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18.(一)Fenton法常用于处理含有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.实验中控制p-CP的初始浓度相同,恒定实验温度在298K或313K下设计如下对比实验(其余实验条件见下表):
实验序号实验目的T/KpHc/10-3mol•L-1
H2O2Fe2+
为以下实验作参照物29836.00.30
探究温度对降解反应速率的影响31336.00.30
298106.00.30
(1)编号③的实验目的是探究pH对降解速率的影响.
(2)实验测得不同实验编号中p-CP的浓度随时间变化的关系如图所示.请根据实验①曲线,计算降解反应在50-300s内的平均反应速率v(p-CP)=4.8×10-6mol•L-1•s-1
(3)实验①②表明,温度与该降解反应速率的关系是温度越高,降解反应速率越快.
(二)已知Fe3+和I-在水溶液中的反应为2I-+2Fe3+=2Fe2++I2.正向反应速率和I-、Fe3+的浓度关系为v=kcm(I-)cn(Fe3+)(k为常数)
(4)请分析下表提供的数据回答以下问题:
c(I-)/(mol•L-1c(Fe3+)/(mol•L-1v/(mol•L-1•s-1
(1)0.200.800.032k
(2)0.600.400.144k
(3)0.800.200.128k
①在v=kcm(I-)cn(Fe3+)中,m、n的值为C.(选填A、B、C、D)
A.m=1,n=1        B.m=1,n=2       C.m=2,n=1    D.m=2,n=2
②I-浓度对反应速率的影响>Fe3+浓度对反应速率的影响(填“<”、“>”或“=”).
(三)一定温度下,反应FeO(s)+CO(g)?Fe(s)+CO2(g)的化学平衡常数为3.0,该温度下将2mol FeO、4mol CO、5mol Fe、6mol CO2加入容积为2L的密闭容器中反应.请通过计算回答:
(5)v(正)>v(逆)(填“>”、“<”或“=”);若将5mol FeO、4mol CO加入同样的容器中,在相同温度下达到平衡,则CO的平衡转化率为75%.

分析 (一)(1)对比实验①③可知除PH值不同外,其他条件完全相同,得出实验③的目的;
(2)根据反应速率公式v=$\frac{△c}{△t}$;
(3)根据实验①②的温度高低和曲线的斜率大小来回答;
(二)(4)①将表中的三组数据代入公式v=kcm(I-)cn(Fe3+),计算m和n的值;
②根据m、n的大小确定影响大小;
(三)(5)根据Qc与K的大小来判断,用三行式计算转化率.

解答 解:(一)(1)对比实验①③可知除PH值不同外,其他条件完全相同,所以实验③的目的是探究pH对降解速率的影响,
故答案为:探究pH对降解速率的影响;
(2)应在50-300s内的平均反应速率v(p-CP)=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{(1.6-0.4)×1{0}^{-3}mol•{L}^{-1}}{250s}$=4.8×10-6 mol•L-1•s-1
故答案为:4.8×10-6mol•L-1•s-1
(3)根据实验①②相比,实验②的温度更高,②的曲线的斜率更大,降解反应速率大,
故答案为:温度越高,降解反应速率越快;
(二)(4)①将表中的三组数据代入公式v=kcm(I-)cn(Fe3+),
得0.20m×0.80n=0.032K,
0.60m×0.40n=0.144K,
0.80m×0.20n=0.128K,
解之得:m=2,n=1,
故答案为:C;
②m>n,所以I-浓度对反应速率的影响大,
故答案为:>;
(三)(5)该温度下将2mol FeO、4mol CO、5mol Fe、6mol CO2加入容积为2L的密闭容器中反应,发生可逆反应FeO(s)+CO(g)?Fe(s)+CO2(g),
根据Qc=$\frac{c(C{O}_{2})}{c(CO)}$=$\frac{\frac{6mol}{2L}}{\frac{4mol}{2L}}$=1.5,比该温度下的平衡常数K=3.0小,所以此时反应正向进行,正反应占优势,v(正)>v(逆);
若将5mol FeO、4mol CO加入同样的容器中,在相同温度下达到平衡,CO的初始浓度为4mol÷2L=2mol/L,设平衡时一氧化碳转化了x mol/L,根据三行式:
           FeO(s)+CO(g)?Fe(s)+CO2(g),
初始浓度:2mol/L             0mol/L  
变化浓度:xmol/L             xmol/L
平衡浓度:(2-x)mol/L          xmol/L
K=$\frac{c(C{O}_{2})}{c(CO)}$=$\frac{x}{2-x}$=3.0,解得x=1.5 mol/L,则CO的平衡转化率为=$\frac{CO变化浓度}{CO初始浓度}$×100%=$\frac{1.5mol•{L}^{-1}}{2mol•{L}^{-1}}$=75%,
故答案为:>;75%.

点评 本题考查学生化学平衡状态以及化学反应速率知识,要求学生具有分析和解决问题的能力,注意对表格中数据的处理,题目综合性强,难度较大.

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2
3
4
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