Question

H₂O₂是一种常用绿色氧化剂，在化学研究中应用广泛．

（1）请写出H₂O₂的电子式

 

．
（2）H₂O₂分解过程的能量变化如图（a）所示，试判断该反应为

 

反应（吸热或放热）．
①已知：Fe³⁺催化H₂O₂分解的机理可分两步反应进行，
第一步反应为：2Fe³⁺+H₂O₂=2Fe²⁺+O₂↑+2H⁺，
完成第二步反应的离子方程式：□Fe²⁺+□H₂O₂+□

 

═□

 

+□

 

②按图（b）装置（A、B瓶中已充有NO₂气体，2NO₂（g）?N₂O₄（g），△H＜0）进行实验．可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的

 

（填“深”或“浅”），原因是

 

（3）空气阴极法电解制备H₂O₂的装置如图（c）所示，主要原理是在碱性电解质溶液中，利用空气中O₂在阴极反应得到H₂O₂和稀碱的混合物．
试回答：
①流电源a极的名称是

 

．
②写出阴极电极反应式

 

．
（4）用H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液可溶解印刷电路板中的金属铜，请写出铜溶解的离子方程式

 

，控制其它条件相同，印刷电路板的金属粉末用10% H₂O₂和3.0mol?L^-1 H₂SO₄溶液处理，测得不同温度下铜的平均溶解速率（见下表）．

温度（℃）	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

当温度高于40℃时，铜的平均溶解速率随着反应温度的升高而下降，其主要原因是

 

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Answer 1

考点：过氧化氢,吸热反应和放热反应,化学平衡的影响因素,电解原理

专题：

分析：（1）过氧化氢是共价化合物，氢原子和氧原子形成共用电子对；
（2）H₂O₂分解过程的能量变化如图（a）所示，过氧化氢能量高于生成物，反应放热；
①总反应为2H₂O₂═2H₂O+O₂↑，第一步反应为2Fe³⁺+H₂O₂═2Fe²⁺+O₂↑+2H⁺，则总反应减去第一步反应为第二步反应的方程式；
②由图b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮转化为四氧化二氮的反应为放热反应，所以图c中，右侧烧杯的温度高于左侧，升高温度使2NO₂（红棕色）?N₂O₄（无色）△H＜0，向逆反应方向移动，即向生成NO₂移动；
（3）由题给信息氧气在阴极还原得到H₂O₂和稀碱的混合物，则b为负极，a为正极；电解法需消耗电能，而催化法常温下即可进行；
（4）溶液变成蓝色，铜被氧化成铜离子：Cu+H₂O₂+H₂SO₄

△   .

CuSO₄+2H₂O；当温度高于40℃时，铜的平均溶解速率随着反应温度的升高而下降，其主要原因是：温度高于40℃后，随着温度的升高，H₂O₂的分解速率加快，使溶液中H₂O₂的浓度降低加快，对铜的溶解速率的影响超过了温度升高对铜溶解速率的影响，所以铜的溶解速率逐渐减小．

解答： 解：（1）过氧化氢是共价化合物，氢原子和氧原子形成共用电子对，电子式为，故答案为：，
（2）由图a可知，1mol过氧化氢总能量高于1mol水与0.5mol氧气总能量，故过氧化氢分解是放热反应，故答案为：放热；
①总反应为2H₂O₂═2H₂O+O₂↑，第一步反应为2Fe³⁺+H₂O₂═2Fe²⁺+O₂↑+2H⁺，则总反应减去第一步反应为第二步反应2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2，1，2H⁺，2 Fe³⁺，2H₂O．
②由图b可知，2mol二氧化氮的能量高于1mol四氧化二氮的能量，故二氧化氮转化为四氧化二氮的反应为放热反应，所以图c中，右侧烧杯的温度高于左侧，升高温度使2NO₂（红棕色）?N₂O₄（无色）△H＜0，向逆反应方向移动，即向生成NO₂移动，故B瓶颜色更深，
故答案为：深； 右侧烧杯由于H₂O₂分解放热水温升高，使上述平衡向逆向移动；
（3）由题给信息氧气在阴极还原得到H₂O₂和稀碱的混合物，则b为负极，a为正极，阴极电极反应式为：O₂+2e^-+2H₂O=H₂O₂+2OH^-，
故答案为：正极；O₂+2e^-+2H₂O=H₂O₂+2OH^-；
（4）铜与H₂O₂ 和H₂SO₄ 反应生成了硫酸铜，反应方程式是：Cu+H₂O₂+H₂SO₄

△   .

CuSO₄+2H₂O，铜溶解的离子方程式H₂O₂+2H⁺+Cu=Cu²⁺+2H₂O；由于温度高于40℃后，随着温度的升高，H₂O₂的分解速率加快，使溶液中H₂O₂的浓度降低加快，对铜的溶解速率的影响超过了温度升高对铜溶解速率的影响，所以铜的溶解速率逐渐减小；
故答案为：H₂O₂+2H⁺+Cu=Cu²⁺+2H₂O；温度高于40℃后，随着温度的升高，H₂O₂的分解速率加快，使溶液中H₂O₂的浓度降低加快，对铜的溶解速率的影响超过了温度升高对铜溶解速率的影响，所以铜的溶解速率逐渐减小．

点评：本题考查电解原理、反应速率影响因素、化学平衡移动等，侧重对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，难度中等．