g）+3O₂（g），以此計算△H；
（2）①負極是氨氣失電子生成氮氣；
②陽極反應式為2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，陰極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu，總的反應式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄．

解答 解：I．（1）實驗①和②的濃度不同，則該實驗的目的為探究濃度對化學反應速率的影響，故答案為：探究濃度對反應速率的影響；
（2）由圖可知，⑤的反應速率最大，④的反應速率最小，結合實驗方案可知均存在催化劑，堿性環(huán)境能增大H₂O₂分解的速率，酸性環(huán)境能減小H₂O₂分解的速率，
故答案為：堿性環(huán)境能增大H₂O₂分解的速率，酸性環(huán)境能減小H₂O₂分解的速率；
（3）由圖可知，相同時間內生成氧氣越來越少，則反應速率越來越慢，可知反應速率變化的原因是H₂O₂溶液的濃度逐漸減��；n（O₂）=$\frac{0.06L}{22.4L/mol}$=0.0027mol，則c（H₂O₂）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.0027mol×2}{0.05L}$≈0.11mol/L，故答案為：H₂O₂溶液的濃度逐漸減��；0.11mol/L；
II．（1）①N₂ （g）+3H₂ （g）═2NH₃ （g）△H=-a kJ•mol^-1
②2H₂O（1）═2H₂ （g）+O₂ （g）△H=+b kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知②×3+①×2得到：2N₂ （g）+6H₂O （1）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=-（2a-3b） kJ•mol^-1 ；
則NH₃被O₂氧化為N₂和H₂O的熱化學方程式為4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂ （g）+6H₂O （1）△H=（2a-3b） kJ•mol^-1 ；
故答案為：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂ （g）+6H₂O （1）△H=（2a-3b） kJ•mol^-1 ；
（2）①電池反應為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．該電池負極是氨氣失電子生成氮氣，反應的電極反應式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
①用惰性電極電解l00mL 0.5mol•L^-1的CuSO₄溶液，電解反應的離子方程式為2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu↓+O₂↑+4H⁺，故答案為：2Cu²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu↓+O₂↑+4H⁺．

點評 本題考查較綜合，涉及反應速率的影響因素、電解原理及應用、蓋斯定律計算反應熱等，綜合性較強，注重高頻考點的考查，把握反應原理為解答的關鍵，題目難度中等．