Question

14．Fenton法常用于处理含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．
【实验设计】控制p-CP的初始浓度相同，恒定实验温度在298K或313K（其余实验条件见下表），设计如下对比实验：
（1）请完成以下实验设计表（表中不要留空格）

实验编号	实验目的	T/K	pH	c/10-3 mol•L-1
				H2O2	Fe2+
①	为以下实验作参照	298	3	6.0	0.30
②	探究温度对降解反应速率的影响		3
③		298	10	6.0	0.30

【数据处理】实验测得p-CP的浓度随时间变化的关系如图
（2）请根据上图实验①曲线，计算降解反应50～150s内的反应速率：v（p-CP）=8.0×10^-6mol•L^-1•s^-1；
【解释与结论】
（3）实验①、②表明温度升高，降解反应速率增大．但后续研究表明：温度过高时反而导致降解反应速率减小，请从Fenton法所用试剂H₂O₂的角度分析原因：过氧化氢在温度过高时迅速分解；
（4）实验③得出的结论是：pH等于10时，反应不能（填“能”或“不能”）进行；
【思考与交流】
（5）实验时需在不同时间从反应器中取样，并使所取样品中的反应立即停止下来．根据上图中的信息，给出一种迅速停止反应的方法：在溶液中加入碱溶液，使溶液的pH大于或等于10（其他合理答案均可）．

Answer 1

分析 （1）对比实验的基本思想是控制变量法，可以在温度相同时，变化浓度，或者在浓度相等时，变化温度；
（2）根据反应速率公式V=$\frac{△c}{△t}$计算平均反应速率；
（3）根据过氧化氢在温度较高时易分解的角度分析；
（4）根据图象曲线③的变化判断；
（5）根据曲线③中溶液pH对反应速率的影响角度判断改变的反应条件．

解答 解：（1）对比实验的关键是控制变量，实验②探究温度对降解反应速率的影响，则②中除了温度不同以外，其它量必须与实验①相同，则温度、双氧水浓度、亚铁离子浓度分别为：313K、6.0、0.30；实验③中除了pH与①不同外，其它量完全相同，则探究的是溶液的pH对降解反应速率的影响，
故答案为：

实验编号	实验目的	T/K	pH	c/10-3 mol•L-1
				H2O2	Fe2+
①	探究温度对降解反应速率的影响	313		6.0	0.30
③	探究溶液的pH对降解反应速率的影响

（2）根据图象可知，曲线①中在50s时的浓度为1.2×10^-3mol/L，在150s时浓度为0.4×10^-3mol/L，则50～150s内的平均反应速率为：v（p-CP）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{（1.2-0.4）×1{0}^{-3}mol/L}{（150-50）s}$=8.0×10^-6 mol/（L．s），
故答案为：8.0×10^-6；
（3）温度较高时，过氧化氢不稳定易分解，所以温度过高时反而导致降解反应速率减小，
故答案为：过氧化氢在温度过高时迅速分解；
（4）通过图象曲线变化可知，当pH=10，随着时间的变化，其浓度基本不变，即反应速率趋向于零（或该降解反应趋于停止），说明pH等于10时的条件下，有机物p-CP不能降解，
故答案为：不能；
 （5）根据曲线③可以得出，该反应在pH=10的溶液中停止，故可在反应液中加入碱溶液，使溶液的pH迅速增大，从而使反应停止，
故答案为：在溶液中加入碱溶液，使溶液的pH大于或等于10（其他合理答案均可）．

点评 本题考查化学反应速率的影响因素，题目难度中等，注意掌握影响化学反应速率的因素，明确设计对比实验时，只能改变一个条件，否则无法确定影响因素，试题培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力．