Question

（12分）过氧化氢和臭氧都是常见的绿色氧化剂，在工业生产中有着重要的用途。

（1）据报道以硼氢化合物NaBH₄（B的化合价为+3价）和H₂O₂作原料的燃料电池，可用作通信卫星电源。负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO₂，其工作原理如图7所示。该电池放电时正极的电极反应式为：                      ；以MnO₂做正极材料，可能是因为                。

（2）火箭发射常以液态肼（N₂H₄）为燃料，液态过氧化氢为助燃剂。

已知： N₂H₄(g) + O₂(g) ＝ N₂(g) + 2H₂O(g)  △H = – 534 kJ·mol^—1

H₂O₂(l) = H₂O(l) + 1/2O₂(g)          △H = – 98.64 kJ·mol^—1

H₂O(l) = H₂O(g)   △H= + 44kJ·mol^—1

      反应N₂H₄(g) + 2H₂O₂(l) = N₂(g) + 4H₂O(g) 的 △H=           。

（3）O₃  可由臭氧发生器（原理如图所示）电解稀硫酸制得。

①图中阴极为      （填“A”或“B”）。

②若C处通入O ₂，则A极的电极反应式为：                 。

③若C处不通入O ₂ ，D、E处分别收集到11.2L和有4.48L气体（标准状况下），则E处收集的气体中O₃所占的体积分数为         （忽略  O ₃ 的分解）。

（4）新型O₃氧化技术对燃煤烟气中的NOx和SO₂脱除效果显著，锅炉烟气中的NOx 95％以上是以NO形式存在的，可发生反应NO(g）+ O₃ (g)      NO₂(g)+ O₂ (g)。在一定条件下，将NO和O₃通入绝热恒容密闭容器中发生上述反应 ，正反应速率随时间变化的示意图（如图9）所示。由图可得出的正确说法是           

a．反应在c点达到平衡状态

b．反应物浓度：b点小于c点

c．反应物的总能量低于生成物的总能量

d．Δt₁＝Δt₂时，NO的转化率：a～b段小于b～c段

 

Answer 1

【答案】

（1）H₂O₂ + 2e^—＝ 2OH^—； 除了作电极材料，MnO₂还对电极反应具有催化作用  （各2分）   （2）－643.28kJ·mol^—1     （2分）

（3） ① A   ② O₂＋4H^＋＋4e^－=2H₂O     ③50%（各2分）      （4）d  （2分）

【解析】（1）原电池中正极得到电子，发生还原反应，所以双氧水在正极得到电子，反应式为H₂O₂ + 2e^—＝ 2OH^—。二氧化锰除了作电极材料导电以外，MnO₂还对双氧水的电极反应具有催化作用。

（2）考查盖斯定律的应用。根据反应①N₂H₄(g) + O₂(g) ＝ N₂(g) + 2H₂O(g)、反应②H₂O₂(l) = H₂O(l) + 1/2O₂(g)、反应③H₂O(l) = H₂O(g)可知，①＋②×2＋③×2即得到N₂H₄(g) + 2H₂O₂(l) = N₂(g) + 4H₂O(g)，所以反应热是－534 kJ·mol^—1－98.64 kJ·mol^—1×＋44 kJ·mol^—1×2＝－643.28kJ·mol^—1。

（3）①B电极产生氧气和臭氧，所以B是阳极，阴极是A。

②若C处通入O ₂，则A极相当于是原电池的是正极，电解质溶液显酸性，则电极反应式为O₂＋4H^＋＋4e^－=2H₂O。

③若C处不通入O ₂ ，D、E处分别收集到氢气和氧气、臭氧。氢气是11.2L，物质的量是0.5mol，转移电子1mol。设氧气和臭氧的物质的量分别是x、y，则x＋y＝0.2mol，4x＋6y＝1mol，解得x＝y＝0.1mol，即臭氧占50％。

（4）根据图像可知c点反应速率还是变化的，因此不是平衡状态。随着反应的进行，反应物的浓度逐渐减小，所以b点反应物的浓度大于c点。开始阶段反应速率逐渐增大，说明反应是放热反应，温度升高，反应速率增大。根据曲线的斜率可知b～c段反应速率快，反应物的转化率大，所以正确的答案是d。