Question

臭氧可用于净化空气、饮用水的消毒、处理工业废物和作氧化剂.
（1）臭氧几乎可与除铂、金、铱、氟以外的所有单质反应。如:6Ag(s)+O₃(g)=3Ag₂O(s) ΔH=-235.8kJ/mol.已知2Ag₂O(s)=4Ag(s)+O₂(g) ΔH=+62.2kJ/mol,则常温下反应: 2O₃(g)=3O₂(g)的ΔH=                      .
（2）科学家P.Tatapudi等人首先使用在酸性条件下电解水的方法制得臭氧。臭氧在阳极周围的水中产生,电极反应式为3H₂O-6e^-=O₃↑+6H⁺,阴极附近溶解在水中的氧气生成过氧化氢,其电极反应式为                    。
（3）O₃在碱性条件下可将Na₂SO₄氧化成Na₂S₂O₈。写出该反应的化学方程式为：                        
           
（4）所得的Na₂S₂O₈溶液可降解有机污染物4-CP。原因是Na₂S₂O₈溶液在一定条件下可产生强氧化性自由基（SO₄^-·）。通过测定4-CP降解率可判断Na₂S₂O₈溶液产生SO₄^-·的量。某研究小组设计实验探究了溶液酸碱性、Fe²⁺的浓度对产生SO₄^-·的影响。
①溶液酸碱性的影响：其他条件相同，将4-CP加入到不同pH的Na₂S₂O₈溶液中，结果如图a所示。由此可知：溶液酸性增强，                （填 “有利于”或“不利于”）Na₂S₂O₈产生SO₄^-·。
②Fe²⁺浓度的影响：相同条件下，将不同浓度的FeSO₄溶液分别加入c(4-CP)=1.56×10^-4 mol·L^－1、c(Na₂S₂O₈)=3.12×10^-3 mol·L^－1的混合溶液中。反应240 min后测得实验结果如图b所示。已知 S₂O₈^2­- + Fe²⁺= SO₄^-·+ SO₄^2- + Fe³⁺。则由图示可知下列说法正确的是：_________________（填序号）

A．反应开始一段时间内， 4-CP降解率随Fe2+浓度的增大而增大，其原因是Fe2+能使Na2S2O8产生更多的SO4-·。

B．Fe2+是4-CP降解反应的催化剂

C．当c(Fe2+)过大时，4-CP降解率反而下降，原因可能是Fe2+会与SO4—．发生反应，消耗部分SO4—．。

D．4-CP降解率反而下降，原因可能是生成的Fe3+水解使溶液的酸性增强，不利于降解反应的进行。

③当c(Fe²⁺)＝3.2 ×10^-3 mol·L^－1时，4-CP降解的平均反应速率的计算表达式为               。

Answer 1

（1）-285.0KJ.mol^-1（3分）
（2）3O₂ + 6H⁺ +6e^- = 3H₂O₂（或O₂ +2H⁺ +2e^- = H₂O₂） （3分）
（3）2Na₂SO₄ + O₃ + H₂O = Na₂S₂O₈ + 2NaOH + O₂ （3分）
（4） ①有利于  （2分）
②AC（2分）
③ （3分）

试题分析:（1）根据盖斯定律，所求方程式可由3×②-1×①而得，所以ΔH="3×(+62.2kJ/mol)" -2×(-235.8kJ/mol)= -285.0KJ.mol^-1 。
（2）由于电解水法制臭氧实质是电解溶解有氧气的水溶液3O₂ + 3H₂O = O₃↑+3H₂O₂ ，虽然酸性条件下，但算不参加反应，所以电解过程中阳极发生的氧化反应为H2O失电子变成臭氧，而不能是OH-，阴极发生的还原反应为O2得电子变成H2O2，所以阴极电极反应式为：O₂ +2H⁺ +2e^- = H₂O₂ ，若要阴阳极得失电子统一，也可写成3O₂ + 6H⁺ +6e^- = 3H₂O₂ 。
（3）O₃在碱性条件下将Na₂SO₄氧化成Na₂S₂O₈的反应是一个氧化还原反应，要注意的是O3的性质和O2相比，臭氧有较强的氧化性，而且不稳定，容易变成为O2，所以在该反应中，O3中O原子不是全部做氧化剂，部分化合价不变；而Na₂SO₄ 中S由+6价→+7价，所以找出相应的氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物后，用缺项配平书写化学方程式得：2Na₂SO₄ + O₃ + H₂O = Na₂S₂O₈ + 2NaOH + O₂ 。
（4）①图a中明显可以看出，随着横坐标pH的增大，4-CP降解率逐渐减小，而起到降解作用的是具有强氧化性的自由基（SO₄^-·），所以讲解率降低说明强氧化自由基减少，所以酸性增强才有利于Na₂S₂O₈产生SO₄^-·。
②根据图b可以看出，开始的一段时间内随着横坐标Fe²⁺浓度增大，4-CP降解率在增大，所以说明在这段时间内，Fe²⁺能使Na₂S₂O₈产生更多的SO₄^-·，A正确。强氧化性自由基是通过S₂O₈^2­- + Fe²⁺= SO₄^-·+ SO₄^2- + Fe³⁺反应产生的，所以Fe²⁺ 不是讲解反应的催化剂，B错误；因为自由基SO₄^-·有强氧化性，所以若Fe²⁺ 浓度过大，则来不及反应的Fe²⁺ 会被生成的自由基氧化，导致自由基减少，降解率下降，C正确，D错误；故选AC。
③当c(Fe²⁺)＝3.2 ×10^-3 mol·L^－1时,从图像b中可以找到此时的降解率52.4%，而初始浓度为c(4-CP)=1.56×10^-4 mol·L^－1 ，所以在240min内的反应速率v=△C/△t=。