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12.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)请完成如表实验设计表(表中不要留空格).
实验
编号
实验目的T/KpHc/10-3 mol/L
H2O2Fe2+
为以下实验作参考29836.00.30
探究温度对降解反应速率的影响31336.00.30
探究溶液的pH对降解反应速率的影响298106.00.30
[数据处理]
实验测得p-CP的浓度随时间变化的关系如图.
(2)请根据如图实验①曲线,计算降解反应在50~150s内的反应速率:v(p-CP)=8.0×10-6mol/(L•s).
[解释与结论]
(3)实验①②表明温度升高,降解反应速率增大.但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.

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/KpHc/10-3 mol•L-1
H2O2Fe2+
31336.00.30
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)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.

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.

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